Электропривод Советский патент 1992 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике а именно к автоматизированному электроприводу, и может быть использовано для регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока за счет изменения его тока возбуждения при постоянном напряжении на якоре

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является электропривод с системой регулирования потока электродвигателя постоянного тока с токоограничением, содержащий последовательно соединенные внешний регуляторе блоком ограничения, регулятор производной потока и тиристорный возбудитель электродвигателя датчик производной потока и усилитель, соединенные с регулятором производной потока блок ограничения тока якоря, блок отсечки по потоку и блок задания уставки отсечки связанные с усилителем, а также блок задания напряжения

Система построена по принципу подчиненного регулирования и содержит два контура ре улирования внутренний - произ водной потока и внешний Базовыми эле ментами внутреннего контура являются регулятор производной потока и датчик производной потока

Внутренний контур оптимизирует и регулирует производную потока электродви гателя Внешний контур регулирует и оптимизирует главный параметр (в приведенной системе таким параметром является поток электродвигателя) и состоит из внешнего регулятора и главной обратной связи Блок ограничения внешнего регулятора вступает в работу при скачкообразных изменениях задания на главный параметр и ограничивает темп изменения потока При постоянстве напряжения на якоре двигателя темп изменения потока определяет величину ускорения (замедления) вращения электродвигателя Если ограничение сигнала внешнего регулятора осуществляется в функции куба потока, то темп изменения частоты вращения будет иметь нелинейный

сл

1 сл

00 00

ю о

характер, а динамический якорный ток - постоянную величину.

Недостатком электропривода являют ся: низкое качество регулирования частоты вращения; низкий темп изменения тока возбуждения электродвигателя в переходных процессах, связанных с режимами включения - выключения (коммутации)автоматического выключателя.

Действительно, в приведенном электроприводе отсутствует обратная связь по частоте вращения и последняя регулируется косвенным образом, т.к. главным параметром управления является ток возбуждения или поток электродвигателя, что отрицательно сказывается на качестве переходных процессов скорости (в частности, на точности регулирования и линейности статических характеристик).

Известно, что процесс изменения тока возбуждения от минимального до максимального значения определяется ограничением сигнала на выходе внешнего регулятора и может длиться от долей до нескольких десятков секунд. При вращении электродвигателя ограничение внешнего регулятора определяет темп изменения частоты вращения и устанавливается исходя из требований технологии и предельных параметров электродвигателя. При отключенном якорном автоматическом выключателе ток возбуждения электродвигателя устанавливается равным 0 (для маховичного электропривода), либо имеет величину, значительно меньшую номинального значения, а при его включении - равным максимальному (обычно номинальному) значению. Сразу после включения автоматического выключателя в процессе увеличения тока возбуждения до максимального значения система автоуправления осуществляет запрет на вращение электродвигателя (разгон электродвигателя до основной частоты вращения происходит обычно при максимальном потоке), что приводит при низких темпах повышения тока возбуждения к увеличению длительности разгона электродвигателя и снижению производительности электропривода (особенно при частых пусках электродвигателя). При авариях (например, при круговом огне на коллекторе электродвигателя) низкий темп снижения тока возбуждения может привести к усилению ее разрушительных последствий для электродвигателя или технологического оборудования.

Целью изобретения является повышение качества регулирования частоты вращения и оптимизация переходных процессов потока электродвигателя в режимах коммутации автоматического выключателя якорной цепи.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена к источнику питания, последовательно соединенные внешний регулятор с блоком ограничения, регулятор производной потока, тиристорный возбудитель и обмотку возбуждения электродвигателя, датчик производной потока, подключенный к первому входу регулятора производной потока, усилитель, соединенный с вторым входом регулятора производной потока, блок ограничения тока якоря и блок отсечки по потоку, подключенные к соответствующим входам усилителя, блок уставки отсечки, выход которого соединен с блоком отсечки по потоку, а также блок задания напряжения,

дополнительно введены датчик частоты вращения электродвигателя, подключенный к первому входу внешнего регулятора, автоматический выключатель якорной цепи с блок-контактами, электронный ключ, включенный между блоком задания напряжения и вторым входом внешнего регулятора, дополнительный источник питания, соединенный с третьим входом внешнего регулятора, формирователь импульса, вход которого

подключен к первому блок-контакту автоматического выключателя якорной цепи, а выход соединен с третьим входом регулятора производной потока, блок контроля напряжения, вход которого подключен к источнику питания электродвигателя, а выход соединен с управляющим входом электронного ключа, а второй блок-контакт автоматического выключателя якорной цепи подключен к управляющему входу блока уставки отсечки, причем внешний регулятор выполнен в виде регулятора частоты вращения.

