Способ управления электроприводом постоянного тока и устройство для его реализации Советский патент 1979 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к области управления и регулирования электродвигателем постоянного тока малой и средней мощности и может быть использовано, например, в электроприводах плющильных и фольгопрокатных станов, в круглошлифовальных станках и других устройствах подобного рода.

Основным ограничивающим фактором для получения большого диапазона регулирования скорости электроприводов ослаблением магнитного потока является ухудшение коммутации, которое может привести к возникновению кругового огня на коллекторе вследствие искажения поля главных полюсов из-за действия реакции якоря.

В существующих системах управления и регулирования электродвигателей постоянного тока большой мощности в качестве основного средства для борьбы с этим явлением используют воздействие на поток реакции якоря компенсационной обмоткой, включенной последовательно в якорной цепи 1.

Однако при относительно низкой коммутационной напряженности на коллекторе.

что имеет место в электродвигателях малой и средней мощности, такое подключение компенсационной обмотки недостаточно расширяет диапазон регулирования скорости изменением тока возбуждения. Кроме того,

возникают добавочные энергетические потери, связанные с рассеянием мощности на компенсационной обмотке, которая не нужна в электродвигателях малой и средней мощности в режимах с номинальным магнитным потоком.

Известно устройство для управления электроприводом постоянного тока, в котором осуществлен способ, обеспечивающий удовлетворительную коммутацию путем регулировки тока возбуждения электродвигателя в функции тока якоря с нелинейным ограничением максимальных значений тока якоря 2. Основной недостаток приведенного способа, реализованного в известном устройстве, заключается в том, что он не

устраняет влияния реакции якоря на поле главных полюсов, а при усилении поля главных полюсов с нагрузкой происходит изменение частоты врапдения электродвигателя. вследствии чего ограничивается диапазон регулирования скорости. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для улучшения коммутации коллекторных электрическ41х машин, которое содержит дополнительную обмотку добавочного полюса, подключенную к выходу усилительного блока, управляющий вход которого соединен с. выходом блока перемножения, а также датчик скорости двигателя и датчик тока якоря, связанные со входами блока перемножения 3. Устройство и реализованный в нем способ позволяют устранить асимметрию зоны безыскровой работы машины при питании ее пульсирующим током благодаря выделению переменной составляющей тока якоря датчиком и подключения его к блоку перемножения через последовательно соединенные выпрямитель и реверсивный переключатель. Однако в данном техническом решении не предусмотрены средства борьбы с искажениями поля главных полюсов при глубоком регулировании потока, что может привести к возникновению кругового огня на коллекторе. Этот недостаток существенно ограничивает диапазон регулирования скорости электродвигателей. Целью изобретения .является увеличение диапазона регулирования скорости электропривода и уменьшение энергетических потерь. Эта цель достигается тем, что в известном способе, включающем изменение магнитного потока двигателя и компенсацию реакции якоря, ко.мпенсацию реакции якоря осуществляют воздействием на компенсационную обмотку сигналом, формируемым как произведение тока якоря на однозначно связанный с величиной магнитного потока разностный сигнал сравнения напряжений, пропорциональный скорости двигателя и напряжению на якоре двигателя. При этом обеспечивается уменьшение действия реакции якоря и тем самым у.меньшение неравномерности распределения межламельных напряжений. В результате появляется возможность увеличения дианазона регулирования скоростей и уменьшения энергетических потерь в компенсационной обмотке. Устройство для реализации предложенного способа, содержащее датчик скорости двигателя, снабженного компенсационной обмоткой, датчик тока якоря, блок перемножения и усилительный блок, содержит также функциональный преобразователь, диодную мостовую схему и датчик напряжения на якоре, причем входы переменного тока диодной мостовой схемы включены между выходами датчиков скорости и напряжения на якоре, а выходы постоянного тока этой диодной мостовой схемы соеди еды со входом функционального преобразователя, выход которого через блок перемножения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока якоря, и через усилительный блок подключен к компенсационной обмотке. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема устройства, реализующего предложенный способ. Обмотка якоря 1 электродвигателя через последовательно включенный датчик 2 тока якоря присоединена к выходным клеммам регулируемого источника 3 питания, в качестве которого может быть использован вентильный преобразователь или генератор. Параллельно выходным клеммам источника 3 подключены входы датчика 4 напряжения на якоре. С валом якоря 1 электродвигателя связан датчик 5 скорости, например тахогенератор. Между встречно включенными выходами датчиков 4 и 5 подключены входы переменного тока диодной мостовой схемы 6, причем выходы постоянного тока диодной мостовой схемы соединены со входом функционального преобразователя 7. Выход последнего через блок перемножения 8, второй вход которого соединен с выходом датчика 2 тока якоря, и через усилительный блок 9 подключен к компенсационной обмотке 10, выполненной в виде одной или двух катушек, охватывающих половину полюсного башмака. Устройство работает следующим образом. При работе электродвигателя с номинальным магнитным потоком напряжение на выходе датчика 4 напряжения якоря электродвигателя сравнивают в диодной мостовой схеме 6 с напряжением датчика 5 скорости. Соотнощение напряжений таково, что их разность близка к нулю. Поскольку в данном режиме работы электродвигателей малой и средней мощности компенсировать реакцию якоря 1 не требуется, ток по компенсационной обмотке 10 не протекает. Это обеспечивается за счет отсутствия напряжения на выходе функционального преобразователя 7, и следовательно, на выходе блока перемножения 8 и усилительного блока 9. При росте частоты вращения якоря 1 электродвигателя, вследствие уменьшения магнитного потока главных полюсов и неиз.менном напряжении на якоре 1 электродвигателя, напряжение на выходе датчика 5 скорости увеличивается. При этом возрастает разность напряжений, снимаемых с датчиков 4 и 5, а следовательно, и напряжение на выходе диодной мостовой схемы 6. Под действием этого напряжения происходит рост напряжения на выходе функционального преобразователя 7 и блока перемножения 8. При этом увеличение напряжения на выходе блока перемножения 8 происходит тем быстрее, чем больше ток якоря 1 и больше ослаблен магнитный поток электродвигателя. Это приводит к росту тока в усилительном блоке. 9 и в компенсационной обмотке 10, а также подавлению реакции якоря и улучшению распределения межламельных напряжений.

