Устройство для управления электродвигателем постоянного тока последовательного возбуждения Советский патент 1980 года по МПК H02P5/16 

ние в режим торможения с рассеиванием энергии на сопротивлении. При неизменном значении зааа1шой величины напряжения на якоре при работе в режиме смешанного торможения в области ослабления поля необходимо при переключении от режима торможения с возвратом энергии в сеть к режиму торможения с рассеиванием энергии на сопротивлении и обратно обеспечивать изменение степени возбуждения. Это ведет к нежелательным переходным процессам, обусловленным, прежде всего, тем, что вследствие наличия постоянной времени обмотки возбуждения, перехоц ной процесс буде замедленным. Поэтому регулирование напряжения на я 5:оре выполняют зависимым от тока якоря. 1.В известных устройствах: уменьшение рабочей частоты преобразователя для регулирования тока якоря является контролируемым. Недостаток известных устройств для регулирования напряжения и тока якоря машин постоянного тока последовательного возбуждения предназначенных для работы в ивйгательном и тормозном реж мах состоит в том, Ч1Х) при сохранении неизменного значения заданной величины напряжения якоря в двигательном режим происходит изменение резерва регулиров ния тока якоря в зависимости от Белич ш питающего напрянсения. Для того, чтобы возможность уменьшить поле обеспечивалась в любом случае, необходимо устанавливать значени е . заданной величины якорного напряже ния исходя из наинизшего значения сетевого напряжения и с учетом необходимости наличия некоторого резерва регулирования якорного тока. Это обусловливает неблагоприятное использование преобразователя для регулирования тока якоря при значениях напряжения сети, превы- знающих это наинизшее значение; Если торможение с возвратом энерги в сеть происходит в области ослабления поля, то преобразователь для регулиро вания тока якоря находится в состо5шии максимального отрегулирования, Недо таток этого состоит в том, что при быстрых колебанияо. напряжения якорный ток возрастает и регулирование может происходить только за счет уменьшения потока возбуждения машины. Поскольку уменьшение потока возбуждения протекает относительно медленно, возникают нежелательные переходные процессы. которые могут обусловить нестабильюсть регулирования якорного тока. Другой недостаток состоит в том, что, при достижении максимально возможного ослабления поля при регулировании тока якоря исчерпьшаются всё резервы регулирования и поэтому в этой области режим торможения с возвратом энергии в сеть становится нестабильным. Кроме того, когда достигается предел возможностей регулирования за счет ослабления поля, не остается возможностей ограничения величины якорного напряжения. В известных устройствах не учитывается сильная зависимость характеристик запирания преобразователя для регулирования тока якоря от сетевого напрянсения, вследствие чего область значений сетевого напряжения, в которой преобразователь сохраняет работоспособность, ограничена. При более длительных периодах уменьшения напряжения и при фиксированном значении заданной величины якорного тока, преобразователь для регулирования тока якоря и регулятор поля достигают своих предельных возможностей регулирования и при быстрых изменениях питаю, щего напряжения больше не имеется резервов регулирования. В известных устройствах регулирование тока якоря производится только посредством изменения длительности включения преобразователя, поскольку рабочая частота контролируется. Вследствие этого могут возникать нежелательные скачки тока. Цеш-зЮ изобретения является повышение быстродействия и расшире ше диапазона регулирования тока жоря в условиях значительных колебаний питающего напряжения. Цель достигается тем, что в устройство для управления электроцвигателем постоянного тока последовательного возбуждения, содержащее включенный последовательно с якорем двигателя и источником постоянного напряжения полупровоцНИКОВый преобразователь для регулирования тока якоря, включенный параллельно обмотке возбуждения полупроводниковый регулятор поля и регулятор торможения, включенный последовательно с тормозным резистором, каждый из которых снабжен блоком управления, при этом вход блока управления полупроводникового преобразователя соединен с выходом регулятора тока якоря, ко входам которого подключены блок задания и датчик тока якоря, блок управления полупроводникового регулятора поля соединен с выходом регулятора : напряжения с ограничением, один из входов которого подключен к датчику напряжения на якоре, а блок управления регулятора торможения соединен с выходом регулируемого блока ограничения, входы которого подключены к датчику напряжения на конденсаторе фильтра

источника и к блоку задания максималь- ного напряжения, и блок переключения режимов, введены пропорциональный усилитель с ограничением, блок выбора минимального значения и пропорциональный усилитель, причем второй вход регулятора напряжения подключен через блок переключения режимов и пропорциональный усилитель с ограничением к датчику напря.жения и конденсаторе фильтра и через тот же блок переключения режимов - к выходу блока выбора минимального значения, входы которого соединены с соответсвенно через пропорциональный усилитель с блоком задания тока якоря и через второй пропорциональный усилитель с с ограничением - с датчиком напряжения нв конденсаторе фильтра.

Цель достигается также тем, iтo в устройство введен второй регулируемый блок ограничения,входы которого подключечены к выходу регулятора напряжения и к задатчику максимального значения, а выход соединен со входом регулятора тока.

Кроме того, в устройство введены последовательно включенные пропорционалный усилитель с ограничением и регулируемый блок ограничения, вход первого из которых соединен с датчиком напряженйя на конденсаторе фильтра, а выход второго - со входом регулятора тока якоря, при этом второй вход регулируемого блока ограничения подключен к датчику тока якоря, а также вход регулятора напряжения через дополнительно введенный пропорциональный усилитель соединен с блоком задания тока якоря.

Выход регулятора тока якоря через дополнительно введенные пропорциональный усилитель с ограничением и тактхзвый генератор соединен со входом блока управления полупроводникового преобразовтеля для регулирования тока якоря.

Этим обеспечивается то, что в двигагельном режиме значение величинь ограничения якорного напряжения зависит от в.еличины сетевого напряжения, а в режиме торможения уровень ограничения

заданной напряжения якоря заоаегся посредством выбора минимальны значений, причем одно из выбираемых значений зависит от напряжения сети, а другое - от заданной величины тока якоря. В тормозном режиме заданная величина якорного напряжения ограничивается таким образом, что для быстродействующего преобразователя, регулирующего ток якоря, обеспечивается наличие резерва регулирования, а ограничение напряжения на якоре, когда возможности регулирования за счет ослабления поля исчерпаны, производится уменьшением величины уставки тока якоря.

Далее, при понижении напряжения питания происходит понижение заданной вличины тока, зависящее от сетевого напржения, и текущего 51корнотх) тока.

Кроме того, значение заданной величины якорного напряжения зависит от заданной якорного тока и частота преобразователя для регулирования тока якоря изменяется в зависимости от величны выходного сигнала регулятора тока якоря.

На чертеже показана принципиальна схема устройства.

