Электропривод постоянного тока Советский патент 1988 года по МПК H02P5/06 

1

{/г. 1

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в системах двухзонного управления частотой вращения электродвигателей постоянного тока различных механизмов с большим моментом инерции на валу электродвигателя и работающих с большим диапазоном регулирования частоты зращения изменением тока возбуждения

Цель изобретения - повьшение быстродействия и надежности электропривода.

На«фиг, 1 изображена функциональная схема электропривода; на фиг. 2 - скема логического устройства; на фиг. 3 - схема регулятора тока воз- буящения для возбудителя на базе магнитного усилителя и транзисторны силовых ключей; на фиг. 4 - схема регулятора тока возбуждения для ти- ристорного возбудителя; на фиг. 5 - схема блока определения температуры обмотки возбуждения; на фиг. 6 и 7 - характеристики блоков нелинейности.

Электропривод (фиг. 1) содержит электродвигатель, якорная обмотка 1 которого подключена к регулируемому преобразователю 2, а обмотка 3 воз- бзщдения - к управляющему возбудителю 4, в цепь управления которого включен регулятор 5 тока возбуждения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами задат- чика 6 минимального тока возбуждения и первого блока 7 нелинейности типа насыщение через развязывающие диоды 8 и 9, датчики 10 и 11 тока якоря и тока возбуждения и датчики 12 и 13 напряжения на якоре и на обмотке возбуждения, второй блок 14 нелинейности типа зона нечувствительности и блок 15 вьщеления модуля.

Электропривод содержит также блок

16определения температуры обмотки возбуждения и блок 17 определения режима в виде логического устройства, а электродвигатель снабжен дополнительной обмоткой 18 возбуждения расположенной на главных полюсах. При этом первый, второй и третий входы блока 17 соединены соответственно с выходами датчика 10 тока якоря д атчика 12 напряжения на якоре и блоке 15 выделения модуля, соединенного своим выходом с входом блока 7 нелинейности, а выход блока

17подключен с третьему входу регулятора 5 тока возбуждения, четвертый

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

и пятый входы которого связаны соответственно с выходом датчика 11 тока возбуждения и выводами дополнительной обмотки 18 возбуждения, которые вместе с выходом датчика 13 напряжения на обмотке возбуждения подключены также к входам блока 16 определения температуры обмотки возбуждения, выход которого через блок 14 нелинейности подключен к шестому входу регулятора 5 тока возбуждения.

Блок 17 (фиг. 2) содержит неинвертирующий пропорцдюнальный усилитель 19, компараторы 20 и 21, диоды 22-24, стабилитрон 25 и логический элемент ИСКЛЮЧАКЯЦЕЕ ИЛИ 26, при этом катод стабилитрона 25 служит вторым входом логического устройства, аноды диодов 23 и 24 образуют первый и третий его входы, а их катоды соединены с входами логического элемента ИСКПЮЧАКЦЕЕ ИЛИ 26, выход которого, связанный с катодом диода 22, подключен через указанный диод к ограничивающему входу неинвертирующего пропорционального усилителя 19, вход которого связан с анодом стабилитрона 25, а выход является выходом логического устройства.

Регулятор 5 тока возбуждения (фиг. 3) содержит конденсатор 27 и соединенные последовательно пропорциональный усилитель 28 и компаратор 29, выход которого является выходом, а входы - пятым и шестым входами регулятора тока возбуждения, первый и второй неинвертирующие входы пропорционального усилителя 28 является первым и вторым входами регулятора, первый и второй инвертирующие входы этого усилителя являются третьим и четвертым входами регулятора, при этом конденсатор 26 включен между выходом и инвертирующим входом пропорционального усилителя 19.

