Электропривод постоянного тока

 

Использование: в астатических по возмущающему , воздействию электроприводах с большим диапазоном изменения нагрузки . Сущность: введены датчик тока 12 и последовательно соединенные сумматор 17 и пропорциональное звено с ограничителем 7, включенные между выходом пролорцио нального регулятора скорости 6 и входом пропорционально-интегрального регулято-1 ратока 8, снабженного дополнительным вычитающим входом, который подключен к выходу датчика тока 12 и второму входу сумматораi 1 8 . Осуществляются ограничение полного тока двигателя в режимах перегрузки с сохранением быстродействия контура скорости, присущее одноконтурным системам регулирования скорости, и разделение режимов ограничения тока при разгоне привода - при небольших нагрузках задается динамический ток двигателя, при больших - ограничивается полный ток. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 P 5/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ " .

Ф О . МФ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ

1 (21) 4883504/07 (22) 20.11.90 (46) 07;01.93. Бюл. N 1 (71) Донецкий политехнический институт (72) В.А.Бельков, Е.В.Колчев и П.Х.Коцегуб (56) Авторское свидетельство СССР

М 1358059, кл. Н 02 P 5/06, 1984. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Йспользование: в астатических по возмущающему. воздействию электройриводах . с большим диапазоном изменения нагрузки. Сущность: введены датчик тока 12 и по. следовательно соединенные сумматор 17 и пропорцйональное звено с ограничителем

„„ Ц„„1786628 А1

7, включенные между выходом пропорцио- нального регулятора скорости 6 и входом пропорционально-интегрального регулятора тока 8, снабженного дополнительным вычитающим входом, который подключен к выходу датчика тока 12 и второму входу сум-: матора 18. Осуществляются ограничение полного тока двигателя в режимах перегруз. ки с сохранением быстродействия контура скорости, присущее одноконтурным системам регулирования скорости, и разделение режимов ограничения тока при разгоне привода — при небольших нагрузках задается динамический ток двигателя, при больших— ограничивается полный ток, 4 ил.

1786628

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в быстродействующих астатических по возмущающему воздействию системах регулирования, в частности в глубокорегулируемых электроприводах станков, требующих ограничения тока как в режимах пуска и торможения, так и в режимах наброса нагрузки, Известен быстродействующий одноконтурнрй электропривод постоянного тока(Евзеров И.Х. и др. Комплектные тиристорные электроприводы, М,: Энерго атомиздат, 1988, с.126 — 127), содержащий электродвигатель, подключенный к вейтильному преобразователю, в цепь управления которого включены последовательно соединенные пропорционально-интегральный регулятор скорости и задатчик скорости, подключенный на первый вход регулятора скорости. Электропривод содержит также обратную отрицательную связь по Скорости, включенную на второй вход регулятора скорости, и жесткую отрицательную связь по току якоря двигателя, подклю ченную непосредственно на вход управляющего органа СИФУ, Недостатком этого электропривода является увеличение динамического падения скорости в пределах рабочего участка механической характеристики двигателя, обусловленное влиянием жесткой обратной отрицательной связи по току на входе СИФУ, Известен также электропривод постоянного тока (авт. св. N 1358059, кл, Н 02 Р

5/06, 1984), содержащий электродвигатель, подключенный к вентильному преобразователю, в цепь управления которого включены последовательно соединенные задатчик скорости, пропорциональное звено, про-. порционально-интегральное звено, выход которого связан с управляющим входом вентильного преобразователя, а также ин" тегратор, первое инерционное звено и дат чик скорости, подключенный к входу

"" пропорциойального звена с насыщением.

Электропривод содержит также второе инерционное звено, выход которого соединен с входом пропорционально-интегрального звена, а вход подключен к выходу инерционного звена, соединенного своим входом с выходом пропорционально-интегрального звена, а выходом — с входом интегратора, выход которого подключен к управляющему входу вентильного преобразователя, Электропривод содержит также три сумматора, одий из которых включен на входе пропорционального звена с насыщением, второй включен на вход пропорционально-интегрального звена, третий включен на входе вентильного преобразователя.

