Электропривод постоянного тока Советский патент 1986 года по МПК H02P5/06 

щ-

(puf f

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателями постоянного тока в схемах электроприводов с двухзонным управлением частотой вращения главных приводов прокатных станов, экскаваторов и других ответственных, механизмов.

Цель изобретения - повьшшние надежности и КПД электропривода,

На фиг.1 изображена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг.2 - схема первого адаптивного фильтра; на фиг.З - схема второго адаптивного фильтра; на фиг.4 - схема блока.регулируемого ограничения; на фиг.З - схема интегратора с регулируемой постоянной времени.

Электропривод (фиг.1) содержит электродвигатель 1, обмотка 2 возбуждения которого подключена к вентильному преобразователю 3, в цепь управления которого ёключены последовательно соединенные задатчик 4 минимального тока возбуждения, блок 5 регулируемого ограничения и регулятор 6 тока возбуткдения с подключенным к его входу датчиком 7 тока возбуждения, датчики 8 и 9 тока якоря и напряжения возбуждения, сумматор 10, фильтры П и 12, блок 13 нелинейности с характеристикой типа зоны нечувствительности с выделением модуля и блок 14 сравнения. Электропривод со-держит также датчик 15 напряжения на якоре электродвигателя, регулятор 16 напряжения возбуждения, датчик 17 амплитуды напряжения сети, блок 18 нелинейности с характеристикой типа зоны нечувствительности и блок 19 выделения модуля, при этом фильтр 11 выполнен адаптивным с фильтрацией сигналов высокой частоты, а фильтр 12 - адаптивным с фильтрацией сигналов низкой частоты, регулятор 16 напряжения возбуждения включен между регулятором 6 тока возбуждения и управляющим входом вентильного преобразователя 3 и его второй вход соединен с выходом датчика 9 напряжения возбуждения, выход которого вместе с выходом датчика 7 тока возбуждения подключен к входам сумматора 10, соединенного своим выходом с входами адаптивных фильтров 11 и 12, управляющие входы которых соединены с выходом датчика 7 тока возбуждения, выход адаптивного фильтра 11 подключен к дополнительному входу регулятора 7 тока возбуждения, выход адаптивного фильтра 12, как и выход блока нелинейности 18, - к входу управления ограничением блока 5 регулируемого ограничения, второй вход которого через блок 19 выделения модуля соединен с датчиком 8 тока якоря, причем

вход блока 18 нелинейности через блок 14 сравнения связан с выходами датчика 17 амплитуды напряжения сети и блока 13 нелинейности, вход которого подключен к выходу датчика 15 напряжения на якоре; якорь электродвигателя 1 подключен к вентильному пре--образователю 20.

Адаптивный фильтр 11 (фиг.2) содержит интегратор 21 с регулируемой

постоянной времени и последовательно соединенные усилители 22 и 23, вход первого из которых является входом фильтра, а выход второго - его выходом, при этом интегратор 21 включен

в цепь обратной связи усилителей 22 и 23, а его вход изменения постоянной времени через блок 24 нелинейности соединен с управляющим входом фильтра.

Адаптивный фильтр 12 (фиг.З) содержит апериодическое звено с регулируемой постоянной времени, выполненное в виде операционного усилителя 25, вход и выход которого являются

соответственно входом и выходом фильтра, а в цепь обратной связи включен резистор 26, вывод которого, подключенный к выходу усилителя 25, соединен с одним из выводов резистора 27,

второй вывод которого через конденсатор 28 подключен к входу усилителя 25 и к стоку полевого транзистора 29 с изолированным затвором, исток которого подключен к общей шине, а затвор - к вьцсоду блока 30 нелинейности, вход которого является управляющим входом фильтра. На входе операционного усилителя 25 включен резистор 31 .

