Способ управления тиристорным электроприводом и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК H02P5/16 H02P13/16 

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению автоматизированными электроприводами постоянного тока, и предназначено для управления быстродействующими широкорегулируемыми электроприводами механизмов подач металлорежущих станков

Известен способ управления электроприводом постоянного тока, заключающийся в том, что изменение выходного напряжения тиристорного преобразователя осуществляется путем изменения угла управления с помощью сие-.теьвл импульсно-фазового управления пропорционально входному сигналу, а изменение полярности выходного напряжения обеспечивают путем переключения на второй комплект управляемого выпрямителя 1 J.

Недостатком известного способа управления электроприводом-постоянного тока является наличие большой зоны прерывистых токов, существующей в электроприводах с малоинерционными двигателями постоянного тока вплоть до номинального значения тока.

Наиболее близким к изобретению по техническрй сущности является способ управления тиристорным электроприводом f23/ при котором сравнивают величины сигналов, пропорциональных модулю напряжения на входе системы импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем и модулю напря.жения обратной связи по скорости электродвигателя, и изменяют в зависимости от разности указанных сигналов угол управления тиристорным преобразователем.

10

- Известный способ реализуется устройством, содержащим тиристорный преобразователь с системой импульсно-фазового управления, подключенный к электродвигателю постоянного тока

15 электропривода, датчик тока электродвигателя, включенный в цепь нагрузки тиристорного преобразователя, и датчик скорости вращения электродвигателя постоянного тока.

Недостатком данного способа управ20ления тиристорным электроприводом и реализующего его устройства является то, что устранение режима прерывистого тока на низких скоростях