Регулятор 5 трка возбуждения (фиг. 4) содержит конденсатор 30 резистор 31 и последовательно включенные пропорциональные усилители 32 и 33, первый и второй неинвертирующие входы первого пропорционального усилителя 32 являются первым и вторым входами регулятора, а первый и второй инвертирующие входы - третьим и четвертым входами регулятора, первый и второй инвертирующие входы второго пропорционального усилителя 3 являются соответственно пятым и шестым входами регулятора, а выход этого усилителя является выходом регулятора, при этом конденсатор 30 включен междУ инвертирукицим входом и выходом первого пропорционального усилителя 32, между неинвертирукяцим входом которого и выходом пропорционального усилителя 33 включен резистор 31.

Блок 16 определения температуры обмотки возбуждения (фиг. 5) содержит пропорциональный усилитель 34 и конденсатор 35, первый и второй инвертирующий входы пропорционального усилителя 34 являются соответственно первым и вторым входами блока, неинвертирукяций вход является третьим входом блока, а выход - выходом блока 5 определения температуры обмотки возбуждения, при этом конденсатор 35 включен между инвертирующим входом и выходом пропорционального усилителя 34,

Электропривод постоянного тока (фиг. 1) работает следунщим образом

При стоянке электродвигателя ток в якорной цепи отсутствует и сигналы на выходах датчиков 10 и 12 тока и .напряжения на якоре равны нулю. Поэтому отсутствуют сигналы на выхода блока 15 выделения модуля, логичес- Kofo устройства 17, блока 7 нелинейности и диода 8. При холодной обмотке 3 возбуждения сигналы на выходах блока 16 определения температуры и. блока 14 нелинейности также отсутствуют. В результате сигнал на выход регулятора 5 тока возбуждения определяется соотношением сигнала задания, поступающего на его первый вход от

При появлении напряжения на выходе регулируемого преобразователя 2 появляются сигналы на выходах датчиков 10 и 12 тока и напряжения на якоре и блоке 15 выделения модуля. Эти сигналы поступают на входы логического устройства 17.

Логическое устройство (блок 17)

работает следующим образом.

В двигательном режиме работы электродвигателя сигналы напряжения и тока имеют положительную полярность. Эти сигналы поступают через

диоды 23 и 24 на входы компараторов 20 и 21, на выходах которых образуются сигналы, соответствующие логическим единицам и поступающие на входы элемента ИСКЛЮЧАКЩБЕ ИЛИ 26.

В результате на выходе этого элемента сигнал практически равен нулю, а сигнал на выходе пропорционального усилителя 19 также равен нулю. В тормозном режиме полярность сигналов

напряжения и тока разная. Поэтому на катоде одного из диодов 23 или 24 сигнал будет отсутствовать, вследствие чего будет отсутствовать один из сигналов на выходах компараторов

20 или 21. В результате на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26 появляется сигнал логической единицы .

35

Сигнал с вькода логического элемента 26 через диод 22 поступает на ограничивающий вход усилителя 19, причем величина этого сигнала выбирается таким образом, чтобы он 40 практически не ограничивал сигнал на выходе пропорционального усилителя 19. При этом сигнал на выходе усилителя 19 зависит только от сигнала, поступающего на его неинвертирующий

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в схемах двухзонного управления частотой вращения. Целью изобретения является повьшение быстродействия и надежности электропривода. Электропривод содержит блок 17 определения ре- ймма, входы которого подключены к датчику 10 тока якоря, блоку 15 выделения модуля и датчику 12 напряжения. Выход блока 17 подключен к регулятору 5 тока возбуждения. Один из входов регулятора 5 тока возбуждения через блок 14 нелинейности соединен с блоком 16 определения температуры обмотки возбуждения. При приближении температуры к недопустимому уровню на выходе блока 14 появляется сигнал, по дсоторому снижается задание на возбуждение. Температурный контроль обеспечивает в ранном электроприводе улучшение условий коь-мутации электродвигателя. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

задатчика6 минимального тока возбужде- дд вход. Этот входной сигнал появляется

ния через диод 9, и сигналами обратной связи с выходов дополнительной обмотки 18 возбуждения и датчика 11 тока возбуждения, поступающими соответственно на пятый и шестой входы регулятора 5 тока возбуждения. Сигнал с выхода регулятора 5 тока возбуждения поступает на вход возбудителя 4 и определяет ток, протекающий

