Регулируемый электропривод постоянного тока с периодической нагрузкой Советский патент 1988 года по МПК H02P5/06 

м

Изобретение относится к электротехнике, а именно к регулируемым электроприводам постоянного тока, работающим с переменной нагрузкой, име- ющей постоянную и гармоническую составляющие, например к электроприводам поршневых насосов, центробежных вибромодулей, механизмов Качания кристаллизаторов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей электропривода путем снижения пульсаций мо мента и частоты вращения электродвигателя при сложных законах изменения момента нагрузки.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого электропривода .

Электропривод содержит электродви гатель постоянного токи, якорная обмотка 1 которого подключена к управляемому преобразователю 2, а обмотка 3 возбуждения - к преобразователю 4, В цепь управления преобразователя 2 включены последовательно соединенные задатчик 5 интенсивности, регулятор б частоты вращения с блоком 7 ограничения в цепи обратной связи, р.егуля- тор 8 тока якоря и система 9 импульс но-фазового управления, а в цепь управления преобразователя 4 включены последовательно соединенные регулято 10 возбуждения и система 11 импульс- но-фазового управления. Электропри- вод содержит также датчик 12 частоты вращения, датчики 13 и 14 тока якоря датчик 15 т-ока возбуждения и датчик 16 напряжения,, подключенные к входам регуляторов частоты врап|ения, тока якоря и возбуждения.

Электродвигатель через редуктор 17( на выходном валу 18 которого установлен эксцентрик 19 или кривошип, соединен с механизмом 20. С валом 18 связан преобразователь 21 угла поворота в синусно-косинусные сигналы, выходы которого подключены к входам демодуляторов 22 и 23. Выход датчика 12 частоты вращения через масштабирующий усилитель 24 подключен к одному из входов блока 25 перемножения, выход которого через масщтабируюшие усилители 26 и 27 соединен соответственно с входами регулятора 6 частоты вращения и регулятора 10 возбуждения к которым подключены также блоки 28 и 29 смещения.

Кроме того, в электропривод введены преобразователь 30 двойного углаповорота в синусно-косинусные сигналы, выходы которого подключены к входам третьего 31 и четвертого 32 демодуляторов, сумматоры 33 и 34 и двухполюсные коммутирующие элементы 35 и 36, при этом выход демодулятора 23 соединен с входом блока 23 перемножения через последовательно соединенные первый полюс 37 коммутирующего элемента 35 и сумматор 33, второй вход которого связан с выходом демодулятора 31 через первый полюс.38 коммутирующего элемента 36, а выход демодулятора 22 подключен к блокам 28 к 29 смещения чере з второй полюс 39 коммутирующего элемента 35 и сумматор 34, второй вход которого связан с выходом демодулятора 32 через второй полюс 40 коммутирующего элемента 36.

Преобразователи угла поворота и двойного угла в синусно-косннусные сигналы могут быть выполнены в виде двух каскадно включенных синусно-ко- синусных вращаюшихся трансформаторов.

Изобретение позволяет компенсировать возмущения со стороны нагрузки при периодически изменяющемся моменте на валу 18 по следующим основным законам: синусоида

М, Мп -5- Мд31плпри О fe об 6 2Т, Т 2tj.(1)

выпрямленная синусоида

Mj, Мп ьM,sinйiпpи О ё , :Т 1Г:(2)

детектированная синусоида

М + М 81пй.при Об оСйТГ , М, 2-4, (3)

Mr.U при ut. 2 ii -.

Т 2, ;

где Ы. к о. - угол поворота и частота

вращения вала 18; М - постоянная составляющая

момента нагрузкиi Mg - амплитуда переменной

составляющей момента нагрузки.

После разложения ( 2) и (3) в ряд Фурье и отбрасывания высших гармоник

начиная с четвертой ввиду их малости вьражения для момента сопротивления на валу 18 принимают вид:

М, М„ + MjjSinai; (

М

М, + М(-|- - соз2об);

ты 21-32 и коммутирующие элементы 35 и 36,.состояние которых зависит от вида нагрузки на валу 18 и указано в таблице.