25 вращения при малых нагрузках сопровождается колебаниями угла управления от минимального до максимального значения. Это приводит к возникновению субгармонических колебаний скорости и тока, ухудшающих стаОические характеристики и энергетические показате ли электропривода. Возникающие при этом большие пульсации тока и скорости уменьшают диапазон регулирования скорости вращения электродвигателя за счет большой величины положительного статизма в электроприводе. Такая система электропривода требует специальных средств коррекции , снижающих ее динамические показатели. Целью изобретения является улучшение динамических показателей элек тропривода. . . Цель достигается за счет того, что согласно предложенному способу управления электроприводом дополнительно измеряют ток электродвигателями и при отрицательной разности сигналов, пропорциональных модулю нап ряжения на входе, системы импульсно-фа зового управления и модулю напряжения обратной связи по скорости электродви теля, и токах S силовой цепи тиристорного преобразователя, равных нулю, к электройвигателю подключают дополнительный неуправляемей источник питания, а при превышении током электродвигателя заданного значения дополнительный источник питания отключают, замыкая при токах в силовой цепи Тиристорногр преобразова теля, равных нулю, цепь его нагрузк Отличается устройство для управления тиристорным электроприводом, тем, что в него дополнительно введе ны последовательно соединенные с вх дом системы импульсно-фаэового управления регуляторы скорости вращения и тока электродвигателя, вторые входы которых соединены соответственно с выходами датчиков скорости вращения и тока электродвигателя, датчик состояния тиристоров, входы которого соединены с тиристорами преобразователя, сетевой неуправляемый выпрямитель, три управляемых ключа, два из которых включены последовательно между выходными зажим ми неуправляемого выпрямителя и тиристорного преобразователя, шунтированного третьим управляемым ключом, и блок управления, входы которого соединены с выходами датчиков скорости вращения и тока электродвигателя, состояния тиристоров преобразователя и выходом регулятора тока, а выходы - с управляющими входами указанных ключей. Блок управления составлен из двух выпрямителей, компаратора, релейного элемента, двух схем совпадения и элемента НЕ, причем первый вход компаратора через первый выпрямитель соединен с выходом регулятора тока, второй вход через агор выпрямитель подключен к выходу датчика скорости, вращения/ выход комаратора соединен с первыми входами хем совпадения, вторые входы котоых подключены к выходу датчика сосояния тиристоров, третий вход перой cxeNbi совпадения соединен с выодом релейного элемента, вход которого подключен к выходу датчика тока, а выход первой первой схемы совадения соединен с управляющими вхоами последовательных ключей и через элемент НЕ - с третьим входом второй . схемы совпадения, выход которой соединен с управляющим входом шунтирующего ключа. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для управления электроприводом; на фиг. 2- функциональная схема блока управ/гения; на фиг. 3 - временнсш диаграмма работы электропривода. Устройство содержит систему 1 (фиг. 1) импульсно-фазового управлений тиристорным преобразователем .2, нагруженным на электродвигатель 3с последовательным шунтом 4, соединенным с входом датчика 5 тока электродвигателя, датчик б скорости вращения электродвигателя, последовательно соединенные с входом системы 1 импульсно-фазового управления, регуляторы 7 и 8 скорости вращения и тока электродвигателя соответственно, вторые входы.которых соединены с выходами датчиков скоррсти вращения и тока электродвигателя, три управляемых ключа 9, 10,° 11, датчик 12 состояния тиристоров, трехфазный неуправляемый выпрямитель 13 и блок 14 (фиг. 2) управления, причем выход регулятора 8 подключен к входу системы 1 импульсно-фазового управления и к первому входу блока 14, к второму входу которого подсоединен датчик б, к третьему входу подключен датчик 5.К четвертому входу блока 14 подсоединен выход датчика 12 состояния тиристоров, три входа которого подключены к фазам питающей сети переменного тока,а четвертый вход подсоединен к общему соединению катодной группы тиристорного преобразователя 2, при этом два выхода блока 14 связаны с входами управляемых ключей 9, 10, введенных в цепь между полюсами якоря Электродвигателя 3 и трехфазным неуправляемым выпрямителем 13, а третий Выход блока 14 подключен к входу управляемого ключа 11, шунтирующего выход тиристорного преобразователя 2. Блок 14 управления состоит из двух выпрямителей 15, 16 (фиг. 2) компаратора 17, двух схем совпадения 18, 19, элемента НЕ 20, релейного элемента 21, причем первый вход компаратора 17 через первый выпрямитель 15 соединен со входом системы 1 импульснофазового управления, второй вход через второй выпрямитель 16 подключен к выходу датчика 6 скорости вращени а выход компаратора 17 соединен с п выми входами схем совпадения 18, 19 вторые входы которых подключены к датчику 12 состояния тиристоров, тр тий вход первой схемы совпадения 18 подсоединен к выходу релейного элемен та 21, вход которого подключен к вы (СОДУ датчика 5, выход первой схемы совпадения 18 соединен с управляющи