Таким образом; управление рассматриваемого электропривода осуществляется с помощью одноконтурной системы регулирования скорости, содержащей составной регулятор скорости, обеспечивающий астатизм регулирования скорости по возмущающему воздействию и компенсацию влияния

10 внутренней обратной связи по ЭДС двигателя .:

Недостатком данного электропривода является невозможность ограничения тока двигателя в стопорных режимах работы или

15 в случаях превышения нагрузки двигателя в пусковых режимах.

Целью изобретения является повышение надежности электропривода путем orменении нагрузки двигателя от нуля до максимальной величины.

Поставленная цель достигается тем, что для ограничения тока в стопорных и пускотормозных режимах работы в электропривод постоянного тока, содер>кащий электродвигатель, подключенный к вентильному преобразователю, в цепь управления которого включены последовательно соединенные задатчик скорости, пропорциональный регулятор скорости и пропорцио30 нально--интегральный регулятор тока, выход которого связан с управляющим входом вентильного преобразователя, интегратор, инерционное звено и датчик скорости, подключенный к входу пропорционального регулятора скорости, второе инерционное звено, выход которого соединен с входом пропорционально-интегрального регулято40 ра тока, а вход подключен к выходу первого инерционного звена; соединенного своим входом с выходом пропорционально-интегрального регулятора тока, а выходом — с входом интегратора, выход которого под45 ключен к уп равля ющему входу вентиль ного преобразователя, введены датчик тока и последовательно соединенные сумматор и пропорциональное звено с ограничением, включенные между выходом пропорцио50 нального регулятора скорости и входом пропорционально-интвгрального регулятора тока, снабженного дополнительным вычитающим входом, который подключен к выходу датчика тока и второму входу сумматора, Существенным отличием предлагаемого изобретения от изобретения-аналога является использование контура регулирования полного тока двигателя с сохранением быстродействия контура скорости в одноконтурной системе с составным раничения якорного тока B стопорных и

20 пуско-тормозных режимах работы при из1786628 регулятором скорости по авт. св, ¹ 1358059. ничением 7 и пропорционально-интегральВ состав контура регулирования полного то- ного звена 8,. на вход которого подключеН ка двигателя входят датчик полного тока сумматор 18 с двумя вычитающими входадвигателя и последовательно соединенные ми. сумматор и пропорциональное звено с огра- 5 Электропривод работает следующим ничением, а также сумматор на входе про- образом. порционально-интегрального регулятора При подаче сигнала задания скорости с тока,снабженныйдополнительным вычита- выхода задатчика скорости 5 на первый ющим входом, обеспечивающие ограниче- вход сумматора 16 на выходе первого проние полного тока двигателя в случае 10 порционального звена 6 появляется сигнал суммарного тока двигателя. определяемого задания динамического. тока двигателя, подинамической и статической составляю-. ступающий на первый вход сумматора 17, с щей, превышающего допустимое значение. выхода которого сигнал управления постуОтсутствие подобного технического ре- пает на вход второго пропорционального щения на вновь введенные структурные 15 звена с ограничением 7. Звено 7 имеет коэлементы и связи между ними в известных эффициент передачи равный единице, поэтехнических решениях в одноконтурных си- тому на начальном участке разгона стемах регулирования скорости позволяет двигателя сигнал с выхода звена 6 передапредлагаемоетехническое решение считать ется на первый вход сумматора 18 через удовлетворяющим критерию "существен- 20 звено 7 без изменения величины. С выхода ные отличия". сумматора 18 сигнал поступает на вход проНа фиг.1 изображена функциональная порционально-интегрального звена 8. При схема электропривода; на фиг.2 — характе- этом появляется сигнал и на выходе пропорристики первого и второго пропорциональ- ционально-интегрального звена 8, Этот сигных звеньев с ограничением. 25 нал поступает на вход первого

