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

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам управления электроприводами постоянно го тока, и может быть использовано в системах электропривода, характе.ризуклцихся широким диапазоном изменения момента инерции приводного механизма. Известны электроприводы постоянн го тока, содержащие последовательно, соединенные электродвигатель, управляемый преобразователь, регуля тор тока я,коря, задатчик интенсивности тока якоря и регулятор скорос ти двигателя, датчики скорости и ток якоря, подключенные к входам соответствующих регуляторов рЗ ч Известные устройства об.еспечивают оптимальные по быстродействию переходные процессы при неизменных параметрах электропривода, в частно ти при неизменном моменте инерции приводного механизма, при изменении же параметров необходима коррекция сИстеьы. Наиболее близким к предлагаемому является электропривод постоянного тока содержащий электродвигатель, последовательно соединенные блок задания, регулятор скорости, задатчик интенсивности, включающий после довательно включенные усилитель-ограничитель и интегратор с элементом ограничения выходного направления интегратора, регулятор тока, преобразователь, выход которого подключен к электродвигателю, в якорную цепь которого включен датчик тока, выходом подключенный к регулятору тока, регулятор скорости соде:ржит устройство выборки-охранения, первый и второй узли сравнения и последова тельно соединенные дифференцирующее звено и нуль-орган, причем выход устройства выборки хранения соедине с входом первого узла сравнения, а выход второго узла сравнения подключен к входу задатчика интенсивности, датчик режима ограничения напряжения интегратора, подключенны к элементу ограничения выходного напряжения интегратора, вход Дифференцирующего звена соединен с выходом датчика скорости. Данное устройство обеспечивает оптимальные переходные процессы в широком диапазоне изменения момента инерции электропривода 412 . . Недостатком известного устройства является необходимость применения в регуляторе скорости различных по функциональному назначению и конструктивному исполнению запоминающих элементов (устройства выборки-хранения и амплитудного детектора), что усложняет реализацию регулятора и снижает надежность устройства в целом. Цель изобретения - повышение надежности. Поставленная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, последовательно соединенные блок задания, регулятор скорости, задатчик. интенсивности, включающий последовательно включенные усилительограничитель и интегратор с элементом ограничения выходного напряжения интегратора, регулятор тока, преобразователь, выход которого подключен к электродвигателю, в якорную . цепь которого включён датчик тока, выходом подключенный к регулятору тока, регулятор скорости содержит устройство выборки-хранения, первьй и второй.узлы сравнения и последовательно соединенные дифференцирующее звено и нуль-орган, причем выход устройства выборки-хранения соединен с входом первого узла сравнения, а выход второго узла сравнения подключен к входу задатчика интенсивности, датчик режима ограничения напряжения интегратора, подключенный к элементу ограничения выходного напряжения интегратора, вход дифференцирующего звена соединен с выхбдом датчика скорости, дополнительно введено второй устройство выборки-хранения, вход которого подключен к выходу первого узла сравнения, а выход - к входу второго узла сравнения, выход нульоргана соединен с входом первого устройства выборки-хранения, выход датчика режима ограничения напряжения интегратора подключен к входу. второго устройства выборки-охранения, . выход датчика скорости двигателя подключен к входам первого и второго узлов сравнения и к входу первого устройства выборки-хранения. На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока , на фиг. 2 - кривые переходных процессов при скачке задания .