Электропривод постоянного тока Советский патент 1985 года по МПК H02P5/06 

I Изобретение относится к электротехнике и предназначено для 1|спольз вания в промышленном автоматизирова ном оборудовании различного назначе ния. Известен электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, элемент сравнения, задатчик частоты вращения и датчик тока,1под ключенные к суммирующим входам элемен та сравнения, датчик частоты вращения, подключенный к вычитающему вхо ду элемента сравнения, усилитель мо ности, вход которого подключен к выходу элемента сравнения, а выход соединен с якорной обмоткой электродвигателя .Введение положительной обратной связи по току в таких электроприводах позволяет повысить точность регулирования С1 3. Недостаток этих электроприводов невысокие динамические характеристики, так как при положительной обратной связи по току в системе имею место перегрузки по току в переходных режимах. Наибодее близким к предлагаемому по технической сущности является электропривод, содержащий электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, якорная обмотки которого подключена к усилителю мощ ности, задатчик частоты вращения, регуляторы частоты вращения и тока якоря, при этом к суьширующему и вычитаницему входам регулятора частоты вращения подключены соответственно задатчик и датчик частоты вра щения, а выход регулятора частоты вращения соединен с первьм суммирующим входом регулятора тока якоря а также датчик тока якоря и диффере цирующее звено. В этом электроприво де датчик тока якоря через регулято коэффициента обратной связи подключен к вычитающему входу регулятора тока якоря, а к управляющему входу регулятора коэффициента обратной связи чер(Ез последовательно соедине ные дифференцИрукщее звено и звено с зоной нечувствительности подключен датчик статической нагрузки. Изменение коэффициента обратной связи по току в зависимости от скорости изменения м жента на валу электродвигателя повышает качество регулирования частоты вращения в пе реходных режимах 2. 38 Однако это устройство характеризуется невысокой точностью в установившихся режимах. Цель изобретения - повышение точности регулирования частоты вращения. Поставленная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена к усилителю мощности, задатчик частоты вращения, регуляторы частоты вращения и тока якоря, при этом к суммирующему и вычитающему входам регулятора частоты вращения подключены соответственно задатчик и датчик частоты вращения, а выход регулятора частоты вращения соединен с первьм ..суммирующим входом регулятора тока якоря, а также датчик тока якоря и дифференцирующее звено, регулятор тока якоря снабжен вторьм суммирующим входом и введен нелинейный элемент с характеристикой K(i) при при /i/ 5(1) где K;,,Kj - коэффициенты пропорциональности;i - ток якоря; 1 - наибольшее допустимое значение тока якоря, вход которого подключен к датчику тока, а выход - к второму суммирующему входу регулятора тока якоря, вычитакщий вход которого через дифференцирующее звено соединен с датчиком частоты вращения. На фиг. «1 изображена функциональная схема электропривода; на фиг.2 характеристика нелинейного элемента; на фиг. 3 - пример выполнения нелинейного элемента с такой характеристикой . Электропривод постоянного тока (фиг. 1) содержит электродвигатель 1, якорная обмотка которого подключена к усилителю 2 мощности, задатчик 3 частоты вращения, регулятор 4 частоты вращения, регулятор 5 тока якоря, при этом к суммирующему и вычитающему входам регулятора 4 частоты вращения подключены соответственно задатчик 3 и датчик 6 частоты вращения, а выход регулятора 4 частоты вращения соединен с суммирующим входом регулятора 5 тока якоря, а также датчик 7 тока якоря и дифференцирующее : J звено 8. В электропривод введен нелинейный элемент 9, вход которого подключен к датчику 7 тока, а выход к второму суммирующему входу регулятора 5, вычитывающий вход которого через дифференцирующее звено 8 соеди нен с датчиком 6 частоты вращения. На структурной схеме электродвигателя 1 обозначено: r,L - активное сопротивление и индуктивность обмотки якоря;С - конструктивная постоянная I - момент инерции нагрузки, приведенный к валу электро двигателя; Нц - статический момент нагрузки;S - оператор Лапласа. На фиг .21,, - наибрльшее допустимое значение тока якоря. Нелинейный элемент 9 (фиг. 3) содержит операционные усилители 10-13 резисторы 14 и 15 на входе и в цепи обратной связи усилителя 10, резистор 16 в цепи обратной связи усилите ля 11, регулируемые резисторы 17-19 . резисторы 20 и 21 на входе усилителя j12 и резистор 22 на его выходе, а также резисторы 23 и 24 на входе и I резистор 25 в цепи обратной связи усилителя 13. Кроме того, устройство содержит диоды 26-29, полевые транзисторы 30 и 31,.биполярный тран зистор 32 и резистор 33. Операционные усилители 10 и 11, резисторы 14-16 и диоды 26-29 образуют вьтрямитель, на вход которого подается сигнал i с датчика тока якоря. Выход выпрямителя соединен с пороговым элементом, выполненньм на операционном усилителе 12 и резисторах 17, 20 и 21. Электропривод работает следующим образом. На входе регулятора 4 частоты вращения формируется сигнал, равный разности высходньос сигналов задатчика 3 и датчика 6 частоты вращения электродвигателя и представляющий ошибку регулирования. Этот сигнал преобразуется корректирующей цепью регулятора в соответствии с выбранным законом регулирования, например пропорционально-интегральным, и пбступает на первый суммирующий вход ре гулятора 5 тока якоря. На второй суммирующий вход регулятора 5 пос384тупает выходной сигнал нелинейного элемента (i), зависящий от тока якоря электродвигателя, на вычитающий - сигнал, пропорциональный производной частоты вращения, т.е. угловому ускорению электродвигателя т, - к к J а - 14 l / ; . « 6 d t где Kg, Kg - коэффициенты передачи дифференцирующего звена 8 и датчика 6 частоты вращения. Алгебраическая сумма сигналов преобразуется корректирующей цепью регулятора 5 в соответствии с выбранным законом и поступает на усилитель 2 мощности, к выходу которого подключена якорная обмотка электродвигателя 1. Характеристика нелинейного элемента в F(i) формируется таким образом, чтобы при токах, не превышающих допустимый IQ для конкретных электродвигателя и усилителя мощности, обратная связь по току бьта положительной, при токах,превьшающих 1 отрицательной. В режимах, характеризующихся малыми отклонениями сигнала задания и момента нагрузки, ток элeктpo твигaтеля не превышает допустимый 1, обратная связь по току при этом является положительной. В этом случае результирующий сигнал на входе регулятора 5 равен разности ,-.,, где К - коэффициент передачи датчика тока. При . Это есть статический момент нагрузки двигателя, т.е. Uj - и, С i - I В результате в электроприводе осуествляется регулирование по возмущающему воздействию - моменту нагрузки, что обеспечивает высокую точность регулирования скорости. В переходных режимах, характери- . зующихся значительными изменениями сигнала задания и момента нагрузки при превьш ении током значения 1д , обратная связь по току становится отрицательной. В результате электропривод работает в режиме стабилизации тока, т.е. действует токовая отсечка. Нелинейный элемент с характеристикойК i при /i/ lo -Kj i при /i/ , I может быть выполнен с помощью разли ных нелинейных элементов. Изображенная на фиг. 3 схема работает следуюа ш образом. Сигнал i, пропсрциональньй току, поступает на вход выпрямителя, на выходе которого фотмадруется модуль /i/. Выходное напряжение порогового элемента может принимать два значения: +1С при /i/ lo и -Kj при /i/7/lj, следовательно,сигнал на выходе порогового элемента соответс вует знаку разности (/i/-I), т.е. sign (/i/-I,). Выходное напряжение нелинейного элемента при /i/ I, при /i/ 7 (, ;Kj(i) Напряжение срабатывания порогово го элемента соответствует максималь но допуст1Вд 4у току 1 и регулирует ся резистором t7. Функцию блока перемножения выполняют вычитакщее уст ройство на операционном усилителе и резисторах 23-25 ключи на полевы транзисторах 30 и 31 и резисторы 1 и 19. Ключ на транзисторе 32 и рези

