Устройство для управления электроприводом постоянного тока

 

OllИСАНИЕ

И306РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (и)1001405 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 14.05.81 (21) 3286885/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23} Приоритет—

Опубликовано 28.02.83. Бюллетень № 8 (5 I ) M. Кл.

Н 02 P 5/06

Гесудврствеииме комитет

СССР

M делам изобретеиий и открытий (53) УДК62 3. ..621. 314,5 (088. 8 ) Дата опубликования описания 28;-;02;=ИЗ (72) Авторы изобретения

В. В. Аржанов и В. С. Фацеев

Научно-исследовательский институт ав гоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и рациоэлекгроники (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к элекгротехнике н может быть использовано в системах поцач мегаллорежуших станков.

Известно усгройсгво для ограничения тока в системе подчиненного регулирования электропривоцом посгоянного тока, 5 содержащее послецова гел ьн о включенные регулятор скорости, регулятор тока, преобразователь, элекгроцвигагель с датчиками скорости и тока, блок возвецепия в квацрат и блок дифференцирования (1)

Данное устройство обеспечиваег ограничение скорости нарастания тока якоря электроцвигателя, оцнако ограничение скоросги изменения тока в электропривоце неизменно по величине на различных скоростях вращения элекгроцвигагеля, а высбкомоментные и малоинерционные электроцвигатели постоянного тока допускают большие скоросги изменения 2д тока якоря лишь в зоне малых скоростей вращения. При больших же скоростях вращения цопустимая скорость изменения тока якоря элекгроцвигагеля невелика.

Ограничение скорости изменения тока якоря, неизменное по величине во всем циапазоне регулирования скорости вращения электроцвигателя и настроенное на минимальную скорость изменения тока якоря, при больших скоростях вращения электроцвигагеля привоцит к тому, что цинамические характеристики элек гропривоца существенно ухуцшены, особенно на малых скоростях вращения электроцвигатеця. Динамические характеристики данного электропривоца занижены и вслед. сгвие того, что ограничение скоросги изменения тока осуществляется в функции самого тока якоря электродвигателя. В этом случае в электропривоце возникает . запазцывание цля регулирования скорости изменения тока якоря электродвигателя в связи с тем, чго регулятор тока и преобразовагель имеют определенную инерционность, Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления элекгропривоцом постоянного тока, выпол,управляющий вход формирователя характе: ристики через релейный элемент поцклк тики соцержит операционный усилитель, входы которого соецинены с разноименчерез полевой транзистор, управляющий электроц которого служит управляющим вхоцом формировагеля харакгерисгики, ся выходом формирователя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства цля управления элекгрорактеристики, на фиг. 3 -оцна из возможных функциональных схем нелинейного

Элемент с нелинейносгью типа ЗОНА

НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ (фиг. 3) соцержит усилитель 15, инвертор 16 и нелинейный элеменг 17, причем выхоц усилигеля 15 поцключен к инвертору 16 и первому вхоцу нелинейного элемента

17, ко второму вхоцу которого поцключен выхоц HHBepropa 16.

3 1001405 ф ненным по системе управляемый преобра- ляюшим вхоцом нелинейного элемента зователь — цвигатель, соцержашее после типа ЗОНА НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ, а довательно включенные регулятор скорос ти и регулятор тока, в цепь обратной, связи которого включены послецовательно 5 чен к датчику скорости. соециненные дифференцируюшее звено Кроме того, формирователь харакгериси нелинейный элемент типа ЗОНА НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ, а также подключенные к вхоцам соответствующих регу- ными выводами выпрямителя, axog котоляторов датчики скорости и тока якоря щ рого является входом формирователя хадвигателя 2! . рактеристики, полевой транзистор и узел

B электропривоце обеспечивается улуч- смещения, при этом оцин из вывоцов шение динамических свойств путем огра- выпрямителя подключен к узлу смещения ничения скорости изменения тока якоря электроцвигателя, осуществляемого пу тем ограничения скорости изменения выходного сигнала пропорционально-инте- а выход операционного усилителя являеггрального регулягора тока. При этом в эле ктроп ривоце нет запазцыван ия для регулирования ограничения скорости иэ- ро менения тока, так как регулирование приводом постоянного тока, на фиг. 2скорости изменения тока осуществляегся функциональная схема формировагеля хав функции выходного сигнала регулятора тока, а не самого тока. При этом регулирование скорости изменения тока происхо-. элемента типа ЗОНА НЕЧУВСТВИТЕЛЬцит с упрежцением по отношению к элек- НОСТИ. тромагнитным процессам в электроцвига- Устройсгво цля управления элекгротеле. Оцнако цинамические свойства привоцом посгоянного тока (фиг. 1 ) соэлектропривоца ухуцщены вслецсгвие то- держит регулятор 1 скорости и регