Электропривод постоянного тока

 

Использование: для управления электроприводами постоянного тока, которые связаны с механизмом с переменным моментом инерции при помощи валопровода, имеющего переменную жесткость и кинематические погрешности, в которых используется параметрическое регулирование частоты вращения ослаблением поля, у которых основным каналом управления является канал управления напряжением якоря электродвигателя. Сущность изобретения: электропривод постоянного тока дополнительно содержит датчик частоты вращения механизма, интегрирующий блок, три дифференцирующих блока и три пропорционально-дифференцирующих блока, второй регулятор частоты вращения и регулятор упругого момента. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в повышении качества регулирования частоты вращения механизма. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам постоянного тока, которые связаны с механизмом с переменным моментом инерции при помощи валопровода, имеющего переменную жесткость и кинематические погрешности, в которых используется параметрическое регулирование частоты вращения ослаблением поля (одна, две и более ступеней ослабления поля) электродвигателя, а основным каналом управления является канал управления напряжением на якоре электродвигателя, и может быть использовано в электроприводах подачи и главного движения металлообрабатывающих станков, экскаваторов и кранов, лифтов и других механизмов, где присутствие связи электродвигателя с механизмом при помощи валопровода с переменной жесткостью и кинематическими погрешностями передач и переменным моментом инерции механизма приводит к снижению точности движения электропривода по заданному закону, повышению динамических нагрузок в механизме, а вследствие ослабления поля электродвигателя увеличивается электромеханическая постоянная времени электропривода, соотношение постоянных времени изменяется в сторону снижения показателя колебательности переходных процессов, как следствие указанных выше процессов снижается производительность механизма.

Наиболее близким к изобретению является электропривод постоянного тока (авт. св. СССР N 1769336), содержащий электродвигатель постоянного тока, подключенный к тиристорному силовому блоку и связанный с механизмом, последовательно соединенные задатчик частоты вращения (ЧВ), регулятор ЧВ, регулятор тока и систему формирования импульсов, выход которой подключен к входу тиристорного силового блока, датчик напряжения, датчик тока, датчик ЧВ, выходы которых посредством жестких и гибких обратных связей подключены к входам регулятора ЧВ, регулятора тока.

При эксплуатации прототипа обнаружены следующие недостатки: влияние на статические и динамические характеристики электропривода упругой связи между электродвигателем и механизмом; влияние вариаций жесткости валопровода на статические и динамические характеристики электропривода; влияние кинематических погрешностей передач на качество процесса регулирования частоты вращения механизма.

Задача изобретения ограничение чувствительности электропривода к упругости валопровода, вариациям его жесткости и кинематическим погрешностям передач.

Технический результат от использования изобретения повышение качества регулирования частоты вращения механизма.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство вводятся датчик частоты вращения механизма (ЧВМ), выход которого подключен к второму входу интегрирующего (И) блока, входу четвертого дифференцирующего (Д) блока, пятого пропорционально-дифференцирующего блока (ПД), шестого Д блока, И блок, первый вход которого подключен к выходу датчика частоты вращения электродвигателя (ЧВЭ), второй вход к выходу датчика ЧВМ, а выход к входам четвертого ПД блока, пятого Д блока, четвертый Д блок, вход которого подключен к выходу датчика ЧВМ, а выход к второму входу регулятора упругого момента (УМ), пятый ПД блок, вход которого подключен к выходу датчика ЧВМ, а выход к третьему входу второго регулятора ЧВ, шестой Д блок, вход которого подключен к выходу датчика ЧВМ, а выход к второму к второму входу пятого Д блока, пятый Д блок, первый и второй выходы которого подключены, соответственно, к выходам И блока и шестого Д блока, а выход к второму входу второго регулятора ЧВ, четвертый ПД блок, вход которого подключен к выходу И блока, а выход к третьему входу регулятора УМ, второй регулятор ЧВ, на первый вход которого поступает сигнал с задатчика ЧВ. на второй и третий сигналы гибких и жестких обратных связей (ОС) по ЧВМ, а выход его подключен к первому входу регулятора УМ, регулятор УМ, на первый вход которого поступает сигнал с второго регулятора ЧВ, на второй и третий сигналы гибких и жестких ОС по упругому моменту, а выход подсоединен к первому регулятору ЧВ.