На чертеже представлена блок-схема регулируемого электропривода постоянного тока.

Электропривод содержит последовательно соединенные внешний регулятор 1 с блоком 2 ограничения, регулятор 3 производной потока, тиристорный возбудитель 4

и обмотку 5 возбуждения электродвигателя, датчик б производной потока, подключенный к первому входу регулятора 3 производной потока, усилитель 7, соединенный со вторым входом регулятора 3 производной

потока, блок 8 ограничения тока якоря и блок 9 отсечки по потоку, подключенные к соответствующим входам усилителя 7, блок 10 уставки отсечки, выход которого соединен с блоком 9 отсечки по потоку, последовательно соединенные якорь 11

электродвигателя, автоматический выключатель 12 якорной цепи с блок-контактами и источник 13 питания электродвигателя, блок 14 задания напряжения, связанный с внешним регулятором 1, датчик 15 частоты вращения электродвигателя, подключенный к первому входу внешнего регулятора 1, электронный ключ 16, включенный между блоком 14 задания напряжения и вторым входом внешнего регулятора 1, дополнительный источник 17 питания, соединенный с третьим входом внешнего регулятора 1, формирователь 18 импульса, вход которого подключен к первому блоку-контакту автоматического выключателя 12 якорной цепи, а выход соединен с третьим входом регулятора 3 производной потока, блок 19 контроля напряжения, вход которого подключен к источнику 13 питания электродвигателя, а выход соединен с управляющим входом электронного ключа 16, а второй блок-контакт автоматического выключателя 12 якорной цепи подключен к управляющему входу блока 10 уставки отсечки.

Внешний контур регулирует и оптимизирует частоту вращения электродвигателя и его базовыми элементами являются внешний регулятор 1 (регулятор частоты вращения), датчик 15 частоты вращения и оптимизированный внутренний контур регулирования производной потока. Блок 2 ограничения внешнего регулятора 1 вступает в работу при быстрых изменениях сигналов задания или обратной связи по частоте вращения и ограничивает темп изменения частоты вращения при работе электропривода в зоне выше основной скорости за счет ограничения производной потока электродвигателя.

Регулятор 1 частоты вращения настраивается таким образом, чтобы обеспечить оптимальные параметры перерегулирования, быстродействия и динамического падения скорости. Если в процессе установившегося вращения не вступает в действие отсечка по току якоря, то при использовании интегро- пропорционального (интегрирующего) регулятора 3 производной потока ошибка регулирования по частоте вращения отсутствует (статизм по скорости равен 0),

При превышении током якоря двигателя уставки по току, установленной в блоке 8 ограничения тока якоря, на выходе блока 8 появится сигнал, который через усилитель 7 воздействует на регулятор 3 производной потока с целью снижения темпа ослабления поля двигателя либо восстановления потока. Ток якоря стабилизируется за счет снижения его динамической составляющей, В отдельных режимах работы электропривода

поток может превысить максимально допустимую величину (такой величиной обычно является номинальный поток), В этом случае вступает в работу блок У отсечки не ноюку,

напряжение с выхода которого через усилитель 7 прикладывается к входу регулятора 3 производной потока таким образом, чтобы уменьшить величину потока. Отсечка по потоку компенсирует действие сигнала блока

0 8 ограничения тока якоря, если величина потока превышает уставку, установленную потенциометром в блоке 10 уставки отсечки. Формирователь 18 импульса предназначен для ускоренного изменения потока в

5 моменты включения-отключения (коммутации) автоматического выключателя 12 якорной цепи. При включении автоматического выключателя 12 его блок-контакт запускает формирователь 18, формирующий импульс

0 заданной полярности и калиброванной амплитуды и длительности,который поступает на вход регулятора 3 производной потока и воздействует на тиристорный возбудитель А таким образом, чтобы напряжение на нем в

5 течение действия импульса было равно максимальному значению в выпрямительном режиме. При этом ток возбуждения электродвигателя интенсивно нарастает. Длительность импульса выбирается такой, чтобы

0 после его окончания ток возбуждения был равен номинальному (максимальному). При выключении автоматического выключателя 12 формирователь 18 формирует импульс такой полярности, чтобы напряжение на ти5 ристорном возбудителе 4 было равно максимальному значению в инверторном режиме, а ток возбуждения интенсивно уменьшался до заданного минимального значения. В простейшем случае формирователь 18 им0 пульса может содержать пассивное или реальное активное дифференцирующее звено, на вход которого поступает сигнал логического О или I в зависимости от включенного или отключенного состояния

5 автоматического выключателя 12.

