Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока Советский патент 1981 года по МПК H02K13/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

I

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к средствам улучшения процесса коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока с регулированием частоты врашения за счет изменения напряжения на якоре при постоянстве потока возбуждения и управления потоком возбуждения при постоянстве ЭДС якоря машины.

Известны устройства для улучшения коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока, содержащие регулируемый источник постоянного тока для управления током дополнительных полюсов, датчики в якорной цепи машины, датчики частоты вращения и другие элементы по функциональному назначению 1.

Б данных устройствах регулирование потока дополнительных полюсов осуществляется в функции тока якоря, частоты вращения, величины магнитного потока и других величин. Имея сложную конструкцию и низкую надежность работы, устройства обладают низкими показателями по точности управления в статических и динамических режимах.

Известно и устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока, в котором управление потоком дополнительных полюсов осуществляется как по разности напряжения между сбегающим и набегающим краями щетки, так и от изменения нагрузочного тока. Устройство содержит регулирующий усилитель, подключенный к обмотке дополнительных полюсов, задатчик и датчик якорного тока машины, датчик напряжения .межfQ ду сбегающим и набегающим краями щетки, а также сумматоры 2.

Недостатком устройства является то, что оно имеет значительную инерционность и низкую статическую точность при настройке

15 дополнительных полюсов. Значительная инерционность, вызванная запаздыванием регулирующего усилителя (постоянная времени регулирующего усилителя) и постоянной времени обмотки дополнительных полюсов, определяет низкое быстродействие в

20 переходных процессах при управлении потоком дополнительных полюсов. Низкая же статическая точность при настройке дополнительных полюсов определяется тем, что

устройство по существу представляет собой регулятор прямого действия и не имеет обратной отрицательной связи ни по одному из выходных параметров регулирующего усилителя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство, которое для компенсации одной больщой постоянной времени дополнительных полюсов снабжено усилителем напряжения с пропорциональноинтегральным законом изменения выходного напряжения и отрицательной обратной связью по напряжению. При этом постоянная времени управляемого усилителя мощности устройством не компенсируется, т. е. устройство имеет ограниченную функциональную возможность. В общем случае обе постоянные времени дополнительных полюсов и управляемого усилителя мощности являются соизмеримыми величинами и необходима их одновременная компенсация, для чего требуется расщирить функциональные возможности устройства при повыщении быстродействия в переходных процессах и статической точности для регулирования потока дополнительных полюсов коллекторных мащин постоянного токаЕЗ.

Цель изобретения - расщирение функциональных возможностей для повыщения быстродействия в переходных процессах и статической точности при регулировании потока дополнительных полюсов коллекторных электрических мащин постоянного тока.

Указанная цель достигается тем, что в качестве усилителя напряжения применен усилитель с пропорционально-интегральнодифференциальным законом изменения выходного напряжения, два входа которого присоединены к элементам управления в якорной цепи машины, а третий вход подключен к выходу управляемого усилителя .мощности, причем выход усилителя напряжения подключен ко входу управляемого усилителя мощности.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство состоит из управляемого усилителя 1 мощности, регулирующего ток в обмотке дополнительных полюсов 2 коллекторной электрической мащины 3 постоянного тока. Ко входу управляемого усилителя 1 мощности подключен выход усилителя 4 напряжения, который за счет схвата его цепочкой, состоящей из емкостей 5 и 6 и резисторов 7 и 8, обладает свойствами пропорционально-интегрально-дифферендиального регулятора. В качестве усилителя напряжения может быть применен операционный усилитель. Входная цепь усилителя напряжения, содержащая резисторы 9 и 10, подключена к якорной цепи мащины .3 через управляющие элементы 11. На вход усилителя 4 напряжения через резистор 12 подается сигнал отрицательной обратной связи

по напряжению дополнительных полюсов. Усилитель 1 мощности настраивается таким образом, что при прямолинейной коммутации, когда сигнал с элементов 11 управления, характеризующих величину добавочного тока при ускоренной или замедленной коммутации, равен нулю, усилитель 1 мощности обеспечивает начальный ток, соответствующий настройке дополнительных полюсов на середину зоны безыскровой работы.

0 При изменении характера коммутации изменяется сигнал с управляющих элементов 11, например бесконтактного датчика, который через резисторы 9 и 10 подается во входную цепь усилителя напряжения. Пропорциональ ная, интегральная и дифференциальная

составляющие усиленного сигнала подаются на вход усилителя 1 мощности и регулирование тока дополнительных полюсов последним происходит до тех пор, пока не обеспечится их автоматическая настройка

на работу мащины в середине безыскровой зоны.

Введение интегральной и дифференциальной составляющих в закон изменения выходного напряжения усилителя напряжения сводит ощибку в регулировании тока

5 дополнительных полюсов в статическом режиме к нулевому значению. Быстродействие в переходных процессах установки соответствующего тока дополнительных полюсов при отсутствии обратной связи по напряжению дополнительных полюсов и усилителя напряжения определяется постоянными времени дополнительных полюсов и усилителя мощности. Придание усилителю напряжения пропорционально-интегрально-дифференциальных свойств и введение отрицательной

5 обратной связи по напряжению дополнительных полюсов приводит к существенному снижению результирующей постоянной времени, а следовательно, и к повышению быстродействия, что объясняется форсированным изменением выходного напряжения усилителя напряжения и компенсацией запаздывания, вносимого усилителем мощности и дополнительными полюсами. Пропорционально-интегрально-дифференциальный усилитель напряжения компенсирует две больщие постоянные времени дополнительных полюсов и управляемого усилителя мощности, а длительность переходного процесса определяется малой постоянной времени. За счет одновременной компенсации двух постоянных времени дополнительных

0 полюсов и управляемого усилителя мощности предлагаемое устройство имеет расширенные функциональные возможности для повыщения быстродействия в переходных процессах и статической точности при настройке дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны. Пропорционально-интегрально-дифференциальный усилитель напряжения позволяет настраивать контур управления иа оптимум по модулю и симметричный