скорости (ток якоря не выходит на режим ограничения), на фиг. 3 - кри вые переходных процессов при скачке задания скорости (ток якоря выходит на режим ограничения), на фиг. 4 кривые переходных процессов при наб росе статической нагрузки на валу электродвигателя. Электропривод содержит электродвигатель 1, последовательно соединенные блок 2 задания, peгyJГЯтop 3 скорости, задатчик 4 интенсивности, включающий, последовательно включенн усилитель-ограничитель 5 и интегратор 6 с элементом 7 ограничения выходного напряжения интегратора 6, р гулятор 8 тока, преобразователь 9, выход.которого подключен к электродвигателю 1, в якорную цепь которого включен датчик 10 ток-я, выходом подключенный к регулятору 8 тока, причем регулятор 3 скорости содержи первое устройство 11 выборки-Хранения, первый и второй узлы 12 и 13 ср)авнения и последовательно соединенные дифференцирующее звено l4 и нуль-орган 15, причем выход, устройства 11 выборки-хранения соединен.с входом узла 12 сравнения, а выход узла 13 сравнения подключен к входу задатчика 4 интенсивности,датчик 16 режима ограничения напряжения интегратора 6, подключенный к элементу 7 ограничения, вход дифферен-цирующего звена 14 соединен с выходом датчика 17 скорости. Кроме того, электропривод содержит второе устройство 18 выборкихранения, вход которого подключен к выходу узла 12 сравнения, а выход к, входу узла 13 сравнения, выход нуль-органа 15 соединен с входом устройства 11 выборки-хранения, выход датчика 16 режима ограничения подключен к входу устройства 18 вы борки-хранения, выход датчика 17 скорости подключен ко входам узлов 12 и 13 сравнения и к входу устрой ства 11 выборки-хранения. I . . Электропривод работает .следующим образом. В установившемся режиме отклонение скорости от заданного знач1:;ния равно, нулю, среднее значение напряжения на выходе первого узла 12 .сравнения равно нулю, поскольку в у становившемся рещ1ме первая производная скорости электродвигателя 1 1414 раврш нулю, что обуславливает нулевое значение напряжения на выходе дифференцирующего звена 14 и приводит к срабатыванию нуль-органа 15, которьй переводит устройство 11 выборки-хранеь.ш (УВХ) в режим выборки. .Таким образом, значение напряжения на выходе УВХ 11 равно напряжению на его входе, а выходное напряжение узла 12 сравнения равно нулю. УВХ 18 функционирует также в режиме выборки, поскольку ток якоря в установившихся режимах не достигает максимально допустимого по условиям коммутации электродвигателя 1 зна- чения, интегратор 6 не выходит на -режим ограничения, и выходное напряжение датчика 16 режима ограничения переводит УВХ 18 в. режим выборки. Таким образом, напряжение на выходе УВХ 18 равно входному и имеет нуле- . вое значение. В результате выход- . ное, напряжение узла 13 сравнения также равно нулю. Среднее значение . напряжения на выходе усилителя-ограничителя 5 равно нулю, выходное напряжение интегратора 6 равно напряжению датчика 10 тока якоря (величина тока якоря определяется величиной статической нагрузки на валу электропривода) . При изменении сигнала задания скорости электродвигателя 1 На величину 5Г - 0 , где г , )о. напряжения, соответствукяцие заданному и действительному начальному значениям скорости, на вькоде узла 13 сравнения появляется напряжение (5/4 усиливается усилителем-ограничителем 5 и на выходе интегратора 6 появляется приращение напряжения задания тока якоря, вызывающее такое изменение тока якоря и скорости электродвигателя 1, при котором отклонение скорости электродвигателя 1 от заданного значения начинает уменьшаться. Если приращение напряжения 5 положительное, (фиг. 2), то выходные напряжения узла 13 сравнения и усилителя-ограничителя 5 имеют также положительные значения, что вызывает рост напряжения задания тока якоря. Положим, что усилитель-ограничитель находится в режиме насыщения, тогда напряжение задания тока якоря на выоде интегратора 6 линейно нарастает ток якоря стремится отслеживать его. При достаточно быстродсиствук .51 щем управляемом преобразователе 9 тока якоря практически соответствует заданной (кривая 19,фиг.2) Скорость электродвигателя 1 .