Регулируемый электропривод постоянного тока с периодической нагрузкой

 

Изобретение относится к электротехнике и может быТь использовано в электр оприводах с переменной нагрузкой . Целью изобретения йвляется расширение функциональных возможностей путем снижения пульсаций момента и частоты вращения электродвигателя при сложных законах изменения момента нагрузки. Электропривод содержит преобразователь 30 двойного угла поворота в синусно-косинусные сигналы, выходы которого подключены к входам третьего 31 и четвертого 32 демодуляторов . Выход демодулятора 23 соединен с входом блока 25 перемножения через последовательно соединенные первый полюс 37 коммутирующего элемента 35 и сумматор 33. В данном устройстве обеспечивается компенсация возмущений по нагрузке при трех различ ных законах изменения момента нагрузки на валу механизма. 1 ил. S W

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (д1) 4 Н 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 985915 (21) 4133607/24-07 (22) 02.07.86 (46) 15.08.88. Бюп. М 30 (71) Комсомольский-на-Амуре политехнический институт (72) В.Ф.Горячев, A.Í.Ìàðòüÿíoâ, А.А.Прокопов и В.А.Соловьев (53) 62-83:621.314.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 985915, кл. Н 02 Р 5/06, 1981. (54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПЕРИОДИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с переменной нагрузкой. Целью изобретения является расшир ение функциональных возможностей путем снижения пульсаций момента и частоты вращения электродвигателя при сложных законах изменения момента нагрузки, Электропривод содержит преобразователь 30 двойного Угла поворота в синусно-косинусные сигналы, выходы которого подключены к входам третьего 31 и четвертого 32 демодуляторов. Выход демодулятора 23 соединен с входом блока 25 перемножения через последовательно соединенные первый полюс 37 коммутирующего элемента 35 и сумматор 33. В данном устройстве обеспечивается компенсация возмущений по нагрузке при трех различных Я законах изменения момента нагрузки на валу механизма. 1 ил.

14171 50

Изобретение относится к электротехнике, а именно к регулируемым электроприводам постоянного тока, работающим с переменной нагрузкой, име- 5 ющей постоянную и гармоническую составляющие, например к электропринодам поршневых насосов, центробежных вибромодулей, механизмов качания кристаллизаторов. 1Î

Пель изобретения — расширение функциональных возможностей электропривода путем снижения пульсаций момента и частоты вращения электродвигателя при сложных законах изменения 15 момента нагрузки.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого электропривода.

Электропривод содержит электродви- 20 гатель постоянного тока9 якорная обмотка 1 которого подключена к управляемому преобразователю 2, а обмотка

3 возбуждения — к преобразователю 4.

В цепь управления преобразователя 2 включены последовательно соединенные задатчик 5 интенсивности, регулятор

6 частоты вращения с блоком 7 ограничения в цепи обратной связи, регулятор 8 тока якоря и система 9 импульс- 3Q но-фазового управления, а в цепь управления преобразователя 4 включены последовательно соединенные регулятор

10 возбуждения и система 11 импульсно-фазового управления. Электропривод содержит также датчик 12 частоты вращения, датчики 13 и 14 тока якоря, датчик 15 тока возбуждения и датчик

16 напряжения, подключенные к входам регуляторов частоты вращения, тока якоря и возбуждения.

Электродвигатель через редуктор

179 на выходном валу 18 которого установлен эксцентрик 19 или кривошип, соединен с механизмом 20. С валом 18 связан преобразователь 21 угла поворота в синусно-косинусные сигналы, выходы которого подключены к входам демодуляторов 22 и 23. Выход датчика

12 частоты вращения через масштабирующий усилитель 24 подключен к одному из входов блока 25 перемножения, выход которого через масштабирующие усилители 26 и 27 соединен соответственно с входами регулятора 6 частоты вращения и регулятора 10 возбуждения, к которым подключены также блоки 28 и 29 смещения.

Кроме того, в электропривод введены преобразователь ЗО двойного углаповорота в синусно-косинусные сигналы, выходы которого подключены к входам третьего 31 и четвертого 32 демодуляторов, сумматоры 33 и 34 и двухполюсные коммутирующие элементы

35 и 36, при этом выход демодулятора

23 соединен с входом блока 23 перемножения через последовательно соединенные первый полюс 37 коммутирующего элемента 35 и сумматор 33, второй вход которого связан с выходом демодулятора 31 через первый полюс,38 коммутирующего элемента 36, а выход демодулятора 22 подключен к блокам 28 и 29 смещения через второй полюс 39 коммутирующего элемента 35 и сумматор

34, второй вход которого связан с выходом демодулятора 32 через второй полюс 40 коммутирующего элемента 36 °

Преобразователи угла поворота и двойного угла в синусно-косинусные сигналы могут быть выполнены в виде двух каскадно включенных синусно-косинусных вращающихся трансформаторов.

Изобретение позволяет компенсировать возмущения со стороны нагрузки при периодически изменяющемся моменте на валу 18 по следующим основным законам: синусоида

М< = М<, + M здп96 при 0 а о<. < 2a 9

Т = 2«", (1) выпрямленная синусоида

М = M„+Ì 83.подопри Оа М.4«9 (2) детектированная синусоида

М„+ М,зхп упри 0 и oL6 «

Т = 2«, (3)

Mã: ь при 1< Ы. 2 р

Т= 2«, где oL и 5 — угол поворота и частота вращения вала 18

М - постоянная составляющая момента нагрузки, Мс, — амплитуда переменной составляющей момента нагрузки.

После разложения (2) и (3) в ряд

Фурье и отбрасывания высших гармоник

1417150!

M, — М + М ядпоа, (4) Момент на валу 18 мутирующих элементов тирующий сигнал

35 36 соз2Ы.).

3 ,(6) 0

М = const 0

M=M

М=М

w(p) = м()

U(p) Т +1

"кз

40 (8) (9) начиная с четвертой ввиду их малости выражения для момента сопротивления на валу 18 принимают нид:

l 2 4

М М + М (— — — — -cos2<) (5)

2. 4 а Р 3 ».

1 1 1

М = М + М (--- + ---sinot,— в а « 2

В большинстве случаев электропривод описывается передаточной функцией нида где U(p) — напряжение управления на входе регулятора частоты вращения или на Входе гулятора возбуждения

К и Т вЂ” коэффициент передачи и постоянная времени по цепи управления.

Тогда корректирующие сигналы на . входах регуляторов 6 и 10 для компенсации инерционности .привода должны иметь опережающую фазу для рассматриваемых трех случаев (4)-(6) нагрузки на валу 18 н установившемся режиме будут иметь вид

Пк, Пп + — (sino + Т«сов» ); (7)

= Uz + +(— ccoos2 ++

U 2 4

К «3«

+ ТЯ3,, нЬ2»с);

11„2 4 45, U„ U + — -" - — + sinai — — -соз2й+

2К «3»

+ Tm(cosa + sin2<) 50 где U è U — электрические сигналы, пропорциональные постоянной составляющей и амплитуде переменной составляющей момента сопротивления соответственно.

Для формирования корректирующих сигналов (7)-(9) используются элементы 21-32 и коммутирующие элементы 35 и 36, состояние которых зависит от вида нагрузки на валу 8 и указано в таб лице.

Коррек- Состояние ком0 соответствует выключенному состоянию коммутирующего элемента (контакты разомкнуть ), 1 — его включенно му состоянию.

Электропривод работает следующим образом.

При синусоидальной нагрузке на валу 18 вида (1) момент двигателя ранен

M = M„™ singt = Клл,Р, где К - конструктивная постоянная двигателя, и Р— ток якоря и магнитный поток

Я двигателя.

Для поддержания постоянного тока двигателя i< = I> = const поток двигателя должен изменяться по закону

М + М sin

Р .2 Я= м

Км и

Это достигается путем подачи на вход регулятора 10 возбуждения двух корректирующих сигналов от преобразователей 21 и 30 углов поворота. Первый корректирующий сигнал формируется преобразователем 21 угла поворота в синусоидальный сигнал и через демодулятор 22, контакт 39 коммутирующего элемента 35, сумматор 34 и блок

28 смещения подается на вход регулятора 6 частоты вращения; а через блок

29. смещения — на вход регулятора 10 возбуждения. Второй корректирующий сигнал формируется на выходе преобразователя 21 угла поворота в коси-14171 >0 где

А, находим

Ks M(52) Кепи

"нRè =

Км н К Ií

К g д.

U в

P нусоидальный сигнал и подается через демодулятор 23, контакт .37 коммутирующего элемента 35 и сумматор 33 на блок 25 перемножения, перемножается

5 с сигналом датчика 12 частоты вращения, поступающим через блок 24 масшта. бирования на второй вход блока 25 перемножения, и результирующий сигнал с выхода блока перемножения через 10 .блок 26 подается на вход регулятора

6 частоты вращения, а через третий блок 27 масштабирования — на вход регулятора 10 возбуждения °

Корректирующие сигналы подаются 15 на дополнительные входы регуляторов

6 и 10.