50

только при достижении током допустимого значения, так как напряжение пробоя стабилитрона 25 выбрано из условия достижения током максимально допустимого значения.- Таким образом, на выходе усилителя 19 сигнал появляется только в тормозном режиме при достижении током максимально допустимого значения, в остальных

в обмотке 3 возбуждения, и напряжение режимах этот сигнал отсутствует, на выходе датчика 13 напряжения воз- Сигнал с выхода усилителя 19, равно

и

буждения.Напряжение питания на выходе регулируемого преобразователя 2 отсутствует.

как и с выхода логического устройства 17, поступает на третий вход регулятора 5 тока возбуждения.

только при достижении током допустимого значения, так как напряжение пробоя стабилитрона 25 выбрано из условия достижения током максимально допустимого значения.- Таким образом, на выходе усилителя 19 сигнал появляется только в тормозном режиме при достижении током максимально допустимого значения, в остальных

и

как и с выхода логического устройства 17, поступает на третий вход регулятора 5 тока возбуждения.

Одновременно на первый вход регулятора 5 тока возбуждения через блок 7 нелинейности поступает сигнал с выхода блока 15 выделения модуля. Блок 7 нелинейности служит для ограничения сигнала по верхнему уровню.

Регулятор 5 тока возбуждения для возбудителя на базе магнитного усилителя и силовых транзисторных ключей (фиг. 3) работает следукяцим образом.

Первый и второй входы регулятора 5 тока возбуждения, равно как и не- инвертирукадие входы пропорциональног усилителя 27, являются входами задания и на них поступают сигналы от задатчика 9 минимального тока возбуждения и от блока 15 выделения модуля через диоды 8 и 9, причем диоды служат для выбора большего из двух этих сигналов. Третий и шестой входы регулятора 5, равно как и инвертирующие входы усилителя.27, являются корректирующими и на них поступают сигналы с вькода(логического устройства 17 и через блок 14 нелинейности с выхода блока 16 определения температуры обмотки возбуждения. Эти сигналы уменьшают значение задания тока возбуждения при превьшении допустимого значения тока якоря, для чего служит логическое устройство 17 и при превышении допустимого значения температуры обмотки 3 возбужд - ния, для чего служат блок 14 нелинейности и блок 16 определения температуры обмотки возбуждения. В результате на выходе пропорционэльног усилителя 28 появляется скорректированный сигнал задания тока возбуждения. Этот сигнал сравнивается на входе компаратора 29 с сигналами обратной связи по току возбуждения, поступающими на четвертый и пятый входы регулятора 5 тока возбуждения, равно как и на входы компаратора 29.

Сигнал с вьЕхода датчика 11 тока возбуждения пропорционален фактическому значению тока возбуждения и образует жесткую обратную связь. Сигнал с выхода дополнительной обмотки 18 возбуждения пропорционален производной полезного магнитного потока главных полюсов и служит для обеспечения динамической стабилизации контура регулирования тока возбуждения, образуя гибкую обратную связь по току возбуждения. В зависи0

5

0

5

0

5

0

5

мости от соотношения сигнала.задания и сигналов обратных связей на выходе компаратора 29 образуется либо максимальный положительный, либо максимальный отрицательный сигнал. Таким образом, регулятор 5 для возбудителя на базе магнитного з силителя и силовых транзисторных ключей фактически реализует релейную характеристику, что позволяет импульсно с малыми потерями мощности регулировать выходные силовые транзисторные каскады. Конденсатор 27 служит для ограничения влияния помех.

В регуляторе 5 тока возбуждения для тиристорного возбудителя (фиг. 4) пропорциональный усилитель 32 и конденсатор 30, идентичны с усилителем 28 и конденсатором 27 (фиг. 3) и выполняют те же фунвщии. Отличие работы двух вариантов регуляторов заключается в том, что в регуляторе для тиристорного возбудителя сигнал задания и сигналы обратных связей сравниваются на инвертирующем входе пропорционального усилителя 32. Сигнал на выходе усилителя 33,, равно как и на выходе регулятора 5, определяется соотношением сигналов на его входах. Этот регулятор реализует пропорциональный закон, а гибкая обратная связь по производной магнитного потока обеспечивает динамическую стабилизацию контура регулирования тока возбуждения. Резистор 31 образует глубокую отрицательную обратную связь, которая служит для подавления дрейфа нуля.

Для определения .,/1ерегрева обмотки 3 возбуждения служит блок 16 определения температуры обмотки возбуждения (фиг. 5). Этот блок реализует зависимость

R .. ig /)RB UB - т

dt

5

где XB

и

В

ов

ЛК

ов

значение тока возбуждения; значение напряжения возбуждения ;

сопротивление холодной обмотки возбуждения; изменение сопротивления обмотки возбуткдения под влиянием кагрева.

Для этого на неиивертирукяций вход пропорционального усилителя 34 равно как и на третий вход блока 16 определения температуры, поступает сигнал с датчика 3 напряжения воз буждения, пропорциональный Ug, а на инвертирующие входы, равно как и на первый и второй входы блока 16, поступают сигнал от датчика 11 тока возбуждения, пропорциональный i., и сигнал с выхода дополнительной

обмотки 18, пропорциональный LT--.

В результате на выходе пропорционального усилителя ЗА, равно как и на выходе блока 16, образуется сигнал, пропорциональный перегреву обмотки 3 возбуждения, Конденсатор 35 служит для ограничения влияния помех Сигнал с выхода блока 16 определени температуры обмотки возбуждения пос- тупает на вход блока 14 нелинейности, имеющего характеристику типа зона нечувствительности 5 которая изображена на фиг, 7, При приближении температуры к недопустимому уровню на выходе блока 14 нелинейности появляется сигнал, который поступает на вход регулятора 5 тока возбуждения и снижает задание на ток возбуждения,

Таким образом, в результате применения изобретения повышается быстродействие и надежность предлагаемого электропривода,

Формула изобретения

1, Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена- к регулируемому преобразователю, а обмотка- возбуждения - к управляющему возбудителю, в цепь управления которого включен регулятор тока возбуждения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами задатчика минимального тока возбуждения и первого блока нелинейности типа насыщение через развязывающие диоды, датчики тока якоря и тока возбуждения и датчики напряжения на якоре и напряжения на обмотке возбуждения, второй блок нелинейности типа зона нечувствительности и блок вьщеления модуля, отличающийся тем, что, с целью повьпиения быстродействия и

5

0

5

0

5

0

5

0

5

надежности, в него введены блок определения температуры обмотки возбуждения и блок определения режима, а электродвигатель снабжен дополнительной обмоткой возбуждения, расположенной на главных полюсах, при этом первый, второй и третий входы блока определения режима соединены соответственно с выходами датчика тока якоря, датчика напряжения на якоре и блока выделения модуля, сое- диненного своим выходом с входом первого блока нелинейности типа насыщение, а выход блока определения режима подключен к третьему входу регулятора тока возбуждения, четвертый и пятый входы которого связаны соответственно с выходом датчика тока возбуждения и выводами дополнительной обмотки возбуждения, которые вместе с выходом датчика напряжения на обмотке возбуждения подключены также к входам блока определения температуры обмотки возбуждения, выход которого через второй блок нелинейности типа зона нечувствительности подключен к шестому входу регулятора то - ка возбуждения.

OmfS

1-г

2

f1

2S

QfftfO

и

го

иГ

..

От 18 ff.fn fi О

фи.Ъ

J22

,«я пм

Omt

е/г.

JL

фиг. 5

r.5-f.8Ijtff t/г.б

фиг.7