Регулируемый электропривод постоянного тока с периодической нагрузкой Советский патент 1982 года по МПК H02P5/06 

(54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПЕРИОДИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к регулируемым электроприводам постоянного тока, работающим с переменной нагрузкой, имею щей постоянную и гармбническую состав ляющие, например электроприводам центробежных вибромодулей, механизмов качания кристаллизаторов. Известен вентильный электропривод содержащий двигатель постоянного тока, вентильные преобразователи для питания цепей якоря и возбуждения дви гателя, регуляторы частоты вращения и тока якоря и систему регулирования возбуждения двигателя . Недостатками этого электропривода являются значительные пульсации тока и частоты вращения электропривода, что приводит к необходимости увеличё ния мощности устанавливаемого двигателя и к ухудшению качества продукции. Известен также электропривод, содержащий дополнительно преобразователь угла поворота вала механизма в синусоидальный сигнал, выход которого подключен к входу регулятора тока двигателя 2. Данный электроИр.ивод уменьшает колебания скорости двигателя, однако пульсации тока якоря в нем не устраняются. Кроме того, известен вентильный электропривод с подчиненным регулированием тока якоря и частоты вращения, содержащий генератор периодических сигналов, блок расчета среднеквадратического значения отклонения .скорости , анализатор колебаний параметров электропривода, блок самонастройки фазы и формы сигналов гекератора З . Однако этот электропривод имеет систему управления. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электропривод, содержащий электродвигатель тиристорный преобразователь питания цепи ркоря двигателя, последовательно соединенные регулятор тока якоря, регулятор частоты вращения двигателя преобразователь питания обмотки возбуждения двигателя, регулятор возбуждения, а также преобразователь угла поворота в синусоидальный сигнал, вход которого соединен с валом эксцентрика механизмаj блоки смещения и подключенные к входам соответствующих регуляторов датчики частоты вращения, тока якоря и тока возбуждения k. Недостатком известного электропривода является ручное управление блоками фазировки, вследствие чего компенсация пульсаций тока якоря и скорости обеспечивается только для определенной фиксированной скорости. При другой скорости электропривода настройка блока фазировки должна быть изменена. Это затрудняет эксплуатацию электропривода, а в случае необходимости изменения частоты вращения в программном режиме (например, в элек роприводах вибромодулей) компенсация колебаний тока якоря и частоты враще ния при частотах, отличных от фиксиро ванной |для которой настроены блоки фазировки), становится невозможной, что отражается на качестве регулирования скорости. Цель изобретения - повышение качества регулирования электропривода. Поставленная цель достигается тем что в электропривод введены два блока смещения, три блока масштабирования, блок перемножения, два демодулятора и преобразователь угла поворота в косинусоидальный сигнал, выход которого через первый демодулятор соединен с первым входом блока перемножения, второй вход которого через первый бло масштабирования соединен с выходом датчика частоты вращения, а выход с входами второго и третьего блоков масштабирования, выходы которых соединены соответственно с входом регулятора частоты вращения и входом регулятора возбуждения, при этом выход преобразователя угла поворота в синусоидальный сигнал соединен с- входами регуляторов частоты вращения и возбуждения через второй демодулятор и блоки смещения, Формирование на входах регуляторов частоты вращения и возбуждения сигнала, пропорционального косинусу угла поворота выходного вала в сумме с синусоидальным, обеспечивает соответствующий сдвиг фазы компенсирующего воздействия, а умножение косинусоидального сигнала на сигнал, пропорциональный частоте вращения выходного вала, подаваемый с выхода датчика частоты вращения привода, обеспечивает автоматическое изменение сдвига фазы компенсирующего воздействия в 1{)ункции изменения частоты вращения электропривода„ На чертеже приведена принципиальная схема электропривода. Электропривод содержит двигатель 1 постоянного тока, якорь которого питается от вентильного, например тиристорного, преобразователя 2, а его обмотка возбуждения 3 - от тиристорного преобразователя Л. Эти преобразователи имеют системц. 