Способ автоматического регулирования скорости нереверсивного вентильного электропривода и нереверсивный электропривод постоянного тока Советский патент 1993 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автоматическому регулированию скорости электроприводов, и может быть использовано в специальных и общепромышленных электроприводах постоянного тока..

Целью изобретения является улучшение качества регулирования и повышение надежности системы регулирования скорости путем снижения колебательности и повышения помехозащищенности системы. В результате увеличивается быстродействие при формировании благоприятной динамической ситуации в системе регулирования для приложения нагрузки, сокращаются паузы между технологическими операциями, повышается производительность механизма, снижаются динамические нагрузки, в электромеханической системе привода, за счет чего и расширяются технологические возможности нереверсивного вентильного электропривода.

На чертеже показана блок-схема устройства для осуществления способа автома- тического регулирования скорости нереверсивного вентильного электропривода - нереверсивный вентильный электропривод постоянного тока.

Устройство содержит источник 1 сигнала задания скорости, традиционную двух- контурную систему подчиненного регулирования скорости, включающую внутренний контур 2 регулирования тока электродвигателя 3 постоянного тока, и внешний контур регулирования скорости, содержащий пропорционально-интегральный регулятор 4 скорости. Кроме того, устройство дополнительно снабжено логическим блоком 5 управления.

Итак, устройство содержит соединенные последовательно источник 1 сигнала задания скорости, первый узел 6 сравнения, регулятор 4 скорости, первый управляемый ключ 7. второй узел 8 сравнения, регулятор

Ё

00

ь

4J

О

fcb

Сл

9 тока, нереверсивный вентильный преобразователь 10 и электродвигатель 3 постоянного тока, а также датчики тока 11 и скорости 12, выходы которых подключены соответственно к узлам 8, 6 сравнения. В цепи обратной связи операционного усилителя 13 регулятора 4 скорости с выхода на вход последовательно включены резистор 14, управляемый ключ 15 и конденсатор 16.

Логический блок 5 управления содержит два релейных элемента 18 и 19, входы которых соединены соответственно через первый и второй входы блока 5с выходом третьего узла 21 сравнения, входы которого соединены с входами первого узла 6 сравнения, и с точкой соединения резистора 14 ключа 15. Выход релейного элемента 18 подключен к управляющему электроду ключа 7 и к входу схемы 20 ИЛИ, другой вход которой соединен с выходом релейного элемента 19, а выход - с управляющим электродом ключа 15,

Способ автоматического регулирования скорости нереверсивного вентильного электропривода осуществляется следующим образом. Сигнал задания скорости с выхода источника сигнала 1 подают на вход узла 6 и сравнивают с сигналом с датчика 12 скорости, который пропорционален угловой скорости электродвигателя 3, и разность этих сигналов подают на вход регулятора 4 скорости, где осуществляют преобразование сигнала ошибки регулирования скорости в соответствии с пропорционально-интегральным законом. Затем с выхода регулятора 4 скорости сигнал задания тока подают на вход замкнутого контура 2 тока.

При перерегулировании скорости сигнал ошибки регулирования имеет отрицательную полярность, а интегральная составляющая напряжения регулятора скорости уменьшается, то есть происходит разряд конденсатора 16 цепи обратной связи усилителя 13, и, когда сигнал мгновенного значения скорости двигателя увеличивается больше заданного значения на величину, например, определяемую по формуле д .п.1хКт/Крс, снимают сигнал задания с входа контура тока. Ток электродвигателя 3 уменьшается до нуля, и электропривод тормозится под воздействием момента статического сопротивления привода, и, когда ошибка регулирования скорости уменьшается до установленной величины 5, сигнал задания тока с выхода регулятора скорости 4 подают на вход замкнутого контура 2 регулирования тока двигателя 3.

На холостом ходу торможение происходит под действием момента холостого хода электропривода, и, когда интегральная составляющая напряжения регулятора скорости уменьшается до значения определяемого по формуле UH 5.Крс, ее фиксируют при помощи размыкания цепи заряда конденсатора 16 ключом 15 по сигналу из блока 5. Когда сигнал ошибки регулирования

0 скорости уменьшается до установленной величины д, прекращают фиксировать интегральную составляющую напряжения регулятора, то есть восстанавливают цепь обратной связи операционного усилителя

5 13 и одновременно подают сигнал задания

на вход контура 2 тока через замкнутые

контакты ключа 7, что достигается при по мощи воздействия блока 5 на управляющие

электроды ключей, 15, Таким образом пре0 кращают воздействовать на пропорционально-интегральный закон регулирования скорости системы подчиненного регулирования, и электропривод плавно переходит в режим установившегося холостого хода без

5 колебаний тока и скорости.

