Электропривод с управляемым моментом Советский патент 1993 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различного рода механизмах, например в устройствах натяжения намоточных станков, где требуется регулирование или стабилизация момента электродвигателя.%

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение быстродействия электропривода с управляемым моментом.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства электропривода с управляемым моментом; на фиг. 2 - временные графики, поясняющие его работу.

Устройство электропривода с управляемым моментом содержит электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения с обмоткой 1 якоря и обмоткой возбуждения 2, приводящий в движение, например, механизм натяжения 3 намоточного станка. Для питания электропривода от однофазной сети 4 переменного тока используется, например, однофазный трансформатор 5, первая вторичная выходная обмотка 6 которого совместно с первым .мостовым однофазным диодным выпрямителем 7 образуют неуправляемый источник напряжения питания обмотки 2 независимого возбуждения двигателя.

Второй введенный мостовой однофазный диодный выпрямитель 8 подключен выходом постоянного тока к обмотке 1 якоря двигателя, а входной цепью переменного тока связан с последовательно включенными второй вторичной обмоткой 9 трансформатора 5 и управляемым источником переменного тока 10, выполненным в виде однофазного двухсердечникового дроссельного магнитного усилителя с перекрестной мостовой схемой соединения его четырех рабочих обмоток 11-14, совмещающих функции обмоток управления. При этом клеммы 15 и 16 входной цепи магнитного усилителя 10 включены последовательно в цепь питания обмотки 2 независимого возбуждения двигателя и шунтирована разрядным тирию со

стором 17 с его системой 18 импульсно-фа- зового управления.

Блок управления электроприводом, выполненный в виде суммирующего усилителя 19 с двумя входами 20 и 21, к одному из которых подключен источник 22 задающего напряжения, а другой связан с выходом введенного датчика 23 тока якоря двигателя. Усилитель 19 охвачен цепью RC (24) гибкой отрицательной обратной связи, придающей ему динамические свойства ПИ-регулятора, и подключен иыходом ко входу системы 18 импульсно-фазового управления, выходной цепью связанной посредством введенной двухдиодной разделительной схемы ИЛИ (25) с цепью управляющего электрода тири- стора 17, шунтированной для термостабилизации работы вспомогательным резистором 26. Синхронизация работы и питание элементов 18, 19 и 22 устройства производится от низковольтного источника постоянно-переменного тока (27), связанного по входу с третьей вторичной обмоткой 28 трансформатора 5.

На временных графиках фиг. 2,а,б,в,г,д,е приведены соответственно:

а) изменения синусоидального напряжения питающей однофазной сети (фиг. 2,а);

б) изменения величины выходного напряжения постоянного тока источника 22 задающего напряжения (фиг. 2,6);

в) изменения тока в цепи обмотки 2 независимого возбуждения двигателя (фиг. 2,в);

г) изменения напряжения на входных клеммах 15 и 16 цепи управления дроссельного магнитного усилителя 10 (фиг. 2,г);

д) изменения управляющего импульсного напряжения в цепи управляющего электрода тиристора 17 (фиг. 2,д);

е) изменения тока в цепи обмотки 1 якоря исполнительного двигателя устройства (фиг. 2,е).

При этом в левой части временных графиков фиг. 2 отражен начальный установившийся режим работы электропривода, соответствующий начальному нулевому значению выходного напряжения (фиг. 2,6) потенциометрического источника 22 задающего напряжения. Здесь, при подаче синусоидального напряжения (фиг. 2,а) питающей сети 4 на первичную обмотку согласующего трансформатора 5 в цепи обмотки 2 независимого возбуждения двигателя, подключенной к источнику напряжения 6-7, устанавливается номинальная величина тока (фиг. 2,в), сглаженного действием индуктивности обмотки 2 и протекающего также через входные клеммы 15-16, через параллельно и согласно подключенные обмотки 11-12 и 13-14 дроссельного магнитного усилителя 10. Блок управления устройства, на первый вход 20 суммирующего усилителя 19 которого не поступает управляющее напряжение источника 22, запирает при этом систему 18 импульсно-фазового управления тиристо- ром 17, находящийся при этом в закрытом состоянии, т.к. на его управляющий элект0 род не поступают отпирающие импульсы управления (фиг. 2,д).

Поэтому дроссельный магнитный усилитель 10, работая при закрытом тиристоре 17 в режиме вынужденного намагничивания с

5 низким (близким к 1) коэффициентом усиления по току, обеспечивает протекание по обмотке 1 якоря двигателя, подключенной посредством второго диодного моста 8, также небольшой величины тока (левая часть

0 фиг. 2,е), в связи с чем двигатель 1 развивает небольшую величину вращающего момента, недостаточного для движения приводимого механизма 3, но позволяющего, например, произвести выборку люфтов его кинемати5 ческой цепи. При этом, на клеммах 15-16 входной цепи дроссельного усилителя 1, возникает также переменная составляющая напряжения удвоенной частоты (фиг. 2,г) значительной величины, соизмеримой с на0 пряжением обмотки 9 питания усилителя 10 и приложенной к переходу анод-катод закрытого тиристора 17 устройства.

Соответственно рабочий установившийся режим работы электропривода схе5 мы фиг. 1 отражен на правой части временных графиков фиг. 2. В этом случае на входы 20 и 21 суммирующего усилителя 19 блока управления устройством поступают разнополярные сигналы выходного на0 пряжения задатчика 22 (фиг. 2,6) и напряжения обратной связи с выхода датчика 23 тока якоря 1 электродвигателя. При этом выходные импульсы управления (фиг. 2,д), вырабатываемые в каждом полуперио5 де сетевого напряжения (фиг. 2ба) системой 18 импульсно-фазового управления с фазовым сдвигом, пропорциональным выходному напряжению суммирующего усилителя 19, поступают посредством двухдиодной

0 разделительной схемы ИЛИ (25) на цепь управляющего электрода тиристора 17, отпирая его, что приводит к периодическому шунтированию выходных клемм 15-16 цепи управления магнитного усилителя 10 раз5 ряднымтиристором 17(фиг. 2,г). Происходящее при этом выпрямление токов четной гармоники удвоенной частоты и появление дополнительной постоянной составляющей тока управления в совмещенных рабочих и управляющих обмотках 11-14 магнитного

усилителя приводи к существенному увеличению его выходного тока, выпрямляемому вторым диодным мостом 8 и направляемому в цепь обмотки 1 якоря двигателя (фиг, 2,е, правая часть),

Пропорциональное увеличению току якоря приращение вращающего момента двигателя приводит к движению (перемещению) приводимого им механизма 3 со скоростью, определяемой его моментом статического (реактивного или потенциального) сопротивления, который по мере увеличения скорости двигателя возрастает и в статическом установившемся режиме работы электропривода уравновешивается ак- тивным моментом двигателя 1, определяемым уставкой источника 22 задающего напряжения. При этом образуется замкнутая система.автоматической стабилизации среднего значения тока якоря 1 двигателя и пропорционального ему его вращающего момента, компенсирующая изменения величины напряжения питающей сети 4 и колебания противо-ЭДС двигателя, вызванные изменением скорости вращения механизма 3.

Отработка управляющих изменений источника 22 задающего напряжения или компенсация различного рода возмущений в электроприводе обеспечивается практиче- ской безинерционностью быстродействующей системы 18 импульсно-фазового управления тиристором 17, а также надлежащим выбором параметров корректирующей RC-цепочки 24 ПИ - регулятора суммирующего усилителя 19, определяющим устойчивость замкнутой системы электропривода с управляемым моментом.

Положительный технико-экономический эффект, создаваемый при использова- нии предлагаемого электропривода с управляемым моментом определяется:

а) упрощением устройства, содержащим простой неуправляемый источник на пряжения питани я обмотки независимого возбуждения и управляемый источник тока обмотки якоря двигателя, выполненный на дросссельном магнитном усилителе с совмещением функций рабочих и управляющих обмоток;.

б) повышением быстродействия электропривода, управление моментом которого

производится посредством тиристора, воздействующим на величину выходного тока дроссельного магнитного усилителя и ток обмотки якоря двигателя,

Кроме того, используемое подключение входной цепи дроссельного магнитного усилителя в цепь питания обмотки возбуждениядвигателя обеспечивает электроприводу защитную блокировку от обрыва цепи возбуждения, при возникновении которого автоматически уменьшается и величина тока в цепи обмотки якоря.

Ф-о рмула изобретения Электропривод с управляемым моментом, содержащий электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, обмотка возбуждения которого подключена к источнику напряжения, блок управления, выполненный в виде суммирующего усилителя с двумя входами, к одному из которых подключен источник задающего напряжения, источник тока, отличаю щи и с ятем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия, источник напряжения выполнен в виде мостового однофазного диодного выпрямителя, введены второй мостовой однофазный диодный выпрямитель, разрядный тиристор,двухдиодная разделительная схема ИЛИ, система импульсно-фазового управления и датчик тока якоря электродвигателя, а источник тока выполнен в виде однофазного двухсердечни- ко вого дроссельного магнитного усилителя с перекрестной мостовой схемой соединения его четырех рабочих обмоток, совмещающих функции обмоток управления, причем обмотка якоря связана посредством второго мостового однофазного диодного выпрямителя с выходом магнитного усилителя, входная цепь которого включена последовательно в цепь питания обмотки независимого возбуждения электродвигателя и шунтирована разрядным тиристором, цепь управляющего электрода которого связана посредством двухдиодной разделительной схемы ИЛИ с выходом системы импульсно- фазового управления, подключенной выходом к выходу блока управления, к второму входу суммирующего усилителя которого подключен датчик тока якоря электродвигателя.

5

Использование: может быть использовано в различных механизмах, где требуется регулирование момента электродвигателя. Сущность: в данном устройстве источник питания выполнен в виде однофазного двух- сердечникового дроссельного магнитного усилителя с перекрестной мостовой схемой соединения его четырех рабочих обмоток. Обмотка якоря соединена через неуправле- мый мостовой выпрямитель с выходом магнитного усилителя. Входная цепь магнитного усилителя включена последовательно в цепь питания обмотки независимого возбуждения двигателя и шунтирована разрядным тиристором. 2 ил.

Фиг.1

.J