Введение второго корректирующего сигнала эквивалентно смещению по фазе первого корректирующего сигнала, 20 причем смещение по фазе зависит от частоты g пульсаций (частоты вращения вала 18) и изменяется автоматически в функции частоты Q . .Это объясняется следующим. 25

В установившемся режиме работы

Я = с1Ы/dt где о — угол поворота вала 18, сумма корректирующих сигналов, поступающих на вход регулятора 10 возбуждения от преобразователей 21 30 и 30. углов поворота, равна: — 0, UqsinQt + K K>U

Напряжение на выходе датчика частоты вращения определяется соотношением где К вЂ” коэффициент передачи датчи ь ка 12 частоты вращения

К вЂ” коэффициент передачи редукГ тора 17.

При использовании известных формул записи синусоидальных величин выражение (10) с учетом (11) запишется в следующем виде:

U = U„, + U A,sin(stt +cP,), (12) ((, = arctg(- — — — Й ) .

К1К К4В

К, Выражение (12) показывает, что суммарный корректирующий сигнал подается на вход регулятора 10 возбуждения с опережающим сдвигом по фазе на угол (, величина которого автоматически изменяется в функции частоты вращения 52 вала 18. Этот сигнал компенсирует инерционность регулятора

10 возбуждения.

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

Из равенства

U - la Ra и — — — -" - — и — с оп в t

KE М(Я)

Км н

Н еобходимая фаза суммар ного корр ек тир ующег о сиг нала, подава емог о на вход регулятора 6 частоты вращения,. настраивается путем установки коэффициентов передачи блоков 24 и 26 масштабирования, а корректирующего сигнала, подаваемого на вход регулятора

10 возбуждения, — путем установки коэффициентов блоков масштабирования

24 и 27.

Совместное действие двух каналов формирования требуемых законов изменения магнитного потока электродвигателя и напряжения преббраэователя 2 обеспечивает эффективное уменьшение колебаний тока и частоты вращения при синусоидальной нагрузке.

При моменте сопротивления, изменяющемся по законам (2) или (3); принцип компенсации возмущения по моменту

1417150

А х

= arctg(— - - — Я), К! К К46

20 (14) где

А

3 2 с = arctg(— — — — 0.);

К(КЗК4В э, кр

А

4 2

g = arctg(- — - — — Q.) .

КФ 6

К К„

2 Ua

U Ц + . °

Щ П

1 U

=U + п . П r< К

ВНИИПИ Заказ 4076/55 Тираж 583 Подписное

Ужгород, ул. Проектная, 4

Произв.-полигр. пр-тие, г. остается тем же, но корректирующие сигналы формируются в соответствии с выражением (8) или (9)

При моменте на валу 18 вида (2) суммарный корректирующий сигнал по аналогии с (12) будет определяться значением

U<р. П п U A cos(2gt +p ), (13)

1 ! где а при моменте вида (3) корректирую-. щий сигнал будет .определяться значениемм

U<> Пп + П зsin(at +g)

U А з1п(2ае + ср ) В выражениях (13) и (14) приняты обозначения:

К., К вЂ” коэффициенты передачи сумматоров 34 и 33 по вторым входам соответственно,.

Коэффициенты передачи этих сумматоров по первым входам во всех трех режимах равны единице.

Из выражений (13) и (14) видно, что при пульсирующей нагрузке (как и при синусоидальной) имеет место опе25

50 режающий фазовый сдвиг, причем ам-. плитуда и фаза корректирующего сигнала зависят от частоты вращения вала 18.

Таким образом, изобретение позволяет расширить функциональные возможности электропривода за счет обеспечения компенсации возмущений по нагрузке для трех различных законов изменения момента нагрузки на валу механизма.

Частичная компенсация возмущений может быть также обеспечена и при других видах периодической нагрузки, если график момента на валу 18 содержит доминирующие первую и вторую гармоники от угла поворота вала. 18.

Формула изобретения

Регулируемый электропривод постоянного тока с периодической нагрузкой по авт. св. и " 9859 15, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем снижения пульсаций момента и частоты вращения электродвигателя при сложных законах изменения момента нагрузки, в него введены преобразователь двойного угла поворота в синусно-косинусные сигналы, третий и четвертый демодуляторы, два сумматора и два двухполюсных коммутирующих элемента, при этом входы третьего и четвертого демодуляторов подключены к выходам преобразователя двойного угла поворота в синусоидальный и косинусоидальный сигналы соответственно, выход второго демодулятора соединен с первым входом блока перемножения через последовательно соединенные первый полюс первого коммутирующего элемента и первый сумматор, второй вход которого связан с выходом третьего демодулятора через первый полюс второго коммутирующего элемента, а выход второго демодулятора подключен к блокам смещения через второй полюс первого коммутирующего элемента и второй сумматор, второй вход которого связан с выходом четвертого демодулятора через второй полюс второго коммутирующего элемента.