На холостом ходу электропривода амплитуда сигнала помех и пульсаций выходных сигналов датчиков не превосходит установленный порог срабатывания пер0 вого релейного элемента, вследствие чего исключается их воздействие на пропорционально-интегральный закон регулирования скорости. Таким образом увеличивается помехозащищенность системы, то есть улуч5

0

шается качество регулирования скорости

при отработке системой перерегулирования и переходе электропривода в режим установившегося холостого хода, а также повышается надежность системы регулирования скорости в целом:

Нереверсивный вентильный электропривод постоянного тока работает следующим образом. Например, рассмотрим работу нереверсивного вентильного элект5 ро при во да валков клети непрерывного прокатного стана, который работает в режиме стабилизации заданной скорости электродвигателя. Итак, дигнал задания скорости двига0 теля во время технологического процесса прокатки металла не изменяется. Следовательно, когда металл находится в прокатной клети в установившемся режиме прокатки, электромагнитный момент двигателя 3 при5 близительно равен моменту прокатки, а ошибка регулирования скорости на выходе первого и третьего узлов 6, 21 сравнения равна нулю. При резком уменьшении момента прокатки нарушается баланс моментов, воздействующих на вращающиеся массы электропривода. Скорость электродвигателя 3 и сигнал ошибки регулировки скорости на выходе узлов 6, 21 сравнения увеличиваются, конденсатор 16 цепи обрат- ной связи начинает разряжаться, а напряжение на выходе регулятора 4 скорости уменьшается. Когда сигнал ошибки регулирования скорости на выходе третьего узла 21 сравнения становится больше установ- ленной величины, определяемой, например, по формуле д 2.п.1хКт/Крс, срабатывает первый релейный элемент 18, и на первом входе схемы ИЛИ 20, первом выходе логического блока управления 5 и управляющем электроде ключа 7 напряжение скачком уменьшается до нуля, и управляемый ключ 7 напряжение скачком уменьшается до нуля, и управляемый ключ 7 разрывает цепь, соединяющую выход ре- гулятора 4 скорости со входом контура 2 тока. Таким образом осуществляется снятие сигнала задания тока с входа узла 8 сравнения. Сигнал задания тока скачком уменьшается до нуля, вследствие чего, ток резко уменьшается, и скорость не возрастает и под действием момента прокатки снижается до заданного значения. Когда ошибка регулирования скорости уменьшается до установленной величины на выходе релейно- го элемента 18 и на управляющем электроде ключа 7 появится сигнал логической единицы и ключ 7 выход регулятора 4 со входом узла 8 сравнения, и сигнал задания тока подают на вход контура 2 регулирования тока.,

При перерегулировании скорости на холостом ходу электропривод тормозится на выбеге под действием момента сил трения в подшипниках. А так как, когда ток умень- шается до нуля, пропорциональная составляющая напряжения регулятора 9 тока отсутствует, то в контуре тока автоматиче ски формируются нулевые начальные условия для текущего значения скорости электродвигателя 3. Во время торможения электропривода на выбеге сигнал задания тока на входе узла 8 сравнения равен нулю, и контур тока, содержащий нереверсивный тиристорный преобразователь, не размыка- ется и отрабатывает заданное воздействие, а напряжение на выходе регулятора 9 тока изменяется в соответствии с ЭДС двигателя 3. Одновременно происходит разряд конденсатора 16, и, когда напряжение на нем уменьшается до значения, определяемого из соотношения UH д Крс, срабатывает релейный элемент 19. и напряжение на его выходе уменьшается до нуля. Сигнал на выходе схемы ИЛИ 20 и на управляющем входе ключа 15 тоже уменьшается до нуля, ключ 15 срабатывает и разрывает цепь перезаряда конденсатора 16. Разряд конденсатора 16 прекращается и разность потенциалов на его выходе остается равной напряжению на нем в момент размыкания ключа 15, то есть интегральная составляющая напряжения регулятора скорости фиксируется. Обрыв цепи обратной связи операционного усилителя 13 регулятора скорости вызывает скачкообразное увеличение напряжения на выходе регуляторе скорости до напряжения питания усилителя. Это напряжение положительной полярности с выхода регулятора через резистор 14 подается на вход второго релейного элемента 19, и на его выходе напряжение равно логическому нулю, то есть его состояние не изменяется. Когда сигнал ошибки регулирования скорости на выходе узлов 6, 21 сравнения уменьшается до величины, определяемой, например, по формуле (5 2.п.1хКт/Крс, сигнал на выходе релейного элемента 18. на первом входе схемы ИЛИ 20, на ее выходе и на управляющих электро- .дах ключей 7, 15 скачком увеличивается до значения логической единицы, и оба управляемых ключа замыкаются. В результате выход регулятора скорости подключается к входу узла 8 сравнения, а цепь обратной связи усилителя 13 обретает исходную конфигурацию. Таким образом восстанавливается традиционная структура системы подчиненного регулирования скорости,.и электропривод плавно переходит в режим установившегося холостого хода без колебаний тока и скорости двигателя, так как напряжение на конденсаторе 16 уменьшается до значения напряжения на нем в уста- новившемся режиме холостого хода, равного UH° хКт, одновременно с уменьшением сигнала ошибки регулирования скорости до нуля. Поэтому, когда ток в силовой цепи электропривода увеличивается до установившегося значения, начальные условия в системе регулирования приблизительно равны установившимся значениям на холостом ходу электропривода. Для разных типов электроприводов в зависимости от характера помех в системе регулирования и величины пульсаций выходного напряжения датчика скорости настроечный параметр д может варьироваться в пределах (0,54-1,0) д.

