Устройство для регулирования скорости электродвигателя

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ: СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик (п>964936 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву(Sl)M. Кл.

Н 02 Р 5/06 (22) Заявлено 03. 11 ° 80 (21) 2999671/24-07 с присоединением заявки М

Ъеулдретеееай кеиктет

CCCP ае,евлен езебретени0 и еткрыти1 (23) Приоритет

Опубликовано 07. 10. 82 ° Бюллетень М 37 (53) УД1(621. 316. .718.Я 088.8) Дата опубликования описания 07. 10 . 82

С. Н. Радимов, К. Х. Фельше, А. С. Процеров, В. А. Пронин и А. А, Бабах (72) Авторы изобретения

Одесский ордена Трудового Красного Знаме политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротех-. нике, а именно к технике автоматического управления и регулирования тиристорного электропривода, в том числе с применением управляющих вычислительных машин.

Известны устройства для регулирования скорости электродвигателя постоянного тока, получающие питание от тиристорного преобразователя, содержащие цифровой вычислительный блок, включенный во внешний контур устройства, дискретный датчик скорости и блок задания (11.

Однако в этих устройствах регулятор тока является аналоговым и поэтому управление током с предельным быстродействием не может быть реализовано.

Наиболее близким по технической 2о сущности к предлагаемому является устройство для регулирования скорости электродвигателя, содержащее преобразователь, к выходу которого подклю2 чена якорная обмотка электродвигателя цифровой вычислительный блок, к входам которого подключены датчики скорости и тока якоря электродвигателя, блок задания и блок синхронизации, выход через блок управления подключен к преобразователю. В цифровом вычислительном блоке устройства по сигналам задания и обратной связи по скорости .определяется заданная величина среднего тока якоря, которая сопоставляется с измеренной датчиком величиной среднего тока за интервал проводимости тиристора и по их разности находится угол управления тиристора, включение в работу которого происходит через интервал проводимости 121.

Недостатками. этого устройства является то, что измерение среднего тока дискретным датчиком Среднего тока, осуществляющим интегрирование мгновенных значений тока в течение интервала проводимости тиристора, 36 4 .ответственно с выходами уэла деления, второго коммутатора и узла формирования задания среднего тока, первый выход второго узла сравнения связан с узлом сложения, а второй соединен с входом третьего коммутатора, второй узел вычитания одним входом подключен к выходу третьего коммутатора, а другим связан с узлом формирования заданного среднего тока первый вход которого подключен к узлу измерения мгновенной скорости, а второй - к блоку задания, другие входы третьего коммутатора соединены соответственно с выходами второго коммутатора и узла деления, первый и второй узлы умножения связаны с выходом второго узла вычитания и с узлом памяти постоянных величин, выход первого узла умножения соединен с входом четвертого коммутатора, выход второго узла умножения связан с входом пятого коммутатора, выходы четвертого и пятого коммутаторов подключены соответственно к входам узла. сложения, выход узла сложения соединен с входом узла оперативной памяти, первый выход узла оперативной памяти подключен к одному из входов узла сложения, а второй выход соединен с первым входом шестого коммутатора, второй вход связан с блоком синхронизации, шестой коммутатор подключен к блоку управления, -первый вход узла выработки управляющих импульсов связан с датчиком максимального тока, а второй вход подключен к первому узлу сравнения, управляю.щие выходы узла выработки управляющих импульсов связаны с соответствующими входами первого, второго, третье го, четвертого и пятого коммутаторов.

Дискретный датчик максимального тока служит для замера максимальной величикь тока на интервале проводимости тиристора. Датчик подключен к цифровому вычислительному блоку, в котором по замеренному датчиком максимальному току определяется с опережением прогноэируемая величина среднего тока за этот же интервал которая будет достигнута к концу интервала проводимости квазиустановившегося режима, в котором угол управления для последующего тиристора такой же, как у предыдущего.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие его работу.

3 9649 заканчивается лишь в момент прекращения протекания тока через данный тиристор вследствие включения в.работу :очередного тиристора. Поэтому если окажется, что.измеренная ве- $ личина среднего тока отличается от заданной, изменить угол управления устройства в состоянии только для последующего тиристора, т.е. с запаздыванием, равным отношению пери- 10 ода питающего тиристорный преобразователь напряжения к пульсности преобразователя (запаздывание для трехфазной мостовой схемы составляет

ali» 7c что соответствует 60 эл.град ) 1$

Запаздывание в цепи регулирования тока приводит к понижению быстродействия устройства, снижению запаса устойчивос1и и появлению областей неустойчивой работы. Кроме того, 20 запаздывание информации о величине среднего тока не позволяет осуществить предельное по быстродействию изменение тока тиристорного преобразователя. 2$