Через входной фильтр, состоящий из реактора 1 и конденсатора 2, к преоб- , разователь 3 для регулирования тока якоря якорь 4 электродвигателя и его обмотка 5 возбуждения подключены к источнику питания. Якорь и обмотка возбуждения электродвигателя шунтированы диодом 6, а -обмотка 5 возбуждения кроме того, регулятором 7 поля. Устройство содержит также последовательно включенные резистор 8 и регулятор 9 торможения В устройстве имеется блок 10 переключения режимов работы (механическая связь коммутирующих элементов этого блока на чертеже не показана). Блоки 11-13 управления предназначены соответственно для управления преобразователем 3, регулятором 7 поля и регулятором 9 торможения. Ко входам блоков 11 и 12 управления подключены соответственно выходы регулятора- 14 тока якоря и регулятора 15 напряжения, выход которого через регулируемый блок 16 ограничения соединен с регулятором 14 тока якоря. Устройство содержит также регулируемые блоки 17 и 18 ограничения, выход первого из которых соединен с регулятором 14 тока якоря, а выход второго - с блоком 13 управления. Ко входу регулируемого блока 17 ограничения пооключен датчик 19 тока якоря. Датчик 20 напряжения на якоре 4 соединен со входом регулятчэра 15 нагфяжения, а йат чик 21 напряжения на конденсаторе 2 фильтра - ко входам пропорциональных усилителей 22, 23 и 24 с ограничением Выход усилителя 22 через блок 10 переключения режимов соединен с регулятором 15 напряжения. К блоку задания тока якоря подключены пропорционал ные усилителя 25 и 26, выход первого на которых соединен с регулятором 15 напряжения. Выход регулятора 14 тока через пропорциональный усилитель 27 с ограничением и датчик 28 тактовой частоты подключен к блоку 11 управления. Входы блока 29 выбора минимального значения соединены с усилителями 23 и 26, а его выход через блок 10 переключения режимов подключен ко -вхо ду регулятора 15 напряжения. Через входной фильтр энергия в режи ме торможения возвращается обратно в питающую сеть. Смешанный режим передачи мощности при торможении обеспечи вается посредством регулирования ограничивающего минимальное напряжение на конденсаторе 2 входного фильтра. Текущее значение напряжения на конденсаторё ф измеряется датчиком 2 напряжения и подводится к регулируемому блоку 18 ограничения, который осуществляет сравнение с заданной величиной U. Когда имеет место гфевыщение напряжения на конденсаторе над заданной величиной, через блок 13 управления приводится в действие регулятор 9 торможения и избыточная энергия торможения преобразуется в тепло в резисторе 8. Аналогичным образом ; П1 оисходит работа KOHiypa регулирования тока. Тек щее значение тока якоря д , измерен ное датчиком 19 тока 51Коря, подводится к регулятору 14 тока, который срав вает полученное значение с заданным и посредством блока Ц управления и преобразователя 3 производит регулирование тока якоря 4. Переключение из двигательного режи ма в тормозной режим и обратно произ водится посредством блока 10 переклю НИН. В обоих режимах ток якоря при запертом преобразователе 3 протекает через диод 6. Ре1 улирование напряжени на якоре в соответствии с изобретением происходит следующим образом. При работе в пригательном режиме заданная величина Mjj д нагфяжения ига якоре, которую можно изменять, задается пропорциональным усилителем 22 с ограничением,входной величиной которого является текущее значение напряжения на конденсаторе U . В тормозном режиме заданная величина якорного напряжения Ц обеспечивается блоком 29 выбора минимального значения. Входные величины этого блока поступают с пропорционального усилителя 26, входной величиной которого является заданная величина i( р,тока якоря, и с пропорционального усилителя 23, выходное напряжение которого всегда меньше текущего значения напряжения на конденсаторе на величину резерва регулирования, необходимого для быстродействующего преобразователя 3, и которое моншо ограничивать в процессе регулирования. Наличие резерва регулирования обеспечивает стабильность режима торможения в условиях кратковременных колебаний напряжения на -фильтре. Для лучщего использования возможностей преобразователя 3 служит пропорциональный усилитель 25, задающий дополнительное значение заданной величины для регулятора 15 напряжения в зависи мости от текущего значения тока. Текущее значение якорного напряясения (Jq измеряется датчиком 20 напряжения. Регулирование якорного напряжения происходит тогда во всех случаях посредством блока 12 управления и регулятора 7 по ля;устанавливающего величину тока обМотки возбуждения. Как только возможность регулироваггая якорного