Предлагаемый электропривод постоян- инерциойного звена 9 и одновременно по ного тока (фиг.1) содержит электродвига- каналу15 на второй вход сумматора 14, Сигтель 1 в виде электрической части 2 и нал с выхода первого инерционного звена 9 . механической части 3, подключенный к вен- . проходит через интегратор 10 и поступает тильному преобразователю 4, в цепь управ- 30 на первый вход сумматора 14. Результируюления которого включены последовательно щий сигнал с выхода сумматора 14 поступа соединенные задатчик скорости 5, первое ет на управляющий вход тиристорного пропорциональное звено с ограничением 6, преобразователя 4. Одновременно с выхода второе пропорциональное звено с ограни- первого инерционногозвена9сигнал постучением 7, пропорционально-интегральное 35 пает на вход второго инерционного звена звено 8, первое инерционное звено 9, ин- 13, с выхода которого сигнал поступает на тегральное звено 10, датчик скорости 11, второй вычитающий вход сумматора 18. подключенный к входу первого пропорцио- Пуск привода может осуществляться в нального звена с ограничением 6, датчик режиме подачи управляющего сигнала от тока двигателя 12, подключенный к входу 40 задатчика 5 на вход первого пропорциовторого звена с ограничением 7 и к входу нальйого звена 6, обуславливающего насыпропорционально-интегрального звена 8. щение последнего и, как следствие, его

Электропривод содержит также второе работу с ограничением или в режиме подачи инерционное звено 13, выход которого сое- управляющего сигнала от задатчика 5, обусдинен с входом пропорционально-интег- 45 лавливающего работу звена 6 в пределах рального звена 8,.а вход подключен к линейного участка его характеристики упвыходу первого инерционного звена 9, сое- равления, В первом случае сигнал ограничединенного входом с выходом пропорцио- ния на выходе звена 6 выбирается нально-интегрального звена 8, а выходом с пропорциональным допустимому динамивходом интегрального звена 10, выход кото- 50 ческому току двигателя. В связи с насыщерогоподключен кпервомувходусумматора нием звена 6 сигнал обратной связи по

14, второй вход которого соединен с выхо- скорости, поступающий на второй вход сумдом пропорционально-интегрального звена матора 16 с выхода датчика скорости 11, не

8 каналом 15, а выход подключен к управля- оказывает влияния на величину сигнала на ющему входу вентильного преобразователя 55 выходе звена 6 на большем участке разгона

4, двигателя.

Электропривод содержит также сумма- После появления в начале пуска тока торы 16-18, включенные на вход первого . двигателя, на выходе датчика тока двигатепропорционального звена с ограничением ля 12 также появляется сигнал, который по6, второго пропорционального звена с огра- ступает одновременно на второй вход

1786628 (6), сумматора 17 и второй вычитающий вход сумматора 18, Ограничение звена 7 выбирается пропорциональным заданному стопорному току двйгателя. Если в режиме разгона двигателя полный ток двигателя будет меньше заданного стопорного, то второе пропорциональное звено 7 работает в пределах линейного участка, что при единичном коэффициенте передачи звена 7 (Коцегуб П.Х.

Синтез вентильных приводов постоянного тока. — Донецк: ДПИ, 1983, с.57-59) определяет сигнал на первом входе сумматора 18, равный сигналу на выходе первого пропорционального звена 6. Если-же при разгоне полный ток двигателя превысит заданный стопорный; то второе пропорциональное звено войдет в режим насйщения и разгон привода будет подчинен заданному стопорному току двигателя. Аналогичные условия будут иметь место и в режиме работы на упор или в случае превышения полного заданного максимальноготока двигателя в режиме разгона. Для пояснения работы контура тока в этом режиме необходимо ,учесть вид передаточных функций звеньев, . входящих в контур тока, причем должно быть учтено влияние внутренней обратной связи по ЭДС, поскольку в изобретении по авт.св. М 1358059 реализуется компенсация

: влияния внутренней обратной связи rio ЭДС двигателя.

Передаточнйе функции звеньев обозначаются номерами соответствующих звеньев:

1+ р Т. (2)

Ф1о(Р)=.. Т, (3), 12(Р)=КТ, (4), W4(P) =

1+рт где Ra-эквивалентное сопротивление якорной цепи. Ом;

Кл — коэффициент усиления преобразователя; ... Кт — передаточный коэффициент обратной отрицательной связи по току, Ом;

T> — электромагйитная постоянная времени якорной цепи, с;

Tp — суммарная некомпенсируемая постоянная времени, с; ат — коэффициент, учитывающий степень демпфирования контура тока;

TM — электромеханическая постоянная времени электропривода, с;

Тф — постоянная времени фильтра, с.

