Электропривод постоянного тока Советский патент 1990 года по МПК H02P5/06 

ел ел

ел

vj

СО

со

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматизированным электроприводам постоянного тока, регулируемым при помощи сило- вых преобразователей и требующим точного поддержания заданных параметров.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности регулирования.

На чертеже изображена структурная схема электропривода.

Электропривод содержит электродвигатель 1, подключенный к управляемому преобразователю 2, в цепь управления которого включены последовательно соединенные регулятор 3 скорости и регулятор 4 тока, входы которых соединены соответственно с датчиками скорости 5 и тока 6. При этом регулятор 3 скорости образован последовательно включенными устройством 7 задания желаемой переходной характеристики, выполненным в виде апериодического звена, блоком 8 сравнения и безынерционным звеном 9, регулятор 4 тока образован последовательно включенными устройством 10 задания желаемой переходной характеристики, также выполненным в виде апериодического звена, блоком 11 сравнения и безынерционным звеном 12, при этом входы устройств 7 и 10 задания желаемой переходной характеристики являются входами регуляторов скорости 3 и тока 4 для подключения задающего устройства 13 и выхода предыдущего регулятора, вычитающие входы блоков 8 и 11 сравнения - входами регуляторов 3 и 4 для подключения датчиков 5 и 6, а выходы безынерционных звеньев 9 и 12 - выходами регуляторов.

Электродвигатель 1 содержит механическую часть 14, якорную цепь 15 звено 16 внутренней обратной связи по ЭДС, звено 17 внутренней связи момента и тока.

Кроме того, на структурной схеме приняты следующие обозначения: RJ - суммарное сопротивление

якорной цепи электродвигателя постоянного тока; С - конструктивная постоянная

времени электродвигателя; ЛКЯ Тц -Ј2Д - механическая постоянная

времени электродвигателя; J - суммарный приведенный мо

-. 5

0

5

0

мент инерции электропривода;

Р - оператор преобразования Лапласа;

LH

R

L. К

тп

Т„ oct

К, т К

осе

К постоянная времени якорной цепи электродвигателя; индуктивность якорной цепи; коэффициент тиристорного преобразования; малая некомпенсирующая постоянная времени;

КпгТ - коэффициент обратной связи по току якоря; коэффициент передачи безынерционного звена регулятора тока;

постоянная времени устройства задания желаемой переходной характеристики регулятора тока; коэффициент обратной связи по частоте вращения; коэффициент передачи безынерционного звена регулятора скорости; постоянная времени устрой-

ства задания желаемой переходной характеристики регулятора скорости; частота вращения электродвигателя;

момент статического сопротивления;

Iji - ток якоря электродвигателя; Uт - выходной сигнал регулятора

тока; Uc - выходной сигнал регулятора

скорости;

U5 - сигнал задания установившегося значения скорости. Электропривод работает следующим образом.

Скачкообразный сигнал задания Ug определяющий требуемое установившееся значение скорости, поступает на устройство 7 задания желаемой переходной характеристики, формирующее требуемую зависимость входного сигнала от времени. Если сигнал обратной связи Uoc отличается от требуемого, с блока 8 сравнения снимается разность названных сигналов и усиливается безынерционным звеном 9. Сигнал с этого устройства (выходной сигнал регулятора скорости U) подается на устройство 10 задания желаемой переходной характеристики, с которого снимается зависимость требуезс

03 М„ 15

мого сигнала во времени. Этот сигнал сравнивается с сигналом обратной связи UOT и усиливается безынерционным звеном, выходной сигнал которого UT является выходом регулятора тока. Значительные формировки сигналов управления компенсируют постоянные времени, вызывая изменение тока в соответствии с требуемым сиг- IQ налом с устройства 10, т.е. близкий к желаемому переходный процесс. Форсированное изменение тока вызывает изменение скорости, а так как регулятор тока подчинен регулятору скорости, то ток регулируется так, чтобы обеспечить изменение скорости в соответствии с сигналом, снимаемым с устройства 7.

Таким образом, в предлагаемом электроприводе осуществляется заданный быстродействующий процесс регулирования частоты вращения. В установившемся режиме благодаря большим коэффициентам передачи, поддерживается высокая точность поддержания регулируемых величин.

Рассматриваются процессы в системе подчиненного регулирования электропривода, начиная с внутреннего кон- 30 тура регулирования тока, состоящего из объекта регулирования: якорной цепи 15 электродвигателя и регулируемого преобразователя 2. Передаточная функция объекта регулирования контура без учете влияния ЭДС, как это обычно принято, имеет вид

i(P)K™./RfL

К

эт

-JSjKja/Rj 1+К,К-тп КосТ /R«

При больших значениях К, влияни 5 колебательного звена на переходный процесс контура тока становится не значительным, так как Т3т Тт, и почти полностью определяется устро ством, задающим желаемый переходны процесс, в данном случае апериодическим звеном с постоянной времени TJT. Таким образом, с достаточной степенью точности контур тока може быть представлен, как

(P)

Ы11 UC(P)

KJI .

