Электропривод постоянного тока

 

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена к усилителю мощности, задатШк частоты вращения, регуляторы частоты вращения и тока якоря, при этом к суммир щему и вычитающему входам регулятора частоты вращения подключ ны соответственно задатчик и датчик частоты вращения, а выход регулятоpa частоты вращения соединен с первым суммирующим входом регулятора тока якоря, а также датчик тока якоря и дифференцирующее звено, отличающийся тем, , с целью повышения точности регулирования частоты вращения, регулятор тока якоря снабжен втор№с суммирующим входом и введен нелинейный элемент с характеристикой /i/-:lo -Kjd) при где KI , Кг - коэффициенты пропорциональности; i - ток якоря; 1внаибольшее допустимое значение тока якорл, вход которого подключен к датчику тока, а выход - к второму суммирующему входу регулятора тока якоря, вычитающий вход которого через дифференцирующее звено соединен с датчиком частоты вращения.

((9) (! 1) СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(5() Н 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

К () при / / - Z.

-К (i) при /i/. Х„

-F(i) =

rOCNAPCT8EHHbN НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 3601357/24-07 (22) 28.02.83 (46) 15.03.85. Вюл. 9 10 (72) В.П. Комлев, А.А. Евстигнеева и С.И. Малафеев (71) Владимирский политехнический институт (53) 62«83:621.314.5(088.8) (56) 1. Чилкин М.Г,, Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. И., "Энергия", 1979, с. 359-363, рис. 3-13.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 900392, кл. Н 02 Р 5/06, 1981. (54)(57) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННО

ТОКА, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена к усилителю мощности, задатчик частоты вращения, регуляторы частоты . вращения и тока якоря, при этом к суммирующему и вычитающему входам регулятора частоты вращения подключены соответственно задатчик и датчик частоты вращения, а выход регулято-. ра частоты вращения соединен с первым суммирующим входом регулятора тока якоря, а также датчик тока яко- . ря и дифференцирующее звено, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности регулирования частоты вращения, регулятор тока якоря снабжен вторьм суммирующим входом и введен нелинейный элемент с характеристикой где Ks K a — коэффициенты пропорцио-, нальности; ток якоря;

>о- наибольшее допустимое значение тока якоря, вход которого подключен к датчику тока, а выход — к второму суммирующему входу регулятора тока якоря, вычнтающий вход которого через дифференцирующее звено соединен с датчиком частоты вращения.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для и спользования в промышленном автоматизированном оборудовании различного назначения.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, элемент сравнения, задатчик частоты вращения и датчик тока, подключенные к суммирующим входам элемента сравнения, датчик частоты вращения, подключенный к вычитающему входу элемента сравнения, усилитель мощности, вход которого подключен к выходу элемента сравнения, а выход е соединен с якорной обмоткой электродвигателя . Введение положительной обратной связи по току в таких электроприводах позволяет повысить точ- . ность регулирования (1 ).

Ю

Недостаток этих электроприводов— невысокие динамические характеристики, так как при положительной обратной, связи по току в системе имеют место перегрузки по току в переход- щ ных режимах.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является электропривод, содержащий электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, якорная обмотка. которого подключена к усилителю мощности, задатчик частоты вращения, регуляторы частоты вращения и тока якоря, при этом к суммирующему и вычитающему входам регулятора час35 тоты вращения подключены соответственно задатчик и датчик частоты вращения, а выход регулятора частоты вращения соединен с первым суммирующим входом регулятора тока якоря, а также датчик тока якоря и дифференцирующее звено. В этом электроприводе датчик тока якоря через регулятор коэффициента обратной связи подклю45 чен к вычитающему входу регулятора тока якоря, а к управляющему входу регулятора коэффициента .обратной связи через последовательно соединенные дифференцирующее звено и звено

S0 с зоной нечувствительности подключен датчик статической нагрузки.

Изменение коэффициента обратной связи по току в зависимости от скорости изменения момента- на валу 5$ электродвигателя повьппает качество регулирования частоты вращения в пе1 реходных режимах (2 ).

438

Однако это устройство характеризуется невысокой точностью в установившихся режимах.

Цель изобретения — повьппение точности регулирования частоты вращения.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, якорная обмотка которого подключена к усилителю мощности, задатчик частоты вращения, регуляторь; частоты вращения и тока якоря, при этом к суммирующему и вычитающему входам регулятора частоты вращения подключены соответственно задатчик и датчик частоты вращения, а выход регулятора частоты вращения соединен с первым ,.суммирующим входом регулятора тока якоря, а также датчик тока якоря и дифференцирующее звено, регулятор тока якоря снабжен вторым суммирующим входом и введен нелинейный эле мент с характеристикой

К (i) при /i/ (Е при П/> > где K,K " коэффициенты пропорциональности; ток якоря

Х вЂ” наибольшее допустимое о значение тока якоря, вход которого подключен к датчику тока„ а выход — к второму суммирующему входу регулятора тока якоря, вычитающий вход которого через дифференцирующее звено соединен с датчиком частоты вращения.

На фиг. 4 изображена функциональная схема электропривода; на фиг.2 характеристика нелинейного элемента; на фиг. 3 — пример выполнения нелинейного элемента с такой характеристикой. Злектропривод постоянного тока (фиг. 1) содержит электродвигатель 1, якорная обмотка которого подключена к усилителю 2 мощности, задатчик 3 частоты вращения, регулятор 4 частоты вращения, регулятор 5 тока якоря, при этом к суммирующему и вычитающему входам регулятора 4 частоты вращения подключены соответственно задатчик 3 и датчик 6 частоты вращения, а выход регулятора 4 частоты вращения соединен с суммирующим входом регулятора 5 тока якоря, а также датчик 7 тока якоря и дифференцирующее

1145438 звено 8. В электропривод введен не- 1 линейный элемент 9, вход которого подключен к датчику 7 тока, а выход— к второму суммирующему входу регулятора 5, вычитывающий вход которого через дифференцирующее звено 8 соединен с датчиком 6 частоты вращения.

На структурной схеме электродвигателя 1 обозначено:

r,L — активное сопротивление и 10 индуктивность обмотки якоря;

С вЂ” конструктивная постоянная;

I — - момент инерции нагрузки, приведенный к валу электро-1 двигателя;

Мд — статический момент нагрузки; S — оператор Лапласа.

На фиг. 2 I o — наибрльшее допустимое значение тока якоря.

Нелинейный элемент 9 (фиг. 3) содержит операционные усилители 10-13, резисторы 14 и 15 на входе и в цепи обратной связи усилителя 10, резистор 16 в цепи обратной связи усилителя 11, регулируемые резисторы 17-19, . резисторы 20 и 21 на входе усилителя

;12 и резистор 22 íà его выходе, а также резисторы 23 и 24.на входе и резистор 25.в цепи обратной связи усилителя 13. Кроме того, устройство содержит диоды 26-29, полевые транзисторы 30 и 31, биполярный транзистор 32 и резистор 33. Операционные усилители 10 и 11, резисторы

14-16 и диоды 26-29 образуют выпрямитель, на вход которого подается сигнал i с датчика тока якоря. Выход выпрямителя соединен с пороговым

40 элементом, выполненным на операционном усилителе 12 и резисторах 17, 20 и 21.

Электропривод работает следующим образом. 45

На входе регулятора 4 частоты вращения формируется сигнал, равный разности выходных сигналов задатчика 3 и датчика 6 частоты вращения электродвигателя и представляющий 50 ошибку регулирования. Этот сигнал преобразуется корректирующей цепью регулятора в соответствии с выбранным законом регулирования, например пропорционально-интегральньм, и пос- 55 тупает на первый суммирующий вход регулятора 5 тока якоря. На второй суммирующий вход регулятора 5 поступает выходной сигнал нелинейного элемента U> =F(i), зависящий от тока якоря электродвигателя, на вычитающий — сигнал, пропорциональный производной частоты вращения, т.е. угловому ускорению электродвигателя

d u) п — К9К где К, К вЂ” коэффициенты передачи дифференцирующего звена 8 и датчика 6 частоты вращения.

Алгебраическая сумма сигналов преобразуется корректирующей цепью регулятора 5 в соответствии с выбранным законом и поступает на усилитель 2 мощности, к выходу которого подключена якорная обмотка электродвигателя 1.

Характеристика нелинейного элемента в F(i) формируется таким образом, чтобы при токах, не превьппаюших допустимый ID для конкретных электродвигателя и усилителя мощности, обратная связь по току была положительной, при токах, превышающих Ið отрицательной.

В режимах, характеризующихся малыми отклонениями сигнала задания и момента нагрузки, ток электродвигателя не превышает допустимый ?и, обратная связь по току при этом является положительной. В этом случае результирующий сигнал на входе рсгулятора 5 равен разности где К„ — коэффициент передачи датчика тока.

КтКт — С К8К6 есть статический момент наПри

Это грузки двигателя, т.е.

U -U =Ci — 1

d (d

= М

9 ь d и

В результате в электроприводе осуществляется регулирование по возмущающему воздействию — моменту нагрузки, что обеспечивает высокую точность регулирования скорости.

В переходных режтжах, характеризующихся значительными изменениями сигнала задания и момента нагрузки при превышении током значения I, обратная связь по току становится отрицательной. В результате электро1145438 при /i/ (Х при /1/ (I при /i/ Ъ I<

Фиг.2 привод работает в режиме стабилизации тока, т.е. действует токовая отсечка.

Нелинейный элемент с характеристикой при /i/3 I

f 10

1 может быть выполнен с помощью различных нелинейных элементов.

Изображенная на фиг. 3 схема работает следующим образом.

Сигнал i пропорциональный току, поступает на вход выпрямителя, на выходе которого формируется модуль

/i/. Выходное, напряжение порогового элемента может принимать два значения. +K при /i/(I и К при

/i/ 3 Х-, следовательно, сигнал на выходе порогового элемента соответствует знаку разности (/i/-I ), т.е.

81яп (/1/ I<) Выходное напряжение нелинейного элемента 25

Напряжение срабатывания порогового элемента соответствует максимально допустимому току I и регулируется резистором 17. Функцию блока перемножения выполняют вычитающее уст- щ ройство на операционном усилителе 13 .и резисторах 23-25, ключи на полевых транзисторах 30 и 31 и резисторы 11 и 19. Ключ на транзисторе 32 и резисторах 72 и 23 служит для преобразования уровня выходного сигнала порогового элемента. Если /i/(1, напряжение на выходе порогового элемента положительное, транзистор 32 .заперт, напряжение на его коллекторе отрицательное. При этом ключ на полевом транзисторе 30 закрыт, а ключ на по певом транзисторе 31 открыт. Выходное напряжение усилителя 13 имеет полярность, совпадающую с полярностью входного сигнала i и равно К i.

Коэффициент К настраивается с помощью резистора 19.

Если /i/ 7i 1, выходное напряже» ние порогового. элемента на усилителе 12 отрицательное, транзистор

32 открыт, напряжение на его коллекторе равно О. В этом случае ключ на транзисторе 30 открыт, а клоч на транзисторе 31 закрыт. Сигнал на выходе операционного усилителя 13 имеет знак, противоположный знаку сигнала i, и равен -К,. Коэффициент

К регулируется с помощью резистора 18.

Таким образом, предлагаемая структура электропривода постоянного тока обеспечивает повышенную точность ре» гулирования скорости при ограничении тока на допустимом уровне в переходных режимах.

Применение электропривода в автоматизированном промышленном оборудовании, например в станках с числовым программным управлением, позволяет повысить эффективность и качество работы агрегатов, а также качество выпускаемой продукции.

1145438

Составитель В. Кузнецова

Редактор Н. Киштулинец Техред Ж.Кастелевич Корректор А. 0бручар

:Заказ 1185/41 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4