В результате применения изобретения в электроприводах постоянного тока можно получить увеличение диапазона регулирования скорости электродвигателя за счет подавления воздействия реакции якоря и уменьшить энергетические потери, связанные с бесполезным протеканием тока в компенсационной обмотке электродвигателя в тех режимах, где действие компенсационной обмотки не требуется.

При этом исключаются условия возникновения опасных межламельных напряжений на коллекторе, при которых может возникнуть круговой огонь.

Формула изобретения

1. Способ управления электроприводом постоянного тока, включающий изменение магнитного потока двигателя и компенсацию реакции якоря, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования скорости электропривод,а и уменьшения энергетических потерь, компенсацию реакции якоря осуществляют воздействием на

компенсационную обмотку сигналом, формируемым как произведение тока якоря на однозначно связанный с величиной .магнитного потока разностный сигнал сравнения напряжений, пропорциональных скорости двигателя и напряжению на якоре двигателя. 2. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее датчик скорости двигателя, снабженного компенсационной обмоткой, датчик тока якоря, блок перемножения и усилительный блок, отличающееся тем, что в устройство введены функционаотьный преобразователь, диодномостовая схема и датчик напряжения на якоре, причем входы переменного тока диодной мостовой схемы включены между выходами датчиков скорости и напряжения на якоре, а выходы постоянного тока этой диодной мостовой схемы соединены со входом функционального преобразователя, выход которого через блок перемножения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока якоря, и через усилительный блок подключен к компенсационной обмотке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Рихтер. Электрические машины, т. I - ОНТИ НКТП, 1935, с. 380.

2.Авторское свидетельство СССР № 482854, кл. Н 02 Р 5/06, 1971.

3.Авторское свидетельство СССР N° 458926, кл. Н 02 К 13/14, 1973.

f7