Устройство для регулирования токов якоря и возбуждения тягового электродвигателя

 

Использование: электрический транспорт, электроподвижные составы с автоматически регулируемым независимым возбуждением тяговых электродвигателей постоянного тока. Сущность изобретения: введением в устройство инерционного фильтра, блока сравнения и несимметричного согласующего усилителя, а также изменением места подключения масштабирующего усилителя достигается повышение надежности, точности и качества регулирования. Эквивалентная обратная связь в устройстве является отрицательной, хотя обратная связь по току возбуждения положительна. Это позволяет поддерживать требуемое соотношение между токами якоря и возбуждения путем регулирования разности между ними, а не просто тока якоря в функции тока возбуждения или тока возбуждения в функции тока якоря как в известных технических решениях. 1 ил.

Изобретение относится к электрическому транспорту, а именно к электроподвижному составу с автоматически регулируемым независимым возбуждением тяговых двигателей постоянного тока и может быть использовано для автоматического регулирования силы рекуперативно-реостатного торможения в области ограничения ее по коммутации тяговых электродвигателей.

Известно устройство для регулирования токов якоря и возбуждения тягового электродвигателя (авт. св. СССР N 192240, кл. B 60 L 15/20, 1967), содержащее узел выделения максимального сигнала, подключенный входами к выходам первого и второго блоков сравнения и выходом через усилитель ко входу управляемого источника питания обмотки возбуждения, при этом первый блок сравнения подключен входами к задатчику и датчику тока якоря и второй блок сравнения подключен одним входом к датчику тока возбуждения, а другим входом через статический функциональный преобразователь к датчику тока якоря.

Данное устройство предназначено для автоматического регулирования силы тяги в области ограничения ее по условиям коммутации тяговых электродвигателей путем регулирования тока возбуждения в функции тока якоря. Однако в случае применения этого устройства для автоматического регулирования силы рекуперативно-реостатного торможения тоже в области ограничения ее по коммутации оно не может гарантировать необходимую надежность, приемлемую точность и достаточно высокое качество регулирования. Это объясняется тем, что в режиме рекуперативно-реостатного торможения производные токов якоря и возбуждения имеют одну и ту же полярность. Поэтому цепь формирования сигнала задания тока возбуждения в рассматриваемом устройстве будет представлять собой по сути положительную обратную связь по току якоря.

Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является устройство для регулирования токов якоря и возбуждения тягового электродвигателя (Волохов А.Б. Система управления тяговым электроприводом электровоза постоянного тока со статическим преобразователем для питания обмоток возбуждения тяговых машин. Научные труды МЭИ, 1985, N 63, с.96 - 102, рис.1), содержащее последовательно соединенные сумматор, регулятор тока якоря и управляемый источник питания обмотки возбуждения, датчик тока якоря, выход которого соединен с первым входом сумматора, и узел выделения минимального сигнала, который подключен первым входом к выходу задатчика тока якоря, вторым входом через масштабирующий усилитель к выходу датчика тока возбуждения и выходом ко второму входу сумматора.

Данное устройство предназначено для автоматического регулирования силы рекуперативно-реостатного торможения в области ограничения ее по коммутации тяговых электродвигателей путем регулирования тока якоря в функции тока возбуждения. Однако и это устройство может гарантировать необходимую надежность, приемлемую точность и достаточно высокое качество регулирования, так как цепь преобразования сигнала датчика тока возбуждения в сигнал ограничения заданного значения тока якоря является тоже положительной обратной связью, правда, по току возбуждения.

Цель изобретения повышение надежности, точности и качества регулирования.

Цель достигается тем, что устройство для регулирования токов якоря и возбуждения тягового электродвигателя, содержащее последовательно соединенные сумматор, регулятор тока якоря и управляемый источник питания обмотки возбуждения, датчик тока якоря, выход которого соединен с первым входом сумматора, задатчик тока якоря, масштабирующий усилитель и датчик тока возбуждения, снабжено инерционным фильтром, несимметричным согласующим усилителем и блоком сравнения, при этом первый и второй входы блока сравнения соответственно через инерционный фильтр и масштабирующий усилитель соединены с выходами соответственно датчика тока возбуждения и задатчика тока якоря, а выход через несимметричный согласующий усилитель подключен к второму входу сумматора, третий вход которого соединен с выходом задатчика тока якоря.

Инерционный фильтр включен в устройство для обеспечения равенства фаз сигналов, поступающих на первый и второй входы сумматора.

Блок сравнения введен в устройство для выделения сигнала, пропорционального отклонению токов якоря и возбуждения от их требуемого соотношения. Это требуемое соотношение между токами усиливается коэффициентом усиления масштабирующего усилителя.

Несимметричный согласующий усилитель предназначен, во-первых, для выделения и усиления входного сигнала только одной отрицательной полярности. Во-вторых, для согласования коэффициента усиления цепи формирования сигнала коррекции, поступающего на второй вход сумматора, с коэффициентом передачи цепи исходного сигнала задания тока якоря, поступающего на третий вход сумматора.