В результате струк.гурных преобразова5 ний участка между выходом второго пропорционального звена с ограничением 7 и выходом звена 2 получена структурная схема, показанная на фиг.3, которая затем приводится к структурной схеме фиг.4. Из

10 последней структурной схемы следует, что характер изменения тока в режиме упора определяется параметрами контура, состоящего из звеньев 8,9,13 и сумматора 18. Приэтом связь между параметрами этого конту15 ра определяется формулой ат= 46 Тф!Тц . (9) где g3 — заданное значение коэффициента демпфирования.

В частности, если ф = V2 /2 и Тф= 0,5Тц, 2 а = 4 — 0 5=1

ЛАЧХ контура тока якоря при работе на упор имеет вид — 1 — 3 — 2 с наклоном -1 на частоте среза в = 11Тр . Частота сопряжения, определяющая наклон ЛАЧХ-З, опреде ляется как са =1/Ка,т т, . (111) 30

Отношение частот аз и и). с03 1

4;" „ :

Отсюда следует, что с уменьшением постоянной времени фильтра отношение частот сопряжения са и в увеличивается, что снижает влияние второго участка ЛАЧХ на характер переходных процессов в контуре тока якоря. При этом быстродействие контура будет полностью определяться только величиной некомпенсируемой постоянной времени и при прочих равных условиях будет в два раза выше быстродействия контура тока в. типовых системах регулиро- . вания.

При снижения нагрузки привода и уменьшении сигнала обратной положительной связи по току от датчика тока 12 иа втором входе сумматора 17 рабочая точка втброго пройорционального звена с ограничением 7 выходит на линейный участок характеристики и действия положительной обратной связи по току в сумматоре 17 и отрицательной обратной связи по току в сумматоре 18 взаимно компенсируются;

Если последнее имеет место в режиме разгона, то управление переходит к первому пропорциональному звену с ограничением 6, определяющим величину динамического тока двигателя.

1786628

Таким образом, при введении в изобретение по авт, св. N 1358059 второго пропорционального звена с ограниченйем с единичным передаточным коэффициентом усиления достигается следующий положительный эффект: 1) ограничение полного тока двигателя в режимах перегрузки с сохранением быстродействия контура скорости, прйсущее одноконтурным системам регулирования скорости; 2) разделение ре.жимов ограничения тока при разгоне привода — при небольших нагрузках задается динамический ток двигателя, при больших— ограничивается полный ток. . Звено 7 может быть реализовано с помощью пропорционального регулятора с ог раничением.

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к вентильному преобразователю„в цепь управления которого включены последовательно соединенные задатчик скорости, пропорциональный регулятор скорости и пропорционально-интегральный регулятор тока, выход которого связан с управляющим входом вентильного преобразовате ля, интегратор, инерционное звено идатчик скорости, подключенный к входу пропорци5 онального регулятора скорости, второе инерционное звено, выход которого соединен с входом пропорционально -интегрального регулятора тока, а вход подключен к выходу первого инерционного звена, соеди10 ненного своим входом с выходом пропорцйонально-интегрального регулятора тока, а выходом — с входом интегратора,-выход которого подключен к управляющему входу вентильного преобразователя, о т л и ч а ю

15 шийся тем, что, с целью повышения надежности путем ограничения якорного тока в стопорных и пускотормозных режимах работы, в него введены датчик тока и последовательно соединенные сумматор и

20 пропорциональное звено с ограничением, включенные между выходом пропорционального регулятора скорости и входом пропорционально-интегрального регулятора тока, снабженного дополнительным вычита25 ющим входом, который подключен к выходу датчика тока и второму входу сумматора.

1786628

РЦ2, ф

Ъ

Составитель В,Бельков

Техред М,Моргентэл Корректор M.Têà÷

Редактор Т.Иванова

Заказ 255 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101