начина. ет нарастать, на выходе дифферёнцирукяцего. звена 14 появляется положительное напряжение, нуль-орган 15 изменяет свое состояйие и переводит УВХ 11 в режим хранения, т.е. на вьЬсоде УВХ 11 устанавливается напряжение, соответствукицее начальному значению скорости Uy } «На выходе узла 12 сравнения формируется напряжение -., , где S) - нап ряжение Датчика 17 скорости электродвигателя. УВХ 18 по-прежнему находится в режиме выборки (интегратор 6 не находится в .режиме ограничения), т.е. вькодное напряжение равно входНому Uutt, - U{ 1 - . На выходе узла 13 сравнения формируется напряV - jM.-v-O- o : -2 . - . . Таким образом, напряжение на выходе узла 13 сравнения является положительным и ток якоря линейно нарастает, пока скорость электродвига теля 1 не возрастет до величины ( н-Ло )./2. Дальнейше-е нарастание электродвигателя 1 (кривая 20, фиг. 2) приводит к смене знака выхЬ;а;нрго напряжения узла 13 сравнения и усилителят-ограничителя 5. Ток якоря начинает уменьшаться, а. скорость электродвигателя 1 монотонно устремляется к новому : уста овнвшбмуся значению. Если в результате изменения параметров объекта регулирования,-в частности момента инерции механизма, или в результате проявления инерционности контура тока якоря скорость электро двигателя нк достигает или, напротив , превышает заданное значение скорости в момент времени, соответ ст-вующий ладению тока якоря до величины статического тока (определ емого величиной нагрузки на валу электропривода), то нулевое значени производной скорости электродвигателя вызывает срабатывание нуль-орг н:а 15 и УВХ 11 кратковременно переходит в режим выборки, т.е. Uy ) выходное напряжение узла 12 сравнения и УВХ 18 равны нулю, т.е. U 1 О- Напряжение на выходе узла 13 сравнения равно новому начальному отклонению скорости от заданного значения U,j - - 5. Если это отклонение скорости положительное, т.е. скорость электродвигателя 1 не достигает в момент времени t заданного значения (кривая 21,фиг. 2), то на выходе усилителя-огр аничителя 5 устанавливается положительное напряжение, вызы1вающее Нарастание напряжения интегратора 6 и величины тока якоря (кривая 22,фиг. 2). Ликвидация нового отклонения скорости 5 ,; соответствующего моменту времени t,п1)оисходит аналогично рассмотренному выше процессу, т.е. ток якоря начинает падать при скорости электродвигателя, превышающей значение ( + Ро )/2, где - новое начальное Значение скорости, запомненное УВХ 11, когда производная С.КОРОСТИ становится не равной нулю и нуль-орган 15 выдает сигнал на хранение (момент времени t|). В момент времени t скорость электродвигателя Достигает нового установившегося значения(кривая 20, фиг. 20) или происходит дополнительное движение системы, аналогичное рассмотренному. Если приращение сигнала задания скорости достаточно велико и ток якоря Достигает в переходном процессе максимально допустимого значения J (кривая 22, фиг. 3), то УВХ 18 переходит в режим хранения, поскольку датчик 16 режимаограничения меняет свое состояние. В эТом случае на вькоде узла 13 сравнения формируется 1 зпряжение V - - UUM - - ) - 5 ПР , где Uaftxz 9 - - напряжение УВХ 18, соответствующее отклонению скорости 5 от начального значения, в Ь1омент ограни- чения напряжения интегратора (момент времени t|.). Следовательно, напряжение Uj остает полоямтельным до тех „ пор, пока Скорость электродвигателя 1 не достигнет значения ) - (кривая 24, фиг. 3), т.е. дО момента времени t . Как только скорость Электродвигателя 1 превышает это значение, напряжение на выходе узла 1 сравнения становится отрица1тельным, что приводит к падению напряжения на выходе интегратора 6 и к уменьшению тока якоря. Скорость электродвигателя 1 монотонно устремляется к новому установившемуся значению. Если в режиме стабилизации скоро ти электродвигателя 1 происходит Ha6ptoc статической нагрузки на валу электродйигателя 1 (фиг .4), то падени скорости злектродвигателя .1 вызывае появление не равнЬгр нулю (в данном случае отрица.