Изменение величины тока возбуждения при коммутации автоматического выключателя 12 осуществляется за счет соответствующего изменения величины уставки блока

0 10 при воздействии на его вход блок-контакта автоматического выключателя 12,

Одним из способов коррекции уставки является, например, шунтирование замыкающим блок-контактом отключенного авто5 матического выключателя 12 части потенциометра задания уставки, расположенного в блоке 10. Если замыкается накоротко цепь между движком потенциометра и общей точкой, то ток возбуждения устанавливается равным 0. При включении автомагического выключателя 12 его блок-контакт размыкается и на вход блока 9 отсечки по потоку поступает максимальное напряжение, приложенное между движком потенциометра и общей точкой, а ток возбуждения устанавливается равным максимальному (обычно номинальному) значению.

Для удержания потока на уровне максимального значения после включения автоматического выключателя 12 при невращающемся двигателе или в процессе его разгона до номинальной скорости на третий вход внешнего регулятора 1 подается напряжение от дополнительного источника 17 питания, полярность которого совпадает с полярностью сигнала датчика 15 частоты вращения, при этом на выходе регулятора 1 формируется задание на увеличение потока, а поток ограничивается на максимальном (номинальном) уровне за счет действия отсечки по потоку в блоке 9.

Задание на скорость подается после того, как напряжение на якоре электродвигателя достигнет (0,9-1) максимального (обычно номинального) значения. При этом блок 19 контроля напряжения формирует логический сигнал, поступающий на управляющий вход электронного ключа 16. Последний замыкается и на вход регулятора частоты поступает сигнал И3н от блока 14 задания напряжения. Сигнал задания на скорость Изс определяется, как разность потенциалов блока 14 задания напряжения и источника 17 питания

Изс Изн Иип

Полярность напряжения блока 14 выбирается такой, чтобы ток возбуждения под действием этого сигнала уменьшался.

Результаты испытания электропривода на клети 360 стана 280 сортопрокатного цеха показали, что производительность стана 280 сортопрокатного цеха показали, что производительность стана увеличилась на 0,5% за счет увеличения скорости прокатки.

Формула изобретения Электропривод, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена к источнику питания,

последовательно соединенные внешний регулятор с блоком ограничения, регулятор производной потока, тиристорный возбудитель и обмотку возбуждения электродвигателя, датчик производной потока,

подключенный к первому входу регулятора производной потока, усилитель, соединенный с вторым входом регулятора производной потока, блок ограничения тока якоря и блок отсечки по потоку, подключенные к соответствующим входам усилителя, блок уставки отсечки, выход которого соединен с блоком отсечки по потоку, а также блок задания напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регулирования частоты вращения и оптимизации переходных процессов потока электродвигателя в режимах коммутации автоматического выключателя, внешний регулятор выполнен в виде регулятора частоты

вращения и в электропривод дополнительно введены датчик частоты вращения электродвигателя, подключенный к первому входу внешнего регулятора, автоматический выключатель якорной цепи с блок-контактами, электронный ключ, включенный между блоком задания напряжения и вторым входом внешнего регулятора, дополнительный источник питания, соединенный с третьим входом внешнего регулятора, формирователь импульса, вход которого подключен к первому блок-контакту автоматического выключателя якорной цепи, а выход соединен с третьим входом регулятора производной потока, блок

контроля напряжения, вход которого подключен к источнику питания электродвигателя, выход соединен с управляющим входом электронного ключа, а второй блок- контакт автоматического выключателя якорной цепи подключен к управляющему входу блока уставки отсечки.

$

ю

kJ

±

C2S2S

Использование в электроприводах металлургического производства Сущность повышение качества регулирования частоты вращения и оптимизация переходных процессов потока электродвигателя обеспе чивается введением датчика 15 частоты вра щения соединенного с регулятором 1 частоты вращения, электронного ключа 16 включенного между блоком 14 задания на пряжения и регулятором 1 частоты враще ния Вход формирователя 18 импульса подключен к первому блок-контакту автома тического выключателя 12 Вход блока 19 контроля напряжения подключен к источни ку 13 питания электродвигателя 1 ил