Способ стабилизации скорости двигателя постоянного тока

 

%, ii- r- 1

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2806l6

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 31.Ill.1969 (№ 1316503/24-7) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано ОЗ.IX,1970. Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования описания 16.XI.1970

Кл. 21с, 59/01

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

МПК Н 02р 5/06

УДК 621.316.718.5 (088.8) Авторы изобретения

P. М Трахтенберг и В. А. Ларионов

Ивановский энергетический институт имени В, И. Ленина

Заявитель

СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение применяется в электроприводе, угловая частота вращения которого синхронизирована с частотой задающего источника.

Известен способ стабилизации скорости двигателя постоянного тока, состоящий в том, что управляющую обмотку двигателя питают от m-фазной сети переменного тока через управляемый выпрямитель, каждый выпрямительный элемент которого включают в момент времени, определяемый моментом поступления импульса частотного датчика скорости с последующим естественным отключением выпрямительного элемента после окончания полупериода проводимости.

Источником задающей частоты является сеть переменного тока, от которой питается управляемый выпрямитель.

В соответствии с известным способом про.должительность включения каждого выпрямительного элемента задают моментом прихода импульса частотного датчика скорости на протяжении полупериода проводимости, и это обусловливает необходимость использования в качестве управляющей обмотки двигателя его обмотки возбуждения: при использовании обмотки якоря обратная связь по скорости становится положительной, что делает привод неработоспособным.

По предлагаемому способу обеспечивается возмо>кность расширения диапазона регулированпя и улучшения динамических показателей электропривода путем использования в качестве управляющей обмотки якорной обмотки двигателя. Это достигается тем, что в момент прихода импульса в нерабочий полупернод, предшествующий периоду проводимости, начинают интегрирование стабильного стороннего сигнала, знак которого меняют в момент начала полуперпода проводимости, а

10 сигнал на включение выпрямптельного элемента подают в момент равенства нулю сигнала на выходе интегрирующего элемента, одновременно прерывая процесс интегрирования вплоть до прихода следующего импульса в

15 нерабочий полуперпод. Обеспечивается также корректировка системы стабилизации путем введения в систему сигнала обратной связи по ускорению, для чего измеряют приращение угла сдвига между импульсом частотного дат20 чика скорости и полуволной синусоиды питающего напряжения за промежуток времени между двумя следующими один за другим импульсами, и сигнал, пропорциональный этому прпращешпо, вводят в результат интегриро25 ваш1я. Кроме того, обеспечивается корректировка системы путем изменения коэффициента усиления, что достигается изменением отношения уровней сигналов, подаваемых на вход интегрирующего элемента до и после на30 чала полупериода проводимости.

280616

На фпг. 1 приведены временные диаграммы, поясняющие процесс управления одшгм из выпрямительных элементов управляемого выпрямителя; па фиг. 2 — структурная схема одного нз вариантов устройства, реализующего изобретение в части, относящейся и одному пз выпрямительных элементов и-фазного управляемого выпрямителя.

Выход управляемого выпрямптельпого тпристора 1, в качестве которого используется, например, тиристор, подключен к обмотке якоря двигателя 2, на валу которого установлен частотный датчик 8 скорости. Выход датчика 8 соединен со входом регулируемого делителя 4 частоты, соединенного с первым входом управления ключевого элемента «И» 5, второй вход которого подключен через вентиль б к сети переменного тока, питающей выпрямительный элемент 1. К этой же сети через вентиль 7 подключен вход управления ключевого элемента 8. На входы исполнительного звена ключевого элемента «И» 5 и ключевого элемента 8 поданы соответственно сторонние стабильные сигналы КХ и — Х. Входы исполнительных звеньев этих ключевых элементов подключены ко входу интегрирующего элемента 9, выход которого через формирователь 10 соединен со входом управления тпристора 1.

Ключевой элемент «И» 5 выполнен с самоблокировкой сигнала на первом входе управления (от делителя 4) . К интегрирующему элементу может быть также подключен выход корректирующей цепи с сигналом Х,,р.

На временных диаграммах (см. фиг. 1) показаны U, — напряжение сети; 1„— последовательность импульсов частотного датчика скорости, частота импульсов обратной связи;

М вЂ” момент на валу двигателя; п — скорость двигателя; cp — фазовый угол, на протяжении которого идет интегрирование сигнала КХ; к — фазовый угол, на протяжении котсрого идет интегрирование сигнала Х.

Импульс частотного датчика 8 скорости, пришедший в нерабочий полупериод в момент времени („на первый вход управления элемента «И» 5 обеспечивает совместно с сетевым сигналом, поданным на второй вход управления элемента «И» 5, включение исполнительного звена этого элемента и подключение а вход интегрирующего элемента стороннего стабильного сигнала КХ. В момент изменения полярности сетевого напряжения через вентиль 7 будет включен ключевой элемент 8, при этом элемент «И» 5 отключается, так как исчезает сигнал на его втором входе управления. На вход интегрирующего элемента 9 подается сигнал Х. Прп К = 1 сигнал па выходе интегрирующего элемента 9 спадает до нуля в момент времени 1, отмеченный на фпг. 1.

Процесс интегрирования прерывается. В тот же момент с выхода интегрирующего элемента через формирователь 10 подается сигнал на вход управления тиристора 1, который включается и остается включенным до следу5

65 ющего нерабочего полупериода, с началом которого повторяется описанный цикл.

В установившемся режиме период следования импульсов сигнала обратной связи, используемых для управления тиристорами, для которых полуперподы проводимости сдвинуты па 180, равен длительности полуперпода

Т напряжения сети — .

Прн работе двигателя на установившейся скорости рассматриваемый способ стабилизации обеспечивает идеально жесткие механические характеристики привода.

Рассмотрим процесс стабилизации скорости при воздействии внешнего возмущения.

При отсутствии возмущения угол ср, а следовательно, и угол и, остаются неизменными, Пусть в момент времени t3 (см. фиг. 1) произошел наброс нагрузки, скорость двигателя начнет падать, частота сигналов частотного датчика скорости (f„) уменьшится; следующий импульс придет через промежуток времени на величину Л1, больший, чем в период следования импульсов в установившемся режиме. В результате фазовый сдвиг уменьшится на величину Ëñð . Угол задержки открытия тиристора уменьшится на величину Асан определяемую изменением фазового сдвига Aq:, и корректирующим сигналом Х„,р, что приведет к увеличению напряжения на выходе тиристора 1. Уменьшение фазового сдвига и увеличение напряжения на выходе преобразователя происходит до тех пор, пока двигатель 2 точно не восстановит свою первоначальную скорость, при которой период следования импульсов обратной связи равен полупериоду напряжения сети. В результате наступает установившийся режим при новом значении угла фазового сдвига мар†— Х р„.,меньшем первоначального, и, следовательно, большем напряжении на выходе тиристора 1, причем приращение напряжения полностью компенсирует рост нагрузки (ХЛср,— суммарное изменение фазового сдвига между импульсом сигнала обратной связи и началом следующего за ним полупериода напряжения сети за время переходного процесса).

Аналогично можно показать, что увеличение скорости под влиянием какого-либо воздействия (уменьшение нагрузки, увеличение напряжения сети и т. д.) ведет к росту фазового сдвига до тех пор, пока двигатель точно нс восстановит свою скорость и не наступит установившийся режим с новым, большим первоначального углом фазового сдвига и, следовательно, при меньшем напряжении на выходе преобразователя.

Импульс обратной связи, приходящий в течение рабочего для данного тирпстора (например, положительного) полупериода напряжения сети, используется описанным выше способом для управления теми тиристорами, для которых рабочим является следующий (отрицательный полупериод напряжения сети.

Если таких тпристоров в преобразователе нет, 280616

<пр»мер при однополупериодном выпрямле и, то частота следования импульсов обрат»1 связи в установившемся режиме равна стоте сети.

Изменение уставки уровня скорости осуествляется, например, путем деления сигна> датчика 8 делителем 4 частоты.

Коэффициент усиления системы можно месть изменением отношения уровней сигналов

Х и — Х. При К = 1 угол к = cp. При К ) 1

) и коэффициент усиления больше, чем первом случае, так как то же самое измене<е фазы сигнала обратной связи приводит к

>льшему изменению угла а, а следовательно, напряжения на выходе преобразователя.

В зависимости от конкретной схемной реа зации способа корректирующие сигналы огут быть введены либо на вход интегрирущего элемента, либо суммироваться с сигзлом íà его выходе.

Предлагаемый способ облегчает получение введение корректирующего сигнала по усзрению в контур регулирования без исполь>вания дополнительных датчиков и без пре>разования дискретного сигнала в аналого ю форму.

Изменение фазового сдвига относительно апряжения сети каждого последующего имульса датчика скорости по сравнению с фа>вым сдвигом предыдущего импульса (AcpÄ ) аределяется средним приращением скорости вигателя за промежуток времени между двуя последующими импульсами сигнала обатной связи. А так как среднее изменение корости за какой-либо промежуток времени ропорционально среднему ускорению за тот

;е проме>куток времени, сигнал, пропорциоальный Л,, может быть введен в систему егулирования в качестве корректирующего игнала по ускорению двигателя.

Сигнал, пропорциональный Лср„, может быть олучен, например, с помощью вспомогателього интегрирующего элемента, аналогичного нтегрирующему элементу, используемому в сновном контуре регулирования, Предмег изобретения

1. Способ стабилизации скорости двигателя постоянного тока, состоящий в том, что управ5 ляющую обмотку двигателя питают от m-фазной .сети переменного тока через полупроводниковый управляемый выпрямитель, каждый выпрямительный элемент которого включают в момент времени, определяемый моментом

10 поступления пм пульса частотного датчика скорости с последующим естественным отключением выпрямптельного элемента после окончания полуперпода проводимости, отличаюи1ийся тем, что, с целью расширения диапа15 зона регулирования и улучшения динамических показателей электропривода путем использования в качестве управляющей обмотки якорной обмотки двигателя, в момент прихода импульса в нерабочий полупериод, пред20 шествующий полупериоду проводимости, начинают интегрирование стабильного стороннего сигнала, знак которого меняют в момент начала полупериода проводимости, а сигнал на включение выпрямительного элемента по25 дают в момент равенства нулю сигнала на выходе интегрирующего элемента, одновременно прерывая процесс интегрирования вплоть до прихода следующего импульса в нерабочий полупериод.

30 2. Способ по п. 1, отлича ощийся тем, что для корректировки системы стабилизации путем введения в систему сигнала обратной связи по ускореншо измеряют приращение угла сдвига между импульсом частотного дат35 чика скорости и полуволной синусоиды питающего напряжения за промежуток времени между двумя следующими один за другим импульсами, и сигнал, пропорциональный этому приращению, вводят в результат интегриро40 вания.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для корректировки системы стабилизации путем изменения коэффициента усиления системы изменяют отношение уровней сигналов, 45 подаваемых на вход интегрирующего элемента до и после начала полупериода проводимости.

280616 ва з

Фм! иг 2

Составитель P. В. Давыдов

Редактор В. В. Фельдман Текред А. А. Камышникова Корректор О. С. Зайнева

Заказ 3336,! Тира>к 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по дедам изобретений и открытий прн Совете Министров СССР

Москва, )К-35, Раугиская наб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2