Таким образом, мы получили передаточные функции контура ЧВМ по управляющему и возмущающему воздействиям: ; , где U_зс задающее напряжение контура скорости механизма; ω₂ угловая скорость механизма; М_c момент сопротивления; K_ос2 коэффициент обратной связи по скорости механизма;
T_μ постоянная времени тиристорного преобразователя;
р оператор Лапласа.

Следовательно, ограничена чувствительность электропривода к кинематическим погрешностям передач, компенсировано влияние вариаций жесткости валопровода.

На чертеже представлена структурная схема электропривода постоянного тока с ограниченной чувствительностью к вариациям параметров.

Электропривод постоянного тока с ограниченной чувствительностью вариациям параметров содержит электродвигатель постоянного тока, механизм с переменным моментом инерции упруго связанные через валопровод с переменной жесткостью и кинематическими погрешностями передач 1, вход которого подключен к выходу тиристорного силового блока 2, последовательно соединенные задатчик 3 ЧВ, второй регулятор 4 ЧВ, регулятор 5 УМ, первый регулятор 6 ЧВ, регулятор 7 тока, систему 8 формирования импульсов, выход которой подключен к входу тиристорного силового блока 2, датчик 9 напряжения, датчик 10 тока, датчик 11 ЧВЭ, датчик 12 ЧВМ, выходы которых посредством гибких и жестких ОС подключены к входам второго регулятора 4 ЧВ, регулятора 5 УМ, первого регулятора 6 ЧВ, регулятора 7 тока, первый Д блок 13, включенный между выходом датчика 9 напряжения и третьим входом регулятора 7 тока, третий ПД блок 14, вход которого подключен к выходу датчика 10 тока, а выход через второй вход первого Д блока 13 к третьему входу регулятора 7 тока, первый ПД блок 15, вход которого подключен к выходу датчика 10 тока, а выход к второму входу регулятора 7 тока, пропорциональный (П) блок 16, вход которого подключен к выходу датчика 10 тока, а выход через первый вход второго Д блока 17 к третьему входу первого регулятора 6 ЧВ, третий Д блок 18, вход которого подключен к выходу датчика 11 ЧВЭ, а выход через второй вход второго Д блока 17 к третьему входу первого регулятора 6 ЧВ, второй ПД блок 19, вход которого подключен к выходу датчика 11 ЧВЭ, а выход к второму входу первого регулятора 6 ЧВ, И блок 20, входы которого подключены к выходам датчика 11 ЧВЭ и датчика 12 ЧВМ, а выход через четвертый ПД блок 21 и пятый Д блок 22 подключены, соответственно, к третьему входу регулятора 5 УМ и второму входу второго регулятора 4 ЧВ, четвертый ПД блок 23, вход которого подключен к выходу датчика 12 ЧВМ, а выход к второму входу регулятора 5 УМ, пятый ПД блок 24, вход которого подключен к выходу датчика 12 ЧВМ, а выход к третьему входу второго регулятора 4 ЧВ, шестой Д блок 25, вход которого подключен к выходу датчика 12 ЧВМ, а выход через пятый Д блок 22 к второму входу второго регулятора 4 ЧВ.

Электропривод постоянного тока с ограниченной чувствительностью к вариациям параметров работает следующим образом.