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования скорости электродвигателя датчик тока выполнен в виде датчика максимального тока за интервал проводимости тиристора, а цифровой вычислительный блок содержит узлы измерения мгновенной скорости, формирования заданного среднего тока, сравнения, сложения, вычитания, умножения, деления, оперативной памяти, памяти постоянных величин, выработки управляющих импульсов блока и шесть

40 коммутаторов, причем первый вход первого узла сравнения подключен к выходу датчика максимального тока, а второй вход связан с узлом памяти постоянных величин, первый выход узле сравнения соединен с первым коммутатором и узлом выработки управляющих импульсов, а второй выход связан с вторым коммутатором, первый и второй входы первого узла вычитания соединены соответственно с датчиком максимального тока.и узлом памяти постоянных величин, выход подключен к второму входу второго коммутатора, второй вход первого коммутатора связан с выходом датчика максимального

I тока, вход узла деления подключен к выходу первого коммутатора, входы второго узла сравнения соединены со5 9649

Устройство содержит преобразоват тель 1, к выходу которого подключена: якорная обмотка электродвигателя 2 цифровой вычислительный блок 3, к входам которого подключены датчик 4 скорости, датчик 5 максимального тока электродвигателя 2,-подключенный через.шунт 6 к якорной цепи электродвигателя 2, блок 7 задания и блок

8 синхронизации. Выход вычислитель- 10 ного блока 3 через блок 9 управления подключен к преобразователю 1.

Второй вход блока 9 управления подключен к выходу блока 8 синхронизации, вход которого подключен к источ- И нику питания преобразователя 1.

Вход узла 10 измерения мгновенной скорости соединен с датчиком 4 скорости, а его выход - с узлом 1-1 формирования заданного среднего тока, 26 второй вход которого подключен к блоку 7 задания, Первый узел 12 сравнения одним входом связан с датчиком

5 максимального тока, а другим — с узлом l3 памяти постоянных величин. 2s

Первый выход узла l2 сравнения соединен с первым коммутатором 14 и уз-. лом 15 выработки управляющих импуль-. сов, а второй - с вторым коммутатором 16. Узел 17 вычитания соединен с датчиком 5 максимального тока и с узлом 13 памяти постоянных величин.

Выход узла 17 вычитания подключен к второму входу коммутатора 16. Второй вход первого коммутатора 14 связан с выходом датчика 5 максимального тока. .Узел 18 деления связан с выходом первого коммутатора 14. Второй узел

19 сравнения соединен с выходами узла 18 деления, второго коммутатора 16 и узла 11 формирования задания среднего тока. Первый выход узла 19 сравнения связан с узлом 20 сложения, а второй - с входом третьего коммута43 тора 21. Второй узел 22 вычитания одним входом подключен к выходу третьего коммутатора 21, а другим - к узлу

l1 формирования заданного среднего тока. Другие входы третьего коммутатора соединены с выходами второго ком мутатора 16 и узла 18 деления. Первый и второй узлы 23 и 24 умножения связаны с выходом узла 22 вычитания и с узлом 13 памяти поатоянных величин,.

Выход первого узла 23 умножения coesl

1 динен с входом четвертого коммутатора 25, выход второго узла 24 умножения — с входом пятого коммутатора 26, 36 6 Выходы коммутаторов 25 и 26 подключены к входам узла 20 сложения. Узел сложения соединен с узлом 27 оперативной памяти, который подключен к шестому коммутатору 28. Шестой коммутатор 28 соединен выходом с блоком

9 управления и.входом - с блоком 8 синхронизации, Узел 15 выработки управляющих импульсов сввзан с датчиком 5 максимального тока, à его управ ляющие выходы А,В,С,Д - с соответствующими входами коммутаторов 14,16,21

25 и 26.

Устройство работает следующим образом.

Пусть привод работает в квазиустановившемся режиме с некоторой угловой скоростью двигателя 2, углом управления тиристоров преобразователя

1 и средним током якорной цепи. За начало отсчета (фиг .2 ) по оси абсцисс принято начало интервала проводимости очередного тиристора преобразователя 1, работающего в квази" установившемся режиме с углом управления тиристором с одинаковой величиной тока в начале и конце интервала

;проводимости, равной 1 „- „ максимальным значением тока на интервале 1

4 соответствующим ему средним током

1о и длительностью интервала проводимости для трехфазной мостовой схемы) R)3 . Если не изменять угол управления, то график тока соответст-, вует линиям а. . Пусть .второй тиристор включился в работу с тем же углом управленияе(о, что и первый, и к этому моменту времени поступило задание на новое значение среднего тока i т > . Для достижения нового, большего по величине, тока, потребуется уменьшить угол управления тиристоров. Однако заданный ток будет достигнут при этом через достаточно большое число интервалов проводимости, так как якорная цепь в режиме непрерывных токов представляет собой апериодическое звено с постоянной времени Т. Для достижения предельного быстродействия требуется осуществить форсировкуоткрыть очередной тиристор с "переходным" углом с(п, меньшим заданного, а следующий тиристор - уже с заданным углом ale. ".:Переходный" угол управления записывается 11 о П

