Электропривод постоянного тока с двухзонным регулированием скорости Советский патент 1985 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно, к системам подчиненного ретулирования электропривода, и может быть применено в быстродействующих электроприводах с двухзонным регулированием скорости без применения тахогенераторов и npk необходимости зашиты коллектора электродвигателя от перенапряжений. Известен электро51ривод постоянного тока с двухзонным регулированием скорости, содержаишй последовательно соединенн1.1е якорь эле:ктродвигателя, силовой преобразователь с системой регулирования тока, регулятор скорости, первый узел сравнения с тахогенератором в обратной связи, эадат шк скорости, а также последовательно соединенные обмотку возбуждения, управляемый воз дитепь с системой регулирования потока возбуждения, регулятор ЭДС, второй узел сравнения с датчиком ЭДС в обратной связи, задатчик ЭДС 1., Недостатком известного электропривода является то, что в неМ применяется тахоге нератор, вызывающий вследствие оборотных пульсаций, особенно у низкооборотных пре дельной МО1Щ10СТИ электродвигателей, повышенные пульсации тока якоря и дополнител ный нагрев электродвигателя. Кроме того, отсутствие затциты коллектора от перенапряжений снижает надежность работы электропривода.. Известен также электропривод постоянного тока с двухзонным регулированием скоpoct«i содержащий систему управления напряжением якоря электродвигателя, а также систему управления его возбузкдения с регулятором ЭДС, узлом сравнения с датчиком ЭДС в обратной связи, -состоящим из датчика напряжения якоря, датчика тока якоря, последовательно соединенных инвертора, связанного входом с датчиком напряжения, и двух сумматоров, первый из которых связан входом с датчиком тока, а второй - с инверторюм, а также эадатчиком ЭДС (2). Этот электропривод обеспечивает защиту коллектора электродвигателя от перенапряжений путем переключения .на регулирование напряжения якоря вместо регулирования ЭДС при достижении номинального зна.чегая напряжения на зажимах якоря. Однако вследствие ттерционного ввода сигнала напряжения якоря от датчика напря жения для измерения ЭДС в извеспюм эле роприводе не исключаются перенапряжения на коллекторе в динамике, при усилении поля электродвигателя в процессе его замед ления. Что снижает надежность работы элект ропрйвода. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электропривод пост()янного тока с авухзонным регулированием скорости, содержащий электродвигатель, якорь которого подключен к силовому преобразователю с системой регулирования тока, в цепь управления которого рключены последовательно соединенные задатчик скорости, первый узел сравнения и регулятор скорости,-а обмотка возбуждения подключена к управляемому возбудителю с системой регулирования потока, в цепь управления которого включен последовательно соединенные задатчик ЭДС, второй узеЛ сравнения и регулятор ЭДС, а также Датчик напряжения на якоре, датчик тока якоря и блок деления, вход делителя которого соединен с датчиком потока, а выход - с вычитающим входом первого узла сравнения |3}. . Однако такой электропривод не обеспечивает быстрс действующего регулирования скорости вследствие инерционного измере ния ЭДС электродвигателя, а также не обеспечивает защить коллектора электродвигателя от перенапряжений, что снижает надежность работы электроп 7ивоДа. Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности работы электропривода,.4 . Цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока с двухзонным регулированием скорости, содержа1Ций электродвигатель, якорь которого подключен -к силовому преобразователю с системой регулирования тока, в цепь управления которого включены посл1едовательно соединенные задатчик скорости, первый узел сравнения и регулятор скорости, а o6ivitoTKa возбуждения подключена к управляемому возбудителю с системой регулирования потока, в цепь управления которого включены последовательно соединенные задатчик: ЭДС, второй узел сравнения и регулятор ЭДС. а также датчик напряжения на якоре, датчик тока якоря и блок деления, вход делителя которого соединен с датчиком потока, а выход - с вычитающим входом первого узла сравнения, введены последовательно соединенные инвертирующий усилитель, два сумматора, первый из которых с ограничением выходного сигйала, а также последовательно соединённые интегратор и двухвходовйй инвертирующий усилитель, выход которого подключен к входу делимого блока делен: и к первому входу интегратора, второй вход которого соединен дапиком напряжения на якоре, а третий вход и второй вход двухвходового инвертирующего усилителя - с датчиком тока якоря, при 3 этом Вторые входы обоих сумматоров связаны с датчиком напряжения из якоре, выход второго сумматора подключен к . вьгчитаютцему входу второго узла сравнения, а вход инвертирующего усилителя соединен с выхог.эм двухвходового инвертирующего усилителя. На чертеже изображена функциональная схема электропривода. Электропривод содержит электродвигатель, якорь 1 которого подключен к силовому преобразователю 2 с системой регулирования тока, в цепь управления которого включены последовательно соединеннь1е задатчик 3 скорости, узел 4 сравнения и регулятор 5 скорости, а обмотка 6 возбуждения подключе и к управляемому возбудителю 7 с системой регулирования потока, в цепь управления которого включены последовательно соединенные зад чик 8 ЭДС, узел 9 сравнения и регулятор 10 ЭДС, а также датчик I напряжения на якоре, датчик 12 тока и блок 13 дел ния, вход делителя которого соединен с датчиком 14 потока, а выход. - с вычитающим входом узла 4 сравнения. В злектроприрод введены последовательно со диненные инвертирующий усилитель 15, сумматоры 16 к П, первый из которых с ограничением ВЫХОДНОГО сигнала, а также последовательно соединенные интегратор 18и двухвходовый инвертирующий усилитель 19, выход которого подключен к вх делимого блока 13 деления и к первому входу интегратора 18, второй вход которо го соединен с датчиком И напряжения якоря, а третий вход и второй вход двухвходового инвертирующего усилителя 19- с датчиком 12 тока якоря, при зтом вторые входы обоих сумматоров связаны с датчиком напряжения якоря, выход сумматора 17 подключен к вычитающему входу узла 9 сразнения, а вход инвертирующего усилителя 15 соединен с выходом двухвходового инвертирующего .усилителя 19. Силовой преобразователь 2 включает в себя систему 20 регулирования тока с узлом 21 сравнення. Регулятор 5 скорости может содержать корректирующие злементы .для оптимизаш1н пепеходньк процессов при изменении злекгромеханической постоянной времени электропривода соответственно изменению потока возбуждения, а также для ограничения произвогдой тока якоря. В состав управляемого возбудителя 7 . входит система 22 регулирования потока с узлом 23 сравнения. 94 Регулятор 10 ЭДС может содержать корректирующие злементы для оптимизации переходных процессов при изменении параметров объекта регулирования ЭДС. Электропривод работает следующим образом.,: Сигнал задания Ц на скорость якоря 1 от задатчика 3 скорости сравнивается в узпе 4 сравнения с сигналом ь) обратной связи по скорости с выхода блока 13 деления, и их разность преобразуется регулятором 5 скорости в сигнал задания на ток якоря. Сигнал задания на ток преобразуете системой 20 регулирования тока якоря, входящей в силовой преобразователь 2, а выпрямлентгое напряжение, которое до достижения поминального значения соответствует заданию на скорость, подается к якорю 1 в качестве питающего. При изменении питающего нагфяжения изменяется скорость якоря 1. Сигнал (О обратной связи по скорости образуется на блока 13. деления в соответствии с выражением ы в. /с .1/ где t - величина ЭДС якоря 1; и - поток возбуждения, образуемый обмоткой 6 возбуждения и измеряемый датчиком 14 потока возбуждения;С - постоянная. Величина ЭДС якоря I равна а U-vR(pT |) где U,i - напряжение и ток якоря I; R,Tj, - сопротивлепие и электромагнитная постоянная якоря 1. Сигнал, пропорциональный ЭДС е , снимается с инвертарованием с выхода усилителя 19, образующего вместе с интегратором 18 контур, функционирующий в соответствии с уравнением r,V(), где и„,к ,д выходной сигнал и коэффициент усиления усилителя 19; передаточные коэффициенты, датчиков 12 тока и 11 напряжения якоря; 4 - постоянная интегрирования интегратора J8.

Из уравне1шя (3) можно получить

.

(р,}

y,q

. Р .

Если параметры К, К и Т в такими, чтобы

%- У

м

то уравнение (4) будет иметь вид К a-iR(pT + l)

l9 н

г

.

шш, уштывая уравнение (1) ,

XH

РТ,

(5)

т.е. выходной сигнал U,, усилителя 19 прогюрционахген ЭДС е и имеет запаздывание относительно величины а. , соответствующее постоянной времени Т /К . При большом {Коэффициенте усиления К усилителя 19, запаздывание Т /К Практического значения не имеет, т.е. сигнал ЭДС подводится к блоку 13 деления, к его входу Делимое, от усилителя 19 практически безынерционно, благодаря чему повь1шается быстродействие регулирования скорости (о.

Пока ЭДС в при увеличении скорости м не достигла номинального значения а. , задаваемого задатчика 8 ЭДС, регулятор 10 ЭДС гасыщен и его уровень насыщения соответствует заданию номинального значения Л/ потока возбуждения. Это задание отрабатывается системой . 22 регулирования потока возбуждения, который при этом поддерживается постоянным и равным заданию (т.е. номинальному значению) . Сигнал е , пропорциональный ЭДС, подводится к узлу 9 сравнения через инвертирующий усилитель 15 и сумматоры 16 и 17; Поскольку сигнал напряжения Ц подводится к входам сумматоров 16 и 17, а сумматоры 16 и 17 инвертируют выходной сигнал, то к входу узла 9 сравнения сигнал U не проходит.

При ; величенин скорости ы и ЭДС е и приближении последних к номинальному значению утЛё1П)Шается сигнал рассогласования на выходе, узла 9 сравнеггая, и регулятор 10 ЭДС выходит из ограничения. .Уменьшается сигнал f задания потока возбужде91396

ния на входе системы 22 регулирования и, соотпетственно, уменьшается поток возбуж- . ден.ил . Рег; лирова1 ие скорости 6J якоря 1 всгупает во вторую зону - зону ре5 гулирования потока возбуждения Ч При этом регулятором 10 ЭДС поддерживается постоянной ЭДС якоря 1: ё . Если при этом возрастает нагрузка на злектродвигатель и. увеличивается ток -i якоря 1,

10 то соответственно увеличивается напряжение Ч на зажимах якоря 1. При увеличении тока до номинального значения 1 капряжение U достигает также номинального значения U . При дальнейшем увеличении тока

t5 и поддержании ЭДС постоянной, равной е„, напряжение U увеличивалось бы сверх номинальной величины (и Uy), что недопустимо для коллектора якоря 1. Поскольку сумматор 16 имеет ограничение выходного сигнала,

-., равное

20 ff.)

ио е„.и„,

а сшналы.е и 14 арифметически суммируются на входе сумматора 16, то при последний .входит в зону насыщения и не нропускает входные сигналы а и U .На входе узла 9 сравнения при этом имеет место сумма сигналов, которая регулятором 10 ЭДС доЛжна бытъ сведена к нулю, т.е.

(7)

- о U о,

Величина UQ соответствует выражению (6), и при подстановке его в уравнение (7),

получаем

U- UH ,

т.е. регулятор 10 ЭДС переключается на поддержание постоянства напряжения на зажимах якоря 1, равного номинальному значению, благодаря чему осуществляется Защита коллектора якоря ,1 от перенапряже.ний.

Поск:ольку к узлу 9 сравнения, подводятся безынерционно сигналы ЭДС или напряжения, то в динамике, при усилении пото-ка возбуждения Ч в процессе снижения скорости {замед)1ении) якоря 1, не имеет места перерегулирование ЭДС и напряжения на зажимах якоря,, а также исключаются перенапряжения на коллекторе.

Таким образом, в электроприводе постоянного тока с двухзонным регулированием ; скорости достигается повышение бмстродей53 ствия регулирования скорости и обеспечивается защита коллектора электродвигателя от перенапряхсений, т;е. повышается надежность работы.

iftzH R kvo

w I ii

ен

P5

8

fH Ш-

I

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДВУХЗОННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ СКОРОСТИ, содержацшй электродвигатель, якорь которого подключен к силовому преобразователю с системой регулирования тока, в цепь управления которого включены последовательно соеданенные задатчик скорости, первый узел сравнения и регулятор скорости, а обмотка возбуждения подключена к управляемому возбудителю с системой регуICf-CON-BKAJ П «A, Tfrr :r-;- H SiiiiJiiOi-EKA лирования потока, в цепь управления которого включены последовательно соединенные задатчик ЭДС, второй узел сравнения и регулятор ЭДС, а также датчик напряжения на якоре, датчик тока якоря и блок деления, вход делителя которого соединен с датчиком потока, а выход - с вычитающим входом первого узла сравнения, о т л и ч а jk) щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия. и надежности работы, в него введены последовательно соединенные инвертирующий усилитель, два сумматора, первый из которых с ограничением выходного сигнала, а также последовательно соединенные интегратор, и двухвходовый инвертирующий усилитель, выход которого подключен к входу делимого блока- деления (Л и к первому входу интегратора,, второй вход которого соединен с датчиком напряжения якоря, а третий вход и второй вход двухвходовою инвертирующего усилителя с датчиком тока якоря, при этом вторые входы обоих сумматоров связаны с датчиком напряжения на якоре, выход второго ел сумматора подключен к вычитающему вхосо ду второго узла сравнения, а вход инвертирующего усилителя соединен с выходом 00 двухвходового инвертирующего усилителя. со