5 и 6 импульсно-фазового управления, Электропри|ВОд содержит также регулятор 7 частоты вращения с блоком 8 ограничения, регулятор 9 тока якоря и регулятор 10 возбуждения В цепях обратных связей используются датчик 11 частоты вращения, датчики 12 и 13 тока якоря, датчик 1 напряжения и датчик 15 возбуждения. На входе регулятора скорости включен задатчик 16 интенсивности. Двигатель 1 через редуктор 17, на выходном валу 18 которого установлен эксцентрик 19, приводит в возвратно-поступательное движение механизм 20. С валом 18 связаны преобразователи 21 и 22 угла поворота в синусоидальный и в косинусоидальный сигнал (в качестве преобразователей 21 и 22 может быть использован, например, вращающийся трансформатор). Преобразователь 21 угла поворота через демодулятор 23 и первый блок 2 смещения / состоящий, например, из резистора с подключенным к .нему источником напряжения) подключен к входам регулятора 7 частоты вращения , а через второй ,блок 25 смещения - к входам регулятора 10 возбуждения. Преобразователь 22 угла поворота в косинусоидальный сигнал через демодулятор 26 подключен к первому входу блока 27 перемножения, второй вход которого подключен через первый блок 28 масштабирования к датчику 11 частоты вращения. Выход блока 27 перемножения через второй блок 29 масштабирования подключен к входу регул тора 7 частоты вращенияу а через третий блок 30 масштабирования - к входу регулятора 10 возбуждения. Электропривод работает следующим образом. При вращении вала 18 с эксцентриком 19приводится в возвратно-поступательное движение механизм 20. На валу 18 действует момент нагрузки, изменяющийся циклически. Момент двигателя равен М Мп+ Hg-sin t .cp, где Н„ - постоянная составляющая момента;Mq иЯ амплитудное значение и частота изменения переменной составляющей момента; время; , ток якоря и магнитный поток двигателя; К.- конструктивная постоянная двигателя. Для поддержания постоянного тока двигателя i 1ц const поток Ср двигателя должен изменяться по закоиу M +Ma-S4n5lt ЛЛ(Л: KM-IH Это достигается путем подачи на вход регулятора 10 возбуждения двух корректирующих сигналов от преобразо вателей 21 и 22 угла поворота. Первый корректирующий сигнал формируется преобразователем 21 угла поворота в синусоидальный сигнал и через демо дулятор 23 и блок 2 смещения подает ся на вход регулятора 7 частоты вращения, а через блок 25 смещения - на вход регулятора 10 возбуждения Второй корректирующий сигнал формируется преобразователем 22 угла поворота в косинусоидальный сигнал и подае ся через демодулятор 26 на блок 27 п ремножения, где перемножается с сигналом датчика 11 частоты вращения, поступающего через блок 28 масштабирования на второй вход блока перемнож.ения. Результирующий сигнал с выхода блока перемножения через блок 29 масштабирования подается на вход регулятора 7 частоты вращения, а через третий блок 30 масштабирования - на вход регулятора 10 возбужде ния. Корректирующие сигналы подаются на дополнительные входы регуляторов и 10. Введение второго корректирующего сигнала эквивалентно смещению по фазЁ первого корректирующего сигнала. Причем смещение по фазе зависит от частоты SI пульсации (частоты врэ щения вала 18 ) и изменяется автоматически в функции частоты. Объясняется это следующим. В установившемся режиме работы (52 d«t/dt, где ОС. - угол поворота вала 18, сумма корректирующих сигналов, поступающих на вход регулятора 10 возбуждения от преобразователей 21 и 22 через демодуляторы 23 и 26, после преобразования в блоках 28-30 масштабирования, блоке 25 -смещения и блоке 27 перемножения равна Uj . цв лсозяу где (ц - постоянное напряжение для компенсации постоянной со-- ставляющей момента, формируется с помощью блока смещения 25; максимальное значение напряжения на выходе демодуляторов 23 и 26; Uqg- напряжение на выходе датчика 11 частоты вращения; К и Kg - коэффициенты передачи первого 28 и третьего 30 блоков масштабирования, Напряжение на выходе датчика частоты вращения определяется следующим COOT ношени ем: -Клей -МвЯ де Кцц- коэффициент передачи датчика 11 частоты вращения; Кр - коэффициент передачи редуктора 17. Используя известные формулы записи инусоидальных величин, выражение l) с учетом (2) представим в виде Ug Uf, 1- Uo,-A-sin(nt-bCf )j (3) .a.cl4lbM.Ssj). Выражение (з) показывает, что сумарный корректирующий сигнал подаетя на вход регулятора 10 возбуждения опережающим сдвигом по фазе на гол tf , величина которого автоматичеси изменяется в функции частоты враения SI вала 18, Этот сигнал компен7 . 985911 сирует инерционность регулятора 10 возбуждения.