Введение в устройство перечисленных дополнительных блоков позволило использовать в нем выходной сигнал датчика тока возбуждения в качестве опорного сигнала для формирования сигнала коррекции исходного сигнала задания тока якоря, в то время как в известных устройствах выходной сигнал датчика тока возбуждения используется в качестве сигнала дополнительной положительной обратной связи. За счет этого в предложенном устройстве достигается повышение надежности, точности и качества регулирования.

На чертеже представлена функциональная блок-схема устройства для регулирования токов якоря и возбуждения тягового электродвигателя.

Устройство для регулирования токов якоря и возбуждения тягового электродвигателя содержит последовательно соединенные сумматор 1, регулятор 2 тока якоря и управляемый источник 3 питания обмотки возбуждения тягового электродвигателя 4, датчика 5 тока якоря, выход которого соединен с первым входом сумматора 1, задатчик 6 тока якоря, масштабирующий усилитель 7, датчик 8 тока возбуждения, инерционный фильтр 9, несимметричный согласующий усилитель 10 и блок 11 сравнения, причем первый и второй входы блока 11 сравнения соответственно через инерционный фильтр 9 и масштабирующий усилитель 7 соединены с выходами соответственно датчика 8 тока возбуждения и задатчика 6 тока якоря, а выход через несимметричный согласующий усилитель 10 подключен к второму входу сумматора 1, третий вход которого соединен с выходом задатчика 6 тока якоря.

Устройство для регулирования токов якоря и возбуждения тягового электродвигателя работает следующим образом.

Если исходное состояние устройства соответствует режиму стабилизации тока якоря на заданном с помощью задатчика 6 тока якоря значении, то выходные сигналы несимметричного согласующего усилителя 10 и сумматора 1 равны нулю.

При увеличении сигнала задания тока якоря на выходе сумматора 1 появляется положительный сигнал рассогласования, так как выходной сигнал задатчика 6 тока якоря, поступающий на третий вход сумматора 1, становится больше сигнала, поступающего на его первый инвертирующий вход с выхода датчика 5 тока якоря. С выхода сумматора 1 сигнал рассогласования поступает на вход регулятора 2 тока якоря, который является астатическим и формирует управляющее воздействие. Выходной сигнал регулятора 2 тока якоря поступает на вход управляемого источника 3 питания, который изменяет напряжение питания обмотки возбуждения тягового электродвигателя 4 таким образом, что ток якоря и соответственно выходной сигнал датчика 5 тока якоря будут отслеживать изменение выходного сигнала задатчика 6 тока якоря.

Но как только выходной сигнал задатчика 6 тока якоря, поступающий через масштабирующий усилитель 7 на второй вход блока 11 сравнения станет больше по абсолютной величине, чем сигнал, поступающий на его первый вход через инерционный фильтр 9 с выхода датчика 8 тока возбуждения, то на выходе блока 11 сравнения появляется отрицательный сигнал рассогласования. Этот сигнал рассогласования через несимметричный согласующий усилитель 10, в котором усиливается, поступает на второй вход сумматора 1 и компенсирует в нем положительный сигнал рассогласования между сигналами, поступающими на его первый и третий входы с выходов соответственно датчика 5 и задатчика 6 тока якоря. В результате выходной сигнал сумматора 1 становится равным нулю и рост тока якоря прекращается.

При снижении сигнала задания тока якоря настолько, что выходной сигнал блока 11 сравнения становится положительным, несимметричный согласующий усилитель 10 отсекает этот сигнал и устройство переходит к стабилизации тока якоря на заданном с помощью задатчика 6 тока якоря значении.

Заметим, что представленное описание предложенного технического решения ориентировано на аппаратную реализацию устройства. Но сущность его не изменится, если устройство реализовать программно на микропроцессорной базе.

Кроме того, сущность предложенного технического решения не изменится и тогда, когда устройство будет содержать внутренний контур регулирования тока возбуждения с подчиненным регулятору тока якоря регулятором тока возбуждения. Или когда блок сравнения подключить вторым входом непосредственно к выходу задатчика тока якоря, а первым входом через последовательно соединенные масштабирующий усилитель и инерционный фильтр к выходу датчика тока возбуждения.

Таким образом, введением в устройство инерционного фильтра, блока сравнения и несимметричного согласующего усилителя достигается повышение надежности, точности и качества регулирования.

Формула изобретения

Устройство для регулирования токов якоря и возбуждения тягового электродвигателя, содержащее последовательно соединенные сумматор, регулятор тока якоря и управляемый источник питания обмотки возбуждения, датчик тока якоря, выход которого соединен с первым входом сумматора, задатчик тока якоря, масштабирующий усилитель и датчик тока возбуждения, отличающееся тем, что оно снабжено инерционным фильтром, несимметричным согласующим усилителем и блоком сравнения, при этом первый и второй входы блока сравнения соответственно через инерционный фильтр и масштабирующий усилитель соединены с выходами соответственно датчика тока возбуждения и задатчика тока якоря, а выход через несимметричный согласующий усилитель подключен к второму входу сумматора, третий вход которого соединен с выходом задатчика тока якоря.

РИСУНКИ

Рисунок 1