ми входами ключей 9, 10 и через эле мент НЕ 20 - с третьим входом второ схемы совпадения 19, выход которой соединен с управляющим входом к ча 11. Способ управления тиристорным электроприводом заключается в еледующем. В &лектроприводе с тиристорным преобразователем с импульсно-фазовы управлением происходит сравнение си налов, пропорциональных модулю напряжения на рходе тиристорного преоб разователя и модулю ЭДС электродвигателя. При положительном знаке раз ности между этими сигналами включаю тиристорный преобразователь, а при отрицательном знаке разности между этими сигналами и уменьшении тока силовой цепи тиристорного преобразо вателя до нуля заполняют паузы тока тиристорного преобразователя в режиме прерывистого тока током дополнительного источника по тоянного тока. При достижении то ком якоря электродвигателя уровн уставки тока, протекающего под действием ЭДС дополнительного источника постоянного тока, отключают упомянутый источник постоянного тока и заполняют паузы тока тиристорного преобразователя током, протекающим под действием ЭДС самоиндукции якор электродвигателя. Величина тока уставки составляет 10-15% от номиналь ного тока электродвигателя. Суммарный ток якоря электродвигателя носи непрерывный характер, т.е. в тиристорном электроприводе с указанным .способом управления исключается режим прерывистого тока и улучшаются динамические характеристики тиристорного электропривода. При этом в электроприводе не возникают субгармонические колебания тока и скорости. Устройство, реализующее данный способ, функционирует следующим образом. Последовательное соединение регулятора 7 скорости вращения, регулятора 8 тока, системы 1 импульсно-фазового управления, тиристорного преобразователя 2, электродвигателя 3, датчика 5 тока и датчика 6 скорости вращения представляет собой двухконтурную систему подчиненного регулирования. На вход компаратора 17, предназначенного для определения соотношения и9x17 г: и0х|7.или Upx-f7 2 (фиг. 3), подаются два сигнала: первый - с выхода регулятора 8 тока через первый выпрямитель 15, осуществляющий получение по модулю входного сигнала системы 1 импульсно-фазового управления 11вх 1 и второй - с выхода датчика 6 скорости вращения электродвигателя через второй выпрямитель 16, осуществляющий получение по модулю сигнала, пропорционального скорости вращения электродвигателя 3, - Uex-i ji- Если $ Ug -fy. то режима прерывистого тока нет и на выходе компаратора 17 сигнал О, а если . ° возможен режим прерывистого тока и на выходе компаратора 17 сигнал 1. Выходной сигнал компаратора 17 поступает на первые входы схем совпадения 18, 19. На вторые входы схем совпадения 18, 19 поступает сигнал с датчика 12 состояния тиристоров, осуществляющий определение состояния тиристорного преобразователя 2: либо в открытом состоянии находится какой-либо тиристор и ток протекает через электродвигатель 3, либо тиристоры в закрытом состоянии и тока через электродвигатель 3 нет. При этом, когда тиристорный преобразователь 2 закрыт, на выходе датчика 12 состояния тиристоров сигнал 1, а когда какой-либо тиристор тиристорного преобразователя 2 открыт, сигнал на выходе датчика 12 состояния тиристоров О. На третий вход первой схемы совпадения 18 подается сигнал с релейного элемента 21, выдающий сигнал О при превышении тока якоря электродвигателя 3 уровня уставки, и сигнал 1, если ток якоря электродвигателя 3 меньше уровня уставки. Выходной сигнал схемы совпадения и вых 2. подается на управляемые клочи 9 и 10, осуществляющие подключение к якорю электродвигателя 3 трехфазного неуправляемого выпрямителя 13. Выход схемы совпадения 18 подключен также к третьему входу схемы совпадения 19 через элемент НЕ 20, осуществляющий инвертирование выходного сигнала схемы совпадения 18. Сигнал с выхода второй схемы совпадения 19 EbfX Э подается на управляемый ключ 11, шунтирующий выход преобразователя 2. В режиме прерывистого.тока в моменты отсутствия тока через электродвигатель 3 на выходе компаратора 17,датчика 12 состояния тиристоров и релейного элемента 21 сигналы соответствуют 1 и управляемые ключи 9 и 10 открываются и подключают трехфазный выпрямитель 13 к якорю электродвигателя 3. Ток через якорь электродвигателя 3 начинает нарастать. В это же время с выхода первой схемы совпадения 18 сигнал 1 подается на вход элемента НЕ 20, а на его выходе при этом сигнал О, управляемый ключ 11 закрыт. Как только ток якоря электродвигателя 3, про текающий под действием напряжения трехфазного неуправляемого выпрямителя 13, достигает уровня уставки УСТ /составляющей 10-15% от номинального тока якоря электродвигателя 3, на выходе релейного элемента 21 возникает сигнал О, поступающий на третий вход схемы совпадения 18. При этом на выходе схемы совпадения 18 сигнал О и управляемые ключи 9 и 10 закрываются. На третий вход второй схемы совпадения 19 поступает 1 через элемент НЕ 20 и на выходе схемы совпадения 19 сигнал 1 При этом управляемый ключ 11 включается и ток якоря электродвигателя 3, протекающий под действием ЭДС самоиндукции, спадает до нуля. И так процесс циклически повторяется до того момента, когда кончается бестоковая пауза в режиме прерывистого тока, т.е. либо .