напряжения посредством регулятора 7 поля исчерпывается, происходит дальнейшее уменьшегше напряжения посредством преобразователя 3. В качестве заданной величины для регулируемого блока 16 ограничения сохраняется постоянное напряжение , которое |у1ожно изменять и которое соответствует максимальному ослаблению поля. Если выходной сигнал регулятора 15 напряжения превосходит величину пах °регулируемого блока 16 ограничения к регулятору 14 тока якоря поступает дополнительный сигнал. При понижении напряжения в питающей сети максимально допустимый ток 51Коря соответствует характеристике гашения преобразователя 3. Максимально допустимое значение якорного тока, задаваемое пропорциональным усилителем 24, входной величиной которого является текущее значение лопряжжния Оф на конденса-горо , сргшниБается на вхоце регулируемого блока 17 ограничения с текущим значением якорного тока. Как только текущее значение якорного тока превосхоцпт максимал но допустимое значение тока якоря блок 1.7 ограничения выдает на регулято 14 тока дополнительный входной сигнал, уменьшающий значение заданной величины якорного тока. С помощью пропорционального усилителя 27, на вход которого поступает BbutoaHoe напряжение с регулятора 14 тока и который посредством датчика 28 тактовой частоты устанавливает частоту импульсов, обеспечивается возможность регулирования тока также и при изменении частоты. Формула изобретения 1. Устройство для управления электро двигателем постоянного тока последовательного возбуждения, содержащее вклю ченный последовательно, с якорем электр двигателя и источником постоянного напр жения полупроводниковый преобразователь для регулирования тока якоря, включенный параллельно обмотке возбуждения полупроводниковый регулятор поля и регулятор торможения, включенный последовательно с тормозным резистором, при этом полупроводниковый преобразователь для регулирования тока якоря и каждый из уЯомянутых регуляторов снабжен Ьлоком управления, вход блока управления полупроводникового преобразователя для регулирования тока якоря соединен с выходом регулятора тока якоря, ко входам Которого подключены блок задания и датчик тока якоря, блок управления полупроводникового регулятора поля соединен с выходом регулятора напряжения с ограничением, оцин из входов кото рого подключен к цатчику напряжения на якоре, а блок управления регулятора торможения coeдинe с вькодом регу лируемого блока ограничения, входы кото рого подключены к датчику напряжения на конденсаторе фкпьтра источника и к блоку задания максимального напряжения, и блок переключения режимов, о т л и- чающеес я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения диапазона регулирования тока якоря, в него введет1ы два прогюрциональкых усилителя с ограничением, блок оыбора мппимй- льного значения и пропоцнональный усилитель, причем второй вход регулятора напряжен 1И подключен через блок переключения режимов и пропорциональный усилитель с ограничением к датчику напрялсенИя конденсаторе фильтра и через тот же блек переключения режимов - к входу блока выбора минимального значения, ходы которого соединены соответственно через пропорциональный усилитель - с блоком задания тока якоря и через второй пропорциональный усилитель с ограничением - с датчиком напряжения на конденсаторе фильтра. 2.Устройство по п. 1, о т п и ч а ющ е е с я тем, что в него введен второй регулируемый блок, ограничения, входы которого подключены к выходу регулятора напряжения и к задатчику максимального значения, а выход соединен со входом регулятора тока, 3.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что в него введены последовательно включенные пропорциональный усилитель с ограничением и регулируемый блок ограничения, вход первого из кото- рых соединен с датчиком напряжения на конденсаторе фильтра, а выход второго - со входом регулятора тока якоря, при этом второй вход регулируемого блока ограничения подключен к датчику тока якоря. 4.Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е -е с я тем, что вход регулятора напряжения через дополнительно введенный пропорциональный усилитель соединен с блоком задания тока якоря. 5.Устройство по п. 1, о т п и ч а ющ е е с я тем, что выход регулятора тока якоря через дополнительно введенные пропорциональный усилитель с ограничением и тактовый генератор соединен со входсли блока управления полупроводникового преобразователя для регулирсеания тока якоря. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Книжная серия Союза немецких электротехников VDE , том 11, EnErqrieeEeUrotti und (jerecjefte eBektHSChe AntnebeUgee, c. 472-486.