20

25

Передаточная функция объекта ре гулирования контура скорости имеет

вид

W(P) У1Р1 . ( } 1д(Р) Т„Р

Передаточная функция замкнутого контура скорости имеет вид

1

W(P)

U«,(P) Т5ГР+1 т(Р +ТсвР

где Т 35

К

ТиТм ,

K2K4TR KOCC /C

TN

К яК з7 RijK otc /С

/СК

с

ОС с

WOT (Р) т т т 21Т7т;4Тф ;Гв11 ПРИ больших значениях Кп влияние

UrlrJif. La г 1ы + 1л ) г т

г Г -40 колебательного звена на переходный (1).

Иначе ее можно записать в виде

w {Р) Ы11Km/

UT(P) TЈP2+2 TTP+1

где Тг (Т„+Т,)/21|тГт7.

процесс контура скорости становится незначительным, так как Tt| Тс„, и процесс почти полностью определяется устройством задания жела

45 емой переходной характеристики, в данном случае апериодическим звеном с постоянной времени Tic, в других случаях это может быть любая другая в том числе оптимальная, по какомуПередаточная функция замкнутого контура тока вместе с регулятором имеет вид

W3T (Р)

где Тт Таким образом, быстродействие с темы электропривода для предлагаем

1

liLll 1,Кзт

Ub(P) ТьтР+1 Т 2Р2+2 Ту Р+1 го технического решения может быть

Тт.

il+K,KT1,K0cT/R Т

Ijl+K.K K T/Rft

55 Однако безграничное повьшение быстродействия системы недопустимо это связано с невозможностью физиче кой реализуемости узлов с бесконечными коэффициентами передачи, а та

К

эт

-JSjKja/Rj 1+К,К-тп КосТ /R«

При больших значениях К, влияние колебательного звена на переходный процесс контура тока становится незначительным, так как Т3т Тт, и он почти полностью определяется устройством, задающим желаемый переходный процесс, в данном случае апериодическим звеном с постоянной времени TJT. Таким образом, с достаточной степенью точности контур тока может быть представлен, как

Ы11 UC(P)

KJI .

Передаточная функция объекта регулирования контура скорости имеет

вид

W(P) У1Р1 . ( } 1д(Р) Т„Р

Передаточная функция замкнутого контура скорости имеет вид

1

W(P)

U«,(P) Т5ГР+1 т(Р +ТсвР-И

где Т

К

ТиТм ,

K2K4TR KOCC /C

TN

К яК з7 RijK otc /С

/СК

с

ОС с

колебательного звена на переходный

процесс контура скорости становится незначительным, так как Tt| , Тс„, и процесс почти полностью определяется устройством задания жела-

емой переходной характеристики, в данном случае апериодическим звеном с постоянной времени Tic, в других случаях это может быть любая другая, в том числе оптимальная, по какомулибо критерию зависимость.

Таким образом, быстродействие системы электропривода для предлагаемого технического решения может быть

Однако безграничное повьшение быстродействия системы недопустимо: это связано с невозможностью физической реализуемости узлов с бесконечными коэффициентами передачи, а также по условиям устойчивости. Поскольку предлагаемые регуляторы не обеспечивают абсолютной устойчивости сис- темьг, то реальное быстродействие при котором система устойчива, зависит от конкретного соотношения величин постоянных времени Ти и TjT. Значение быстродействия, при котором гарантирована устойчивость после замыкания контура скорости

т - Тт хпр-вА 2-

Т

эквивалентная постоянная времени, соответствующая предельному быстродействию контура тока.

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к управляемому преобразо

5

0

вателю, в цепь управления которого включены последовательно соединенные регуляторы скорости и тока, входы которых соединены соответственно с датчиками скорости и тока, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности регулирования, каждый регулятор образован последовательно включенными устройством задания желаемой переходной характеристики, выполненным в виде апериодического звена, блоком сравнения и безынерционным звеном, при этом вход устройства задания желаемой переходной характеристики является входом регулятора для подключения задающего устройства или выхода предыдущего регулятора, вычитающий вход блока сравнения - входом регулятора для подключения датчиков, а выход безынерционного звена - выхо дом регулятора.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматизированным электроприводам постоянного тока, регулируемым при помощи силовых преобразователей и требующим точного поддержания заданных параметров. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности регулирования. Для достижения цели каждый регулятор в системе управления образован последовательно включенными устройством 7 задания желаемой переходной характеристики, выполненным в виде апериодического звена, блоком 8 сравнения и безынерционным звеном 9. Вход устройства 7 задания желаемой характеристики, являющийся входом регулятора, подключен к выходу предыдущего регулятора. Выход устройства 7 подключен к первому входу сумматора 8, второй вход которого подключен к датчику регулируемой величины. Выход сумматора 8 подключен входу безынерционного звена 9 с большим коэффициентом передачи. Данное устройство, сохраняя апериодический характер переходных процессов, обеспечивает точность и быстродействие электропривода. 1 ил.

Редактор Г. Гербер

Составитель В.Кузнецова Техред М.Ходанич

Заказ 560

Тираж 450

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Корректор Н. Ревская,

Подписное