Автоматизированный электропривод постоянного тока

 

Использование: в электротехнике, в частности в автоматизированном электроприводе. Сущность: автоматизированный электропривод постоянного тока содержит два контура регулирования: главный по скорости и подчиненный, который в зависимости от режима работы электропривода осуществляет регулирование по току или по мощности. Введение блока выделения максимального по модулю значения, подключенного ко входу регулятора тока позволяет обеспечить безударный переход с одного режима на другой, высокое качество регулирования и улучшенные энергетические характеристики. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизированному электроприводу.

Известны автоматизированные электроприводы постоянного тока, содержащие задатчик и датчик скорости, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам регулятора скорости, датчики напряжения и тока якорной обмотки двигателя, регулятор тока, один вход которого подключен к выходу регулятора скорости, второй вход соединен с выходом датчика тока, а выход через усилитель мощности соединен с якорной обмоткой двигателя (а.с. СССР N 653708, МКИ Н 02 Р 5/06, опубл. 25.03.76, БИ N 11; а.с. СССР N 1108592, МКИ Н 02 Р 5/06, опубл. 15.08.84, БИ N 30).

Известные технические решения относятся к классу автоматизированных электроприводов постоянного тока с подчиненным регулированием координат, в частности к системам регулирования скорости с подчиненным контуром регулирования тока. В таких устройствах при простой технической реализации достигается высокое качество регулирования и ограничение тока в переходных режимах. Однако потери энергии в таких автоматизированных электроприводах не контролируются, и поэтому в переходных процессах могут достигать больших значений, существенно превышающих минимально возможные. Следовательно, недостаток таких технических решений низкие энергетические характеристики автоматизированных электроприводов, обусловленные большими потерями в якорной обмотке.

Из известных технических решений наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому является автоматизированный электропривод постоянного тока, содержащий задатчик и датчик скорости, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам регулятора скорости, регулятор тока, выход которого через усилитель мощности подключен к якорной обмотке двигателя, последовательно с которой включен датчик тока, а параллельно включен датчик напряжения, выход которого через блок выделения модуля подключен к первому входу блока перемножения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход подключен к второму входу регулятора мощности, первый вход которого соединен с выходом регулятора скорости, а выход соединен с первым входом регулятора тока, второй вход которого подключен к выходу датчика тока (а.с. СССР N 1695479, МКИ H 02 P 5/06, опубл. 1991, БИ N 44).

Известный электропривод содержит три контура регулирования: главный, образованный регулятором скорости и датчиком скорости, и два подчиненных: тока и мощности. Первый подчиненный контур тока включает регулятор тока и датчик тока. Второй подчиненный контур мощности содержит регулятор мощности и датчик мощности, состоящий из датчика тока, датчика напряжения и блока перемножения.

В любом режиме работы электропривода сигнал, пропорциональный мгновенной мощности, поступает на вычитающий вход регулятора мощности. В результате этого всегда минимизируется мощность, потребляемая двигателем, и, следовательно, повышаются энергетические характеристики электропривода.

Наибольший эффект отрицательная обратная связь по мощности имеет в динамических режимах, главным образом, при изменениях задающего воздействия. Однако в установившихся режимах наличие нелинейной обратной связи по мощности приводит к тому, что коэффициент передачи системы не остается постоянным, а изменяется пропорционально току. Установившийся ток, в свою очередь, определяется механической нагрузкой на валу двигателя (см. например, Ключев В. И. Теория электропривода. Энергоатомиздат, 1985, с. 107-119). При малой механической нагрузке и постоянном задающем воздействии статический ток имеет малой значение, следовательно, коэффициент передачи обратной связи по мощности малый, а коэффициент передачи системы электропривода большой. При увеличении нагрузки статический ток увеличивается, увеличивается сигнал обратной связи по мощности, что приводит к уменьшению коэффициента передачи системы электропривода. Так как коэффициент передачи системы определяет ее точность и быстродействие, то, следовательно, недостаток известного электропривода постоянного тока низкое качество регулирования вследствие изменения в широком диапазоне нагрузок и управляющих воздействий.

Таким образом, недостаток известного автоматизированного электропривода постоянного тока низкое качество регулирования в широком диапазоне нагрузок и управляющих воздействий.

Цель предлагаемого изобретения повышение качества регулирования в широком диапазоне изменения нагрузок и управляющих воздействий.

Поставленная цель достигается тем, что в известный автоматизированный электропривод постоянного тока, содержащий задатчик и датчик скорости, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам регулятора скорости, выходом подключенного к суммирующему входу регулятора тока, выход которого через усилитель мощности подключен к якорной обмотке двигателя, последовательно с которой включен датчик тока, а параллельно включен датчик напряжения, выход которого через блок выделения модуля подключен к первому входу блока перемножения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, дополнительно введен блок выделения максимального по модулю значения, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно блока перемножения и датчика тока, а выход подключен к вычитающему входу регулятора тока.

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением заявляемое техническое решение имеет дополнительно: блок выделения максимального по модулю значения.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

При реализации изобретения повышается качество регулирования при изменениях нагрузок и управляющих воздействий в широком диапазоне за счет минимизации переходных процессов, вызываемых переключением сигнала обратной связи. При этом обеспечиваются высокие энергетические характеристики электропривода и его устойчивость в любых режимах работы.

Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует требованию "положительный эффект".

По отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники и автоматизированного электропривода. Блоки выделения максимального по модулю значения не обнаружены.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема автоматизированного электропривода постоянного тока. Устройство содержит: задатчик скорости 1, регулятор скорости 2, регулятор тока 3, блок выделения максимального по модулю значения 4, блок выделения модуля 5, блок перемножения 6, усилитель мощности 7, датчик напряжения 8, двигатель постоянного тока 9, датчик тока 10, датчик скорости 11.

В автоматизированном электроприводе постоянного тока выходы задатчика 1 и датчика 11 скорости подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам регулятора скорости 2, выход которого подключен к суммирующему входу регулятора тока 3, вычитающий вход которого соединен с выходом блока выделения максимального по модулю значения 4, а выход через усилитель мощности подключен к якорной обмотке двигателя постоянного тока 9, последовательно с которой включен датчик тока 10, а параллельно датчик напряжения 8, выход которого через блок выделения модуля 5 подключен к первому входу блока перемножения 6, второй вход которого соединен с выходом датчика тока 10, а выход подключен к первому входу блока выделения максимального по модулю значения 4, второй вход которого соединен с выходом датчика тока 10.

Автоматизированный электропривод постоянного тока работает следующим образом. Якорная обмотка двигателя 9 подключена к выходу усилителя мощности 7. Регулирование скорости Ω двигателя 9 осуществляется изменением напряжения на якорной обмотке. Скорость двигателя 9 измеряется с помощью датчика скорости 11, например тахогенератора. Ток двигателя 9 измеряется с помощью датчика тока 10, например шунта. Измерение напряжения на якорной обмотке двигателя 9 производится с помощью датчика напряжения 8. Выходной сигнал датчика напряжения 8 поступает на вход блока 5 выделения модуля, который формирует напряжение U₅=/U₈/. Блок перемножения 6 вычисляет произведение выходных сигналов датчика 10 тока и блока 5 выделения модуля, т.е. мгновенную мощность U₆= i/U₈/. Выделение модуля напряжения при измерении мгновенной мощности необходимо для сохранения знака обратной (отрицательно) связи по мощности в реверсивном электроприводе.

Сигнал U₆ с выхода блока перемножения поступает на первый вход блока выделения максимального по модулю значения 4, на втором входе которого действует сигнал U₁₀ с выхода датчика тока 10. Блок выделения максимального по модулю значения 5 определяет максимальный из двух сигналов: /U₆/ или /U₁₀/, который далее поступает на вычитающий вход регулятора тока 3.

На суммирующий вход регулятора скорости 2 подается сигнал U₁, пропорциональный требуемому значению регулируемой скорости. На второй вход элемента сравнения поступает сигнал U₁₁ с выхода датчика 11 скорости, пропорциональный скорости W вращения якоря двигателя 9. В регуляторе скорости 2 производится вычисление ошибки регулирования e = u₁-u₁₁ и преобразование ее в соответствии с типовым законом регулирования, например П-, ПД- или ПИД-.

Выходной сигнал U₂ регулятора скорости 2 поступает на первый вход регулятора тока 3, на втором входе которого действует напряжение U₄ с выхода блока выделения максимального по модулю значения 4. Регулятор 3 преобразует алгебраическую разность сигналов U₂-U₄ в соответствии с выбранным законом регулирования (П-, ПИ- или ПИД-) в сигнал управления двигателем, который через усилитель мощности 7 подается на якорную обмотку двигателя 9.

Таким образом, предлагаемый электропривод постоянного тока содержит два контура: главный, образованный регулятором 2 скорости и датчиком 11 скорости, и внутренний подчиненный, который в зависимости от режима работы электропривода выполняет подчиненное регулирование тока или мощности.

В любом режиме работы электропривода в подчиненном контуре регулирования всегда включается обратная связь по параметру, имеющему наибольшее по модулю значение: току или мощности, т.е. всегда действует более сильная обратная связь из двух возможных вариантов. При малых нагрузках и медленных изменениях управляющего воздействия, как правило, включается обратная связь по току. Благодаря этому обеспечивается хорошее качество регулирования за счет действия классической линейной отрицательной обратной связи по току. При увеличении нагрузки или быстрых изменениях управляющего воздействия увеличивается электрическая мощность, потребляемая приводом. В результате этого в электроприводе включается обратная связь по мощности, обеспечивающая минимизацию потерь энергии.

При этом переключение параметра обратной связи происходит при равенстве двух переключаемых сигналов, благодаря чему практически отсутствует переходный процесс. Следовательно, обеспечивается высокое качество регулирования.

Таким образом, в предлагаемом автоматизированном электроприводе постоянного тока, по сравнению с известным, обеспечивается повышение качества регулирования в широком диапазоне изменения нагрузок и управляющих воздействий.

Использование предлагаемого технического решения в автоматизированном электроприводе позволит повысить технические характеристики электрооборудования и уменьшить потери энергии.

Формула изобретения

Автоматизированный электропривод постоянного тока, содержащий задатчик и датчик скорости, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам регулятора скорости, выходом подключенного к суммирующему входу регулятора тока, выход которого через усилитель мощности подключен к якорной обмотке двигателя, последовательно с которой включен датчик тока, а параллельно датчик напряжения, выход которого через блок выделения модуля подключен к первому входу блока перемножения, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, отличающийся тем, что в него дополнительно введен блок выделения максимального по модулю значения, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно блока перемножения и датчика тока, а выход подключен к вычитающему входу регулятора тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1