(i) торах 22 и 23 служит для преобразования уровня выходного сигнала порогового элемента. Если /i/X I,, напряжение на выходе порогового элемента положительное, транзистор 32 заперт, Напряжение на его коллекторе отрицательное. При этом ключ на полевом транзисторе 30 закрыт, а ключ на полевом транзисторе 31 открыт. Выходное напряжение усилителя 13 имеет полярность, совпадаюпгую с полярностью входного сигнала i, и равно , Коэффициент К настраивается с помощью резистора 19. Если /i/7/I, выходное напряжение порогового элемента на усилителе 12 отрицательное, транзистор 32 открыт, напряжение на «го коллекторе равно 0. В этом случае ключ на транзисторе 30 открыт, а клоч на транзисторе 31 закрыт. Сигнал на выходе операционного усилителя 13 имеет знак, противоположный знаку сигнала i, и равен -К. Коэффициент Kj регулируется с помощью резистора 18. Таким образом, предлагаемая структура электропривода пос±оянного тока обеспечивает повышенную точность ре гулирования скорости при ограничении тока на допустимом уровне в переходных режимах. Применение электропривода в автоматизированном промьшшеннсж оборудовании, например в станках с числовьм програю1нь 1 управлением, позволяет повысить эффективность и качество работы агрегатов, а также качество выпускаемой продукции.

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена к усилителю мощности, задатШк частоты вращения, регуляторы частоты вращения и тока якоря, при этом к суммир щему и вычитающему входам регулятора частоты вращения подключ ны соответственно задатчик и датчик частоты вращения, а выход регулятоpa частоты вращения соединен с первым суммирующим входом регулятора тока якоря, а также датчик тока якоря и дифференцирующее звено, отличающийся тем, , с целью повышения точности регулирования частоты вращения, регулятор тока якоря снабжен втор№с суммирующим входом и введен нелинейный элемент с характеристикой /i/-:lo -Kjd) при где KI , Кг - коэффициенты пропорциональности; i - ток якоря; 1в- наибольшее допустимое значение тока якорл, вход которого подключен к датчику тока, а выход - к второму суммирующему входу регулятора тока якоря, вычитающий вход которого через дифференцирующее звено соединен с датчиком частоты вращения.

о

1о i

PU2.Z

Фиг.