Изобретение относится к электротехнике и может быТь использовано в электр оприводах с переменной нагрузкой. Целью изобретения йвляется расширение функциональных возможностей путем снижения пульсаций момента и частоты вращения электродвигателя при сложных законах изменения момента нагрузки. Электропривод содержит преобразователь 30 двойного угла поворота в синусно-косинусные сигналы, выходы которого подключены к входам третьего 31 и четвертого 32 демодуляторов. Выход демодулятора 23 соединен с входом блока 25 перемножения через последовательно соединенные первый полюс 37 коммутирующего элемента 35 и сумматор 33. В данном устройстве обеспечивается компенсация возмущений по нагрузке при трех различ ных законах изменения момента нагрузки на валу механизма. 1 ил. S W

M J М„ + М(-|- + - -sinot. 2 -cos2uL).

J II

В большинстве случаев электропривод описывается передаточной функцией вида

W(p) де и(р)

Кит

M(El .К„ и(р) Тр+1

-напряжение управления на входе регулятора частоты вращения или на входе регулятора возбуждения i

-коэффициент передачи

и постоянная времени по

Электропривод работает следующим образом.

При синусоидальной нагрузке на вацепи управления,

Тогда корректирующие сигналы на .. ,„ . . входах регуляторов 6 и 10 для. компен- ° Двигателя равен сации инерционности .привода должны , m иметь опережающую фазу для рассматри- i ваемых трех случаев (А)-(6) нагрузки

на валу 18 в установившемся режиме - м конструктивная постоянная будут иметь вид:-95 . двигателя;

1 и

двигателя,

(7)Для поддержания постоянного тока

двигателя i 1ц const поток Р 40 двигателя должен изменяться по закону

1 иФ - ток якоря и маг-нитный поток

и

Kl

и

п + - (sino6 + Twcosei,) ;

и

кг

п--|(4--з|- °«2оС-ь

(8)

+ sinei - -r-cos2ei+ 37

8

+ Ta(cosoi + )l

где Uy, и Uq - электрические сигналы, пропорциональные постоянной составляющей и амплитуде переменной составляющей момента сопротивления соответственно,

Дпя формирования корректирующих сигналов (7)-(9) используются элемен.(6)

О соответствует выключенному состоянию коммутирующего элемента (кон- такты разомкнуты), 1 - его включение му состоянию. Электропривод работает следующим образом.

При синусоидальной нагрузке на ва,„ . . Двигателя равен , m i

м конструктивная постоянная . двигателя;

1 и

1 иФ - ток якоря и маг-нитный поток

д Мп + MaSinJZt г - -------

Й(52)

М/

45 Это достигается путем подачи на вход регулятора 10 возбуждения двух корректирующих сигналов от преобразователей 21 и 30 углов поворота, Пер- вый корректирующий сигнал формируетgQ ся преобразователем 2t угла поворота в синусоидальный сигнал и через демодулятор 22, контакт 39 коммутирующего элемента 35, сумматор 34 и блок 28 смещения подается на вход регуляgg тора 6 частоты вращения , а через блок 29. смещения - на вход регулятора 10 возбуждения. Второй корректирующий сигнал формируется на выходе преобразователя 21 угла поворота в коси-

нусоидальный сигнал я подается через демодулятор 23, контакт .37 коммутирующего элемента 35 и сумматор 33 на блок 25 перемножения, перемножается с сигналом датчика 12 частоты вращения, поступающим через блок 24 масштбирования на второй вход блока 25 перемножения, и результирующий сигнал с выхода блока перемножения чере .блок 26 подается на вход регулятора 6 частоты вращения, а через третий ;блок 27 масштабирования - на вход регулятора 10 возбуждения.

Корректирующие сигналы подаются на дополнительные входы регуляторов 6 и 10.

; В.в едение второго корректирующего сигнала эквивалентно смещению по фазе первого корректирующего сигнала, причем смещение по фазе зависит от частоты $2 пульсаций (частоты враще- :ния вала 18) и изменяется автоматически в функции частоты Q Это объясняется следующим.

В установившемся режиме работы S1 dbt/dt, где об - угол поворота вала 18, сумма корректирующих сигналов поступающих на вход регулятора 10 возбуждения от преобразователей 21 и 30. углов поворота, равна:

и и„ + UqSinS2t + K,K5U4BUaCosQt (

где Uj - постоянное напряжение для компенсации постоянной составляющей момента, формируемое блоком 29 смещения} Uq - максимальное значение напряжения на выходе демодулято- ров 22, 23, 31 и 32,- . напряжение на выходе датчика 12 частоты вращения К, и K..J- коэффициенты передачи первого 26 и третьего 27 блоков масштабирования,

Напряжение на выходе датчика частоты вращения определяется соотношением

Ь|Л (11)