Клок 5 регулируемого ограничения (фиг.4) содержит пропорциональный усилитель 32, инвертирующий вход которого соединен с катодами диодов 33 и 34. Ограничивающий вход пропорционального усилителя 32 присоединен к выходу источника 35 противофазных подпирающих напряжений. Аноды диодов 33 и 34 являются входами блока. Входы источника 35 противофазных подпирающих напряжений являются входами управления ограничением. Выход пропорционального усилителя 32 является выходом блока. Интегратор 21 с регулируемрй постоянной времени (фиг.5) содержит операционный усилитель 36, вход которого присоединен к первому выводу резистора 37, второй вывод которого является входом интегратора, и через конденсатор 38 - к первому выводу ре зистора 39 и стоку полевого транзистора 40 с изолированным затвором, ко торые вместе образуют делитель напря жения. Исток полевого транзистора 40 присоединен к общей шине, а затвор к входу, который является управляющим входом интегратора. Второй вывод второго резистора 39 присоединен к выходу операционного усилителя 36, который также является выходом интегратора. Электропривод работает следующим образом. При отсутствии напряжения на выходе преобразователя 20 в цепи якоря и после длительной стоянки ток в цепи якоря электродвигателя I отсутству ет. Поэтому напряжение на выход( дат чика 8 тока якоря и блока 19 выделения модуля отсутствует, а сигнал задария управления ограничением блока 5 регулируемого ограничения определя ется только сигналом, поступающим с выхода задатчика 4 минимального тока возбуждения. При этом на выходе блока 5 регулируемого ограничения находится минимальный сигнал, который обуславливает минимальные сигналы на выходах регулятора 6 тока возбуждения, регулятора 16 напряжения возбуждения и вентильного преобразовате ля 3 в цепи обмотки 2 возбуждения. Ток в обмотке 2 возбуждения электро- j дпигателя минимален, что обуславливает минимальный нагрев обмотки 2. В этом режиме сигналы на выходах датчика 7 тока возбуждения и датчика 9 напряжения возбуждения равны и на выхо-50 де сумматора 10 сигнал равен нулю, а следовательно, равны нулю сигналы на выходах первого фильтра 11 и 12. При нулевом напряжении на якоре электродвигателя I равны нулю сигналы на выходе датчика I5 напряжения на якоре и на выходе тре1ьего блока 13 нелинейности. Сигнал с выхода блока 13нелинейности сравнива.ется в блоке 14сравнения с сигналом, поступающим с выхода датчика 17 амплитуды напряжения питающей сети переменного тока, не равным нулю, В результате на выходе блока 14 сравнивания сигнал отрицателен, следовательно, на выходе блока 18 нелинейности сигнал отсутствует. Таким образом, сигналы на входах управления ограничением отсутствуют. В этом режиме блок 5 регулируемого ограничения (фиг.4) работает следующим образом. При отсутствии сигналов на входах управления ограничени- ем сигнал на выходе источника 35 противофазных напряжений определяется сигналом, поступающим от источника постоянного напряжения (на фиг.4 источник постоянного напряжения не указан) , является максимальным и не ограничивает сигнал на выходе пропорционального усилителя 32. В результате на выходе блока 5 регулируемого ограничения получается сигнал, пропорциональный сигналу задания минимального тока возбуждения, поступающему с выхода задатчика 4, так как сигнал на выходе блока 19 выделения модуля отсутствует При разгоне якоря электродвигателя I растет ток на выходе преобразователя 20, появляется сигнал на входе датчика 8 тока и блока 19 выделения модуля. Когда сигнал на выходе блока 19 выделения модуля становится больше сигнала на выходе задатчика А, диод 33 в схеме блока 5 регулируемого ограничения запирается, а диод 34 отпирается и сигнал на выходе, блока 5 регулируемого ограничения определяется сигналом на выходе блока 19 выделения модуля. При этом начинают расти напряжения на выходе регулято.ров 6 и 16 тока возбуждения и напряжения возбуждения, на выходе вентильного преобразователя 4 и датчиков 9 напряжения возбуждения. Под действием напряжения на выходе вентильного преобразователя 3 начинает расти ток в обмотке 2 возбуждения. Так как ток обмотки 2 вследствие ее индуктивнрсти растет медленнее, чем напряжение, то напряжение на выходе датчика 7 тока возбуждения растет медленнее, чем на выходе датчика 9 напряжения возбуждения. Поэтому на выходе сумматора 10 S появляется сигнал, который пропорцио нален |k .