7 9649 где 4,п - приращение "переходного" угла управления; знак"-" - соответствует переходу от меньшего к большему току; знак"+" - обратному переходу.. 5

Цифровой вычислительный блок .3 во время работы второго тиристора получает информацию от датчика 5 максимального тока о величине 1 „„<„к, определяет по ней средний ток который будет к концу интервала проводимости, если третий тиристор включить в работу с начальным углом с(,1 (пунктирная линия на фиг.2). сравнивает ее с новым поступившим заданием

i> > и находит приращение среднего тока сР = Зсмк оср (2) по которому определяется приращение

"переходного" угла управления Ь (я 26 для третьего тиристора и заданный угол о(, или приращение заданного угла управления для четвертого тиристооа, значения углов управления е(п и (гцзредаются блоку 9 управления 2З для исполнения. Начала отсчета углов управления берется по сигналам. блока

8 синхронизации.

Работа устройства происходит циклически по сигналам от датчика 5 мак- Зф симального тока. В момент поступления сигнала о достижении током максимальйого значения от датчика 5 максимального тока его величина сравнивается в узле 12 с величиной гра- ничного максимального тока, записанной в узле 13 памяти постоянных величин, где определяется-таким образом режим работы преобразователя.

При прерывистом токе сигнал максимального значения тока поступает че-, рез коммутатор 14 к узлу 18 деленияj где определяется соответствующее ему значение среднего тока в зоне прерыристых токов. В зоне непрерывного 4> гока сигнал максимального значения тока подается на первый вход узла 17 вычитания, на другой вход которого поступает свободная составляющая иэ узла 15 памяти постоянных величин.

Определенное среднее значение тока через коммутатор 16, либо от блока 18 деления поступает к узлу 19 сравнения, где оно сравнивается с заданным током из узла 11 формирования задания среднего тока. В случае равенства заданного и фактического значений узел управления, записанный в узле

27 оперативной памяти, не меняется.

36 8

В случае неравенства токов измеряемая величина среднего тока поступает через коммутатор 21 к первому входу узла 22 вычитания, на другой вход которого подается сигнал о заданной величине тока от узла. 11, Сигнал рассогласования по току поступает к блокам 23 и 24 умножения, в которых по рассогласованию вычисляются величины приращений углов переходного ЬЫв и заданногоаc(. Для этого к блокам умножения поступают из блока 13 памяти величины коэффициентов. Рассчитанная величина Мп через коммутатор 25 поступает к сумматору 20, где суммируется с начальным углом о(о, полученная величина с п запоминается в узле 27 оперативной памяти, Аналогично происходит с:величиной а(, об разующейся на выходе узла 24 умножения - при помощи коммутатора 26, сумматора 20 и узла 27 памяти, в котором запоминается величина p . По сигналам блока 8 синхронизации через выходной коммутатор 28 рассчитанные величины c(п и о(последовательно передаются к блоку 9 управления.

Для управления последовательностью вычислений в блоке 3 предназначен узел 15 управляющих импульсов, выполненный, например, в виде кольцевого регистра. До прихода импульса от датчика 5 узел 15 находится в исходном состоянии. При получении сигнала от датчика 5 узел 15 последовательно вырабатывает 4 импульса - А,В, С,Д, разрешая этим последовательно работу первого 14 и второго 16 коммутаторов (импульс А), третьего коммутатора 21 (импульс В), четвертого коммутатора 25 (импульс С) и пятого коммутатора 26 (импульс Д). После этого узел 15 снова приходит в исходное состояние. При работе в зоне прерывистых токов вычислять приращение переходного узла ЬЙп не надо, поэтому импульс С следует:-..ïðîïóñòèòü„

;Для этого узея 15 связан с выходом первого узла 12 сравнения, принимающим единичное" значение в зоне прерывистых токов. При получении этого сигнала импульс С с блока 15 не вырабатывается. При приходе очередного импульса от датчика 5 тока работа блока 3 происходит аналогично.

При определении углов управления

g(п и сК и отработке их блоком 9 управления переходный процесс заканчивается за один интервал проводи964936 10 в качестве цифрового вычислительного блока может быть использован микропроцессор.

Формула изобретения мости тиристоров (за время работы третьего тиристора), т.е. происходит с предельным быстродействием.