Когда металл входит в клеть, регулирование скорости осуществляется традиционным способом подчиненного регулирования, а нереверсивный вентильный электропривод работает также как и во время прокатки металла.

Формула изобретения 1, Способ автоматического регулирования скорости нереверсивного вентильного электропривода, осуществляемый при помощи двукратно-интегрирующей системы подчиненного регулирования, согласно которому измеряют угловую скорость электродвигателя, сравнивают ее с заданным значением и ошибку регулирования подают на вход регулятора скорости, преобразуют ее в соответствии с пропорцмонально-ин- тегральным законом и подают на вход замкнутого контура тока электродвигателя, причем если скорость двигателя больше заданного значения и интегральная составляющая напряжения регулятора скорости уменьшается до установленной величины, снимают сигнал задания с входа контура тока и затормаживают изменение интегральной составляющей, и когда ошибка регулирования скорости уменьшается до нуля прекращают воздействовать на закон ре- гулирования и подают сигнал задания на вход контура, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества регулирования и повышения надежности системы регулирования скорости путем снижения колебательности и повышения помехоза- щищенности системы, дополнительно снимают сигнал задания с входа контура тока, когда скорость двигателя больше заданного значения на величину, определяемую по формуле д 2.п.1хКт/Крс, где п 2 при на- стройке контура скорости на симметричный оптимум; 1Х - ток холостого хода электропривода; Кт - коэффициент передачи цепи обратной связи тока; Крс - коэффициент усиления регулятора скорости, и когда интег- ральная составляющая напряжение регулятора скорости уменьшается до значения равного Уи 3 Крс фиксируют ее, когда же ошибка регулирования скорости уменьшается до установленного значения д, пре- кращают фиксировать интегральную составляющую и подают сигнал задания на вход контура тока.

2. Нереверсивный вентильный электропривод постоянного тока, содержащий последовательно включенные источник сигнала задания скорости, первый узел сравнения, пропорционально-интегральный регулятор скорости, первый управляемый ключ, второй узел сравнения, регулятор тока, нереверсивный вентильный преобразователь, электродвигатель постоянного тока и датчики скорости и тока, выходы которых подсоединены к входам первого и второго узлов сравнения, а также второй управляемый ключ, связанный с выходом регулятора скорости, и третий узел сравнения, отличаю щи и с я тем, что, с целью улучшения качества регулирования и повышения надежности системы регулирования скорости путем снижения колебательности и повышения помехозащищенности системы, в него дополнительно введен логический блок управления ключами, выходы которого соединены с управляющими электродами ключей, а цепь обратной связи регулятора скорости образуют подключенные последовательно с выхода на вход регулятора резистор, второй управляемый ключ и конденсатор, а точка соединения резистора и ключа связана с вторым входом логического блока управления, первый вход которого подсоединен к выходу третьего узла сравнения, входы которого соединены с входами первого узла сравнения, причем логический блок управления осуществляет преобразование входных сигналов в соответствии с логической функцией

Ueb,xi-() (); ивых2-();

где 1)вых1,2 - сигналы на выходах логического блока управления;

UH - напряжение на конденсаторе цепи обратной связи операционного усилителя регулятора скорости;

д-сигналы ошибки регулирования скорости.

Uni, 2 - напряжение срабатывания релейных элементов.

Использование: может быть использовано в специальных и общепромышленных электроприводах постоянного тока. Сущность: согласно данному способу сигнал задания снимают с входа контура тока, когда сигнал ошибки регулирования скорости превышает установленную величину. Если интегральная составляющая напряжения регулятора скорости уменьшается до определенной величины, то ее фиксируют на этом уровне и, когда сигнал ошибки регулирования скорости меньше установленной величины, прекращают фиксировать интегральную составляющую и подают сигнал задания на вход контура тока. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.