„..J4 и„-(.-оЧ)-:ц uRpig), напряжение на обмотке 2 буждения; RQ - сопротивление обмотки 2 воз буждения в холодном состоянии;ij - ток в обмотке 2 возбуждения L - индуктивность рассеяния обмотки 2 возбуждения; Ng- число витков обмотки возбуж дения; Рд - полезный магнитный поток; otutgRg - изменение сопротивления об мотки 2 возбуждения под действием нагрева; об - температурный коэффициент Адаптивный фильтр 11, являющийся реальным дифференцирующим звеном, об разует на выходе сигнал, равный L lk. w, i ч dt dt так как относительно медленно меняющаяся составляющая при дифференцировании становится практически равной нулю. Сигнал с выхода фильтра 11 поступает на вход регулятора 6 тока возбуткдения, в результате чего обеспечивается динамическая стабилизация контура регулирования тока возбуждения. Дифференцирование осуществляется за счет включения в прямой канал двух пропорциональных усилителей 22 и 23, а в канал обратной связи - интегратора 21 с регулируемой постоянной времени (фиг.2). Регулирование постоянной времени, которая определя ется сопротивлением резистора 37 и емкостью конденсатора 38 (фиг.5), осуществляется за счет изменения условий заряда конденсатора 38. Изме нение условий заряда осуществляется за счет изменения напряжения на выхо де делителя напряжения, состоящего из резистора 39 и полевого транзистО ра 40, на затвор которого поступает сигнал с выхода датчика 7 тока возбуждения, обработанный с помощью бло ка 24 нелинейности. Это изменение па раметров цепи заряда конденсатора 38 приводит к изменению эквивалентной постоянной времени фильтра в соответ 876 ствии с изменениями электромагнитной постоянной времени обмотки возбуждения. В результате обеспечивается стабилизация формы переходных процессов, что обеспечивает повышение надежности. Адаптивный фильтр 12 (фиг.З) является апериодическим звеном с регулируемой постоянной времени и служит для выделения из сигнала, поступающего с сумматора 10, составляющей, пропорциональной Lg utgR V Сигнал с выхода фильтра 12 поступает на вход управления ограничением блока 5 регулируемого ограничения и служит для ограничения задания на ток во-збуждения в зависимости от нагрева обмотки 2 возбуждения. При этом уменьшается напряжение на выходе источника 35 (фиг.4) и, следовательно, напряжение на выходе блока 5 регулируемого ограничения. В результате ограничивается нагрев обмотки 2 возбуждения и повышается надежность. Изменение постоянной времени адаптивного фильтра 12 осуществляется за счет изменения условий заряда конденсатора 29, которое осуществляется путем изменения напряжения на выходе делителя напряжения, образованного резистором 27 и полевым транзистором 29. Блок 30 нелинейности формирует при этом закон изменения сопротивления перехода сток - исток полевого транзистора 29 таким образом, чтобы частота среза адаптивного фильтра 12 менялась пропорционально изменению электромагнитной постоянной времени обмотки 2 возбуждения. Контур регулирования, образованный регулятором 16 напряжения, вентильным преобразователем 3 и. датчиком 9 напряжения, обеспечивает стабилизацию коэффициента передачи прямого канала усиления при изменениях коэффициента передачи преобразователя 3, связанных с изменением напряжения сети, а также служит для частичной динамической компенсации запаздываний в преобразователе 3. В результате также повышается стабильность переходных процессов и; следовательно, надежность работы электропривода. В электроприводе для повышения его надежности предусмотрена также защита от опрокидывания инверторного режима преобразователя 20 при возкикновении недопустимого соотношения между ЭДС якоря электродвигателя и амплитудой переменного напряжения, подведенного к сетевым зажимам преобразователя 20, Эта защита осуществляется путем сравнения на входе блока 14 сравнения счгналов с выхода блока 13 нелинейности и сигнала с выхода датчика 7 амплитуды напряжения сети При приближении соотношения амплитуды напряжения сети и ЭДС электродвигателя к опасному пределу на выходе блока 14 сравнения появляется положительный сигнал, на выходе блока 18 нелинейности появляется сигнал, который, поступая на вход управления ограничением блока 5, вызывает уменьшение