сигнал на выходе датчика 12 состояния тиристоров О либо сигнал на выходе компаратора 17 О. При этом на выходе схем совпадения 18, 19 сигналы О и управляемые ключи 9, 10, 11 закрываются. На фиг. За показано выходное напряже ние тиристорного преобразователя 2, На фиг. 3 б показан ток D , протекающий под действием ЭДС тиристорног преобразователя 2. В моменты времени 2. % t txf возникает бестоковая пауза в режиме прерывистого тока При этом в моменты времени t, Ч Ч е. Ч - t-12- 44 Чз далее на выходе первой схемы совпадения 18 сигнал 1, вклю чаются управляемые ключи 9, 10 и ток П якоря электродвигателя 3 (фиг.Зд начинает протекать под действием нап ряжения трехфазного неуправляемого выпрямителя 13. При этом на выходе второй схемы совпадения 19 сигнал О и управляемый ключ 10 закрыт.Как только ток 3 2 достигает уровня уставки Д..у(в моменты времени t, т.д.) сигнал на Чо ъ выходе первой схемы совпа.денйя 18 О и управляемые ключи 9, 10 закрываются. При этом в моменты времени ЗЧ -fOt S 16 далее на выходе второй схемы совпадения 19 сигнал 1 и включен управляемый ключ 11, а ток Зэ, протекающий под действием ЭДС самоиндукции, спадает до нуля (фиг. Зе) . Суммарный ток 3 якоря электродвигателя 3 (фиг. Зж) получается непрерывным и устраняется режим прерывистого тока, не внося субгармонических колебаний скорости вращения и тока. Данное устройство может быть выолнено на различных известных элеентах, широко применяемых в совеменной науке и технике. Так, регуяторы 7, 8 скорости вращения и тока лектродвигателя целесообразней выолнять пропорционально-интегральыми. Быстродействующий электропривод постоянного тока, выполненный по данному способу управления, имеет высокие динамические свойства за счет исключения режима прерывистых токов и снижения влияния субгармонических колебаний скорости и тока,а именно большую величину полосы пропускания электропривода и большой диапазон регулирования скорости вращения за счет уменьшения положительного статизма, достигаемый за счет увеличения в 2 раза частоты пульсации тока якоря электродвигателя и снижения при этом суммарной амплитуды пульсации тока и скорости электродвигателя. Формула изобретения 1.Способ управления тиристорным электроприводом, при котором сравнивают величины сигналов, пропорциональных модулю напряжения на входе системы импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем и модулю напряжения обратной связи по скорости вращения электродвигатели, и изменяют в зависимости от разности указанных сигналов угол управления тиристорным преобразователем, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических показателей электропривода, дополнительно измеряют ток электродвигателя и при отрицательной разности указанных сигналов и токах в силовой цепи тиристорного преобразователя, равных нулю, к электродвигателю подключают дополнительный неуправляемый источник питания, а при превышении током электродвигателя заданного значения дополнительный источник питания отключают, замыкая при токах в силовой цепи тиристорного преобразователя, равных нулю, цепь его нагрузки. 2.Устройство для управления тиристорным электроприводом, содержащее тиристорный преобразователь с системой импульсно-фазового управления на входе подключённый к электродвигателю постоянного тока электропривода, датчик тока и датчик скорости вращения электродвигателя постоянного тока, отличающеес я тем, что, с целью улучшения динамических показателей электропривода, в него дополнительно введены последовательно соединенные с входом системы импульсно-фазового управления регулятора скорости вращения и тока электродвигателя, вторые входы которых соединены соотсетственно с выходами датчиков скорости вращения и тока электродвигателя, датчик состояния тиристоров, входы которого соединены с тиристорами преобразователя , световой неуправляемый выпрямитель, три управляемых ключа, два из которых включены последовательно между выходными зажимами неуправляемого выпрямителя и тиристорного преобразователя, шунтированного третьим управляемым ключом,и блок управления, входы которого соединены с выходами датчиков скорости вращения и тока электродвигателя, состояния тиристоров преобразователя и выходом регулятор тока, а выходы - с управляющими входами указанных ключей.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, блок управления составлен из двух выпрямителей, компаратора, релейного элемента, двух схем совпадения и элемента НЕ, причем первый вход компаратора через первый выпрямитель соединен с

выходом регулятора тока, второй через второй выпрямитель подключен к выходу датчика скорости вращения, выход компаратора соединен с первыми входами схем совпадения, вторые входы которых подключены к выходу датчика состояния тиристоров, третий вход первой схемы совпадения соединен с выходом релейного элемента, вход которого подключен к выходу датчика тока электродвигателя пос0тоянного тока, а выход первой схемы совпадения соединен с управляющими входами последовательных ключей и через элемент НЕ - с третьим входом второй схемы совпадения, выход которой соединен с управляемым входом шунтирующего ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Каган В.Г., Качубевский Ф.Д., угрин В.М, Нелинейные системы с тиристорами. М., Энергия, 1968 , с. 22-27.

2.Авторское свидетельство СССР 484615, кл. Н 02 Р 13/16, 1972.

ff./