Сигнал с задатчика 3 ЧВ поступает на первый вход второго регулятора 4 ЧВ, на другие входы которого поступают сигналы отрицательных жесткой и гибкой ОС по ЧВМ, а также положительных гибких ОС по ЧВМ и разности между ЧВЭ и ЧВМ. Регулятор 4 ЧВ выполнен в виде ПИД блока и совместно с блоками указанных ОС формирует зависимость ЧВМ от времени w₂(t). Сигнал с выхода второго регулятора 4 ЧВ поступает на первый вход регулятора 5 УМ, на остальные входы которого поступают сигналы отрицательных жесткой и гибкой ОС по разности ЧВМ и ЧВЭ и положительной гибкой ОС по ЧВМ. Регулятор 5 УМ выполнен в виде ПИД блока и совместно с блоками указанных ОС формирует зависимость упругого момента от времени М_у(t). Сигнал с выхода регулятора 5 УМ поступает на первый вход первого регулятора 6 ЧВ, на другие входы которого поступают сигналы положительных гибких ОС по ЧВЭ и току якоря и отрицательных гибкой и жесткой ОС по ЧВЭ. Регулятор 6 ЧВ выполнен в виде ПИД блока и совместно с блоками указанных ОС формирует зависимость ЧВЭ от времени ω₁(t). Сигнал с выхода первого регулятора 6 ЧВ поступает на первый вход регулятора 7 тока, на другие входы которого поступают сигналы положительной гибкой ОС по напряжению и току якорной цепи и отрицательной жесткой и гибкой ОС по току якорной цепи. Регулятор 7 тока выполнен в виде пропорционально-интегрального блока и совместно с блоками указанных ОС формирует зависимость тока якорной цепи от времени i(t). Сигнал с выхода регулятора 7 тока поступает на вход системы 8 формирования импульсов, которая подает импульсы на открытие тиристоров тиристорного блока, а, следовательно, и напряжение на якорной обмотке электродвигателя определяется величиной сигнала на выходе регулятора 7 тока.

Следовательно, положением задатчика ЧВ и настройкой регуляторов второго и первого ЧВ, УМ и тока, а также блоков корректирующих ОС определяются зависимости ЧВЭ, ЧВМ, УМ и тока якорной цепи от времени.

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока, подключенный к тиристорному силовому блоку и соединенный с механизмом, момент инерции которого переменный, валопроводом с переменной жесткостью, задатчик частоты вращения и последовательно соединенные регулятор частоты вращения, регулятор тока и систему формирования импульсов, выход которой подключен к входу тиристорного силового блока, датчик тока, датчик напряжения, датчик частоты вращения электродвигателя, первый дифференцирующий блок, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а выход с третьим входом регулятора тока, третий пропорционально-дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход с вторым входом первого дифференцирующего блока, первый пропорционально-дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход с вторым входом регулятора тока, пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом датчика тока, третий дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, второй пропорционально-дифференцирующий блок, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, а выход с вторым входом регулятора частоты вращения, второй дифференцирующий блок, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно пропорционального и третьего дифференцирующего блоков, а выход с третьим входом регулятора частоты вращения, отличающийся тем, что в него введены второй регулятор частоты вращения, регулятор упругого момента, датчик частоты вращения механизма, интегральный блок, четвертый пропорционально-дифференцирующий блок, четвертый дифференцирующий блок, пятый пропорционально-дифференцирующий блок, пятый и шестой дифференцирующие блоки, причем первый вход второго регулятора частоты вращения соединен с выходом задатчика частоты вращения, а выход его с первым входом регулятора упругого момента, выход которого соединен с первым входом первого регулятора частоты вращения, первый и второй входы интегрального блока соединены соответственно с выходами датчиков частоты вращения электродвигателя и механизма, а выход с первым входом пятого дифференцирующего блока и входом четвертого пропорционально-дифференцирующего блока, выход которого соединен с третьим входом регулятора упругого момента, вход четвертого дифференцирующего блока соединен с выходом датчика частоты вращения механизма, а выход с вторым входом регулятора упругого момента, вход пятого пропорционально-дифференцирующего блока соединен с выходом датчика частоты вращения механизма, а выход с третьим входом второго регулятора частоты вращения, вход шестого дифференцирующего блока соединен с выходом датчика частоты вращения механизма, а выход с вторым входом пятого дифференцирующего блока, выход которого соединен с вторым входом второго регулятора частоты вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1