тельнргр) напряжения на выходе дифферен1Д1ру1ощего звена 14 и нуль-оргагна 15 выдает сигнал на хранение информации УВХ 11, т.е. выхрд;ное напряжение УВХ 11 соответствует начальному значению скорости злектродвигателя 1 Р зтом Щ i . Выходное напряженние УВ 18 равно входному,-так как УВХ : 18 функционирует в режиме выбор ки - и, v -1. На выходе узла 13 сравнения формируется напря жение ; - - . - . ,. . и,Ч.,„. )- |-(-Г).2 f ) Поскольку при набросе статической нагрузки скорость электродвигателя падает, то U О и ток якоря начинает нарастать (кривая 25, фиг. 4). Когда величина тока якоря достигаёт величины статического тока ic(i ifi), производная скорости злектродвигателя 1 становится равной нулю, срабаты ваетр нуль-Морган 15 и УВХ It Кратковременно nepexojpiHT в режим выборки, т.е. Us(W4 ° Выходные нап. ряжения узла 12 сравнения и.УВХ 18 равны нулю Vy .Ux Oj а вьрсодные напряжения узла 13 сравнения соответствует максимально 1у отклонению скорости от заданного значения U.J ) - - 54 . Ток якоря продолжает нара,стать, так как Uj 7 О скорость злектродвигателя 1 начинает увеличиваться (кривая 26, фиг. 4), УВХ 11 переходит в режим хранения UybxV где л)в - экстремальное, значение скррости (и данном . случае минимальное). На выходе УВХ 18 формируется напряжение . « и i J , а на выходе узла .13 сравнения - напряжение U, - - ( ). 2 V 4- )o , Таким образом, напряжение Uj остается положительным и ток якоря нарастает, пока скоррсть электродвигателя 1 не увеличится до значения /9 ()+ ui )/2 (fpмeнт времени tj, фиг. 4). При дальнейЬ ем нарастании скороёти электродвигателя 1 напряжение Uj становится отрицательным, ток якоря уменьшается, а сКорость злектродвигателя 1 монотонно нарастает до заданного значения. В 1«|Ьмент времени tj (фиг. 4) электропривод переходит в у становившийс я режим работы. Таким образом, предлагаемый электропривод позволяет получить тимальные по быстродействию переходные процессы в системе при наложенных ограничениях на величину и скорость нарастания тока якоря как при: изменении сигнала задания скоррсти, так и при набросе статической нагрузки, при зтом повышается надежность устройства.

ЭЛЕКТРОПРИВОД.ПОСТОЯННОГО .ТОКА, содержащий электродвигатель, последовательно соединенные блок задания, регулятор скорости, задатчик интенсивности, включакяций последовательно включенные усилитель-ограничитель и .интегратор с элементом ограничения выходного напряжения интегратора, регулятор тока, преобразователь, выход которого подключен к электродвигателю, в якорную цепь которого включен датчик тока, вькодом подключенный к регулятору тока, регулятор скорости содержит устройство выборки-хранения, первый ЮЕШШЗКЛЯ Я л 5 ;:;- ::- 1 13 TrXciin/r,tHAfS, ткШ:ПШл и второй узлы сравнения и последовательно соединенные дифференцирующее звено и нуль-орган, причем выход уст. ройства выборки-хранения соединен с входом первого узла сравнения, а выход второго узла сравнения подключен к входу задатчика интенсивности, датчик режима ограничения напряже-. . ния интегратора, подключенный к элементу ограничения выходного напряжения интегратора, вход дифференцирующего звена соединен с выходом датчика скорости, о т л и -ч а ю -. щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введено второе устройство выборки-хранения, вход которого подW ключен к выходу первого.узла сравнения, а выход - к входу второго узла сравнения, выход нуль-органа соединен с входом первого устройства выборки-хранения, выход датчика режима ограничения напряжения интегратора подключен к входу второго устСП ройства выборки-хранения, выход датI;D чика скорости двигателя подключен к входам первого и второго узлов сравнения и к входу первого устройства выборки-хранения.

25

X

zf

Ui.ff