,в

где К.,„ - коэа}фициент передачи датчит О

ка 12 частоты вращения-,

Кр - коэффициент передачи редуктора 17. . При использовании известных фор- кул записи синусоидальных величин

вьфажение (10) с учетом (11) запишется в следующем виде:

и Up, + , sin(wt +tf, )., (12)

где

А, Jl + (- |i-ibn),

Cf, arctg( п). l

Выражение (12) показьгоает, что суммарный корректируюш51Й сигнал подается на вход регулятора 10 возбуждения с опережающим сдвигом по фазе на угол ср , величина которого автоматически изменяется в функции частоты вращения П вала 18. Этот сигнал компенсирует инерционность регулятора 10 возбуждения.

Для компенсацией воздействия гармонической составляющей потока двигателя на частоту вращения следует иметь в виду закон изменения напряжения вентильного преобразователя 2, Из равенства

„ п

КЕ М(Я)

const.

к.

находим

.K.MM.R кепн„(,,)

К

/w

K«IH

Необходимая фаза суммарного корреК тирующего сигнала, подаваемого на вход регулятора 6 частоты вращения,, настраивается путем установки коэффициентов передачи блоков 24 и 26 масштабирования, а корректирующего сигнала, подаваемого на вход регулятора 10 возбуждения, - путем установки коэффициентов блоков масштабирования 24 и 27.

Совместное действие двух каналов формирования требуемых законов изменения магнитного потока электродвигателя и напряжения преобразователя 2 обеспечивает эффективное уменьшение, колебаний тока и частоты вращения при синусоидальной нагрузке.

При моменте сопротивления, изменяющемся по законам (2) или (3), прин 1ЩП компенсации возмущения по моменту

остается тем, же, но корректирующие сигналы формируются в соответствии с выражением (8) или (9)

При моменте на валу 18 вида (2) суммарный корректирующий сигнал по аналогии с (12) будет определяться значением

и

Sli

пг (2Qt , (13) 10

А„

N

К2 + (.

к,

Cf, arctg(lfi|i -n).

а при моменте вида (3) корректирующий сигнал будет.определяться значением20

пэ + U AjSin(lt +Cfp - (2nt + Cf),.

где

A -1-д 1 + (

J 2

К,

q, arctg(b|iKiLs).

A, (),

C arctg(Si.|iplB ji).

В выражениях (13) и (14) приняты обозначения:

Uaz Un-b-|-h .

и и + -i- . и„, П- к

П5 - .n

К, Kj - коэффициенты передачи сумматоров 34 и .33 по вторым входам соответственно. Коэффициенты передачи этих сумматоров по первым входам во всех трех режимах равны единице.

Из вьфажений (13) и (14) видно, что при пульсирующей нагрузке (как и при синусоидальной) имеет место опеВНИИПИ Заказ 4076/55 Тираж 583

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

режающий фазовый сдвиг, причем амг- плитуда и фаза корректирующего сигнала зависят от частоты вращения вала 18.

Таким образом, изобретение позволяет расширить функциональные возможности электропривода за счет обеспечения компенсации вoз ryщeний по нагрузке для трех различных законов изменения момента нагрузки на валу механизма.

Частичная компенсация возмущений может быть также обеспечена и при других видах периодической нагрузки, если график момента на валу 18 содержит доминирующие первую и вторую гармоники от угла поворота вала. 18.

Формула изобретения

Регулируемый электропривод постоянного тока с периодической нагрузкой по авт. св. № 985915, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем снижения пульсаций момента и частоты вращения электродвигателя при сложных законах изменения момен- .

та нагрузки, в него введены преобразователь двойного угла поворота в си- нусно-косинусные сигналы, третий и четвертый демодуляторы, два сумматора и два двухполюсных коммутирующих элеманта, при этом входы третьего и четвертого демодуляторов подключены к выходам преобразователя двойного угла поворота в синусоидальный и косину- соидальньш сигналы соответственно, выход второго демодулятора соединен с первым входом блока перемножения через последовательно соединенные первый полюс первого коммутирующего элемента и первый сумматор, второй вход

которого связан с выходом третьего демодулятора через первый полюс второго коммутирующего элемента, а выход второго демодулятора подключен к блокам смещения через второй полюс

первого кoм ryтиpyющeгo элемента и второй сумматор, второй вход которого связан с выходом четвертого демодулятора через второй полюс второго коммутирующего элемента.

Подписное