Для компенсации воздействия гармонической составляющей потока двигателя на скорость вращения следует иметь 5 в виду закон изменения напряжения вентильного преобразователя 2.

n,,con5t Из равенства ,, Е ./NE-HH .,(.-.

находим,u -;--ИнИа -;г-м ь7.

Кдд Ц

.Для осуществления указанного закона изменения напряжения преобразователя 2 служат элементы схемы 23, 2528, 30, действующие аналогично элементам 23, 2k, 26-29.

Необходимая фаза суммарного корректирующего сигнала, подаваемого на вход регулятора 7 частоты вращения, настраивается путем установки коэффициентов передачи блоков масштабирования 28 и 29, а корректирующего сигнала, подаваемого на вход регулятора 10 возбуждения, настраивается путем установки коэффициентов блоков масштабирования 28 и 30,

Совместное действие двух каналов формирования требуемых законов изменения магнитного потока двигателя .1 и напряжения преобразователя 2 обес печивает эффективное уменьшение колебаний тока и частоты вращения.

Изобретение позволяет исключить ручную подрегулировку фазы компенсирующего сигнала при изменении скорости и тем самым повысить быстродействие и точность перехода от одной скорости к другой„ При согласовании скоростей и синхронизации работы нескольких центробежных вибромодулей, образующих виброблок и управляемых от одного программного устройства, применение таких электроприводов улуч шает синфазность действия вибромодулей, улучшает гармонический состав колебаний, создаваемых виброблоком, и уменьшает связанным с этим энергетические потери.

;8

Формула изобретения

Регулируемый электропривод постоянного тока с периодической нагрузкой, содержащий двигатель, преобразователи для питания якоря и обмотки возбуждения двигателя, последовательно соединенные регуляторы частоты вращения и тока якоря в цепи управления преобразователя для питания якоря, регулятор возбуждения,соединенный с валом эксцентрика или кривошипа механизма, преобразователь угла поворота в синусо|Идальный сигнал,блоки смещения и подключенные к входам соответствующих регуляторов датчики частоты вращения, тока якоря и тока возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения качестве регулирования, в него введены два блока смещения, три блока масштабирования, блок перемножения, два демодулятора и преобразователь угла поворота в косинусоидальный сигнал, выход которого через первый демодулятор соединен с первым входом блока перемножения, второй вход которого через первый блок масштабирования соединен с выходом датчика частоты вращения, а выход - с входами второго и третьего блоков масштабирования, выходы которых соединены соответственно с входом регулятора частоты вращения и входом регулятора возбуждения, при этом выход преобразователя угла поворота в синусоидальный сигнал соединен с входами регуляторов частоты вращения и возбуждения через второй демодулятор и блоки смещения,

Источн1 и информации, принятые во внимание при экспертизе

с. 76-83.

k. Авторское свидетельство СССР № 555525, кл. Н 02 Р 5/06, 1971.