тока возбуждения и ЭДС электродвигателя , . В результате применения изобретения повьш1ается КПД и надежность электропривода постоянного тока. Формула изобретения 1, Электропривод постоянного тока, содер ащий электродвигатель, обмотка возбуждения которого подключена к вентильному преобразователю, в цепь управления которого включены последовательно соединенные задатчик мини- . мального тока возбуждения, блок регулируемого ограничения и регулятор тока возбуждения с подключенным к его входу датчиком тока возбуждения, датчики тока якоря и напряжения возбуждения, сумматор, два фильтра, блок нелинейности с характеристикой типа зоны нечувствительности с вьщелением модуля и блок сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и КПД, в него введены датчик напряжения на якоре электродвигателя, регулятор напряжения возбуждения, датчик амплитуды напряжения сети, второй блок нелинейности с характеристикой типа зоны нечувствительности и блок выделения модуля, при этом первый фильтр выполнен адаптивным с фильтрацией сигналов высокой частоты, а второй - адаптивным с фильтрацией сигналов низкой частоты, регулятор напряжения возбуждения включен между регулятором тока возбуждения и управляювдим входом тильного преобразователя и его второй вход соединен с выходом датчика напряжения возбуждения, выходкоторого вместе с выходом датчика тока возбуждения подключен к входам сумматора, соединенного своим выходом с входами обоих адаптивных фильтров, управляющие входы которых соединены с выходом датчика тока возбуждения, выход первого адаптивного фильтра подключен к дополнительному входу, регулятора тока возбуждения, выход второго адаптивного фильтра, как и выход второго блока нелинейности, - к входу управления ограничением блока регулируемого ограничения, второй вход которого через блок выделения модуля соединен с датчиком тока якоря, причем вход второго блока нелинейности через блок сравнения связан с выходами датчика амплитуды напряжения сети и первого блока нелинейности, вход которого подключен к выходу датчика напряжения на якоре. 2.Электропривод по п.1, о т л ичающийся тем, что первый адаптивный фильтр содержит интегратор с регулируемой постоянной времени и два последовательно соединенных пропорциональных усилителя, вход первого из которых является входом фильтра, а выход второго - его выходом, при этом интегратор включен в цепь обратной связи усилителей, а его вход изменения постоянной времени через блок нелинейности соединен с управляющим входом фильтра. 3.Электропривод по пп,1 и 2, о тли чающийся тем, что второй адаптивный фильтр содержит апериодическое звено с регулируемой постоянной времени, выполненное в виде операционного усилителя, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом фильтра, а в цепь обратной связи включен резистор, вьшод которого подключен к выходу усилителя и соединен с одним из выводов второго резистора, второй вьшод которого через конденсатор подключен к входу усилителя и к стоку полевого транзистора с изолированным затвором, исток которого подключен к общей шине, а затвор - к выходу блока нелинейности, вход которого является управляющим входом фильтра.

.

7/а

(puf.i

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателями с двухзоннь(м управлением частотой вращения. Повьшение надежности обеспечивается тем, что контур регулирования, ofipasoBaHHbm регулятором 16 напряжения, вентильным преобразователем 3 и датчиком 9 напряжения, обеспечивает стабилизацию коэффициента передачи прямого канала усиления при изменениях коэффициента передачи преобразователя 3, связанных с изменением напряжения сети, а также служит для частичной динамической компенсации запаздываний в преобразователе 3, Кроме того, осуществляется защита от опрокидывания инверторного режима путем сравнения на входе блока 14 сравнения сигналов с выхода блока 13 нелинейности и сигнала с выхода датчика I7 амплитуды напряжения сети. При приближении соотношения амплитуды напряжения сети и ЭДС электродвигателя к с Ф опасному пределу на выходе блока J.4 сравнения появляется положительный сигнал, на выходе блока 18 нелинейС ности появляется сигнал, который, поступая на вход управления ограничением блока 5, вызывает уменьшение тока возбуждения и ЗДС электродвигателя. 2 3. п. ф-ль. 5 ил.

(рауЛ

Г