С момента включения четвертого тиристора начинается новый квазиустановившийся режим с углом управления

d.y, максимальной величиной тока

i „ „у соответствующим ей средним током i . В.начале. и конце интер3ср вала йроводимости тиристора ток.ра- 10 вен i „ .Переход от большего значения к меньшему происходит аналогично изображенному на фиг.2, при этом пРиРаЩениЯ д< п и hd. ..буДут полОжи тельными. !%

В том случае, когда в исходном квазиустановившемся режиме ток является прерывистым и поступило задание на увеличение тока до некоторого непрерывного тока i p, сущ- 20 ность указанного лрвдельного по бы- стродействию управления током якорной цепи не меняется. Однако отношение приращения среднего значения тока Ьiср при переходе от начального 2S к заданному квазиустановившемуся реч жиму к приращению "переходного" угла упоавления 0,с(„ будет другим: обозначим это отношение коэффициентом k4.

Определение приращения "переходного" р угла управления происходит по соотношению

Мп= "4 Ыср (3).

При изменениях внутри зоны прерывистых токов заданная величина среднего тока достигается при включении в работу очередного тиристора с новым заданным значением угла управления, так как якорная цепь в режиме прерывистых токово — безынерционное звено.

Таким образом, благодаря измерению с опережением величины среднего тока появляется возможность при его отклонении от заданного без запаздывания приступить к устранению рассогласования путем воздействия на угол управления очередного тиристора и при этом осуществить предельное по быстродействию управление током

50 якорной цепи.

Предлагаемое устройство обеспечивает построение систем прямого цифрового управления электроприводом постоянного тока и комплектных тиристорных приводов на их основе с высокими динамическими характеристиками быстродействием и конечной длительностью переходного процесса, причем

Устройство для регулирования скорости электродвигателя, содержащее преобразователь, к выходу которого подключена якорная обмотка электродвигателя, цифровой вычислительный блок, к входам которого подключены датчики скорости и тока якоря электродвигателя, блок задания и блок синхронизации, а выход через блок управления подключен к преобразователю о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с. целью повышения быстродействия, дат чик тока выполнен в виде датчика максимального тока.за интервал проводимости тиристора, а цифровой вычислительный блок содержит узлы измерения мгновенной скорости, формирования.заданного. среднего тока, сравнения, сложения, вычитания, умножения деления, оперативной памяти, памяти. постоянных величин, выработки управляющих импульсов блока и шесть ком мутаторов, причем первый вход первого узла сравнения подключен к выходу датчика максимального тока, а второй вход связан с узлом памяти постоянных величин, первый выход узла сравнения соединен с первым коммутатором и узы лом выработки управляющих импульсов, а второй выход связан с вторым коммутатором, первый и второй входы первого узла вычитания соединены соответственно с датчиком максимального тока и узлом памяти постоянных вели- чин, выход подключен к второму вхо.ду второго коммутатора, второй вход первого коммутатора связан.с выходом датчика максимального тока, вход узла деления подключен к выходу первого ,коммутатора, входы второго узла сравнения соединены соответственно с выходами узла деления, второго коммутатора и узла формирования задания среднего тока, первый выход второго узла сравнения связан с узлом спожения,: а второй соединен с входом третьего коммутатора, второй узел вычитания-одним-входом. подключен к.выхо-. ду третьего коммутатора, а другим связан с узлом формирования заданного среднего тока, первый вход которого подключен к узлу измерения

9649

11 мгновенной скорости, а второй - к блоку задания, другие входы третьего коммутатора соединены соответственно с выходами второго коммутатора и узла деления, первый и второй у узлы умножения связаны с выходом второго узла вычитания и с узлом памяти постоянных. величин, выход первого узла умножения соединен с входом четвертого коммутатора, выход второ- 10 го узла умножения связан с входом пятого коммутатора, выходы четвертого и пятого коммутаторов подключены . соответственно к входам узла сложения выход узла сложения соединен с вхо- . и дом узла оперативной памяти, первый выход узла оперативной памяти подключен к одному из входов узла сложения, а второй выход соединен с первым входом шестого коммутатора, щ второй вход связан с блоком синхро36 12 низации, шестой коммутатор подключен к блоку управления, первый вход узла выработки управляющих импульсов связан с датчиком максимального тока, а второй вход подключен к первому узлу сравнения, управляющие выходы узла выработки управляющих импульсов связаны с соответствующими входами первого, второгст, третьего, четвертого и пятого коммутаторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Силаев Э. Ф. Неймарк В. Е. и др. Система регулирования частоты вращения тиристорного электропривода постоянного тока в ЭВМ. Сборник

"Электротехническая промышленность"

Серия "Электропривод", вып. 9(80), 1979.

2. Авторское свидетельство СССР 738080, кл. Н 02 P 5/06, 1977..

964936

Составитель М. Кряхтунова

Редактор И. Касарда Техред Т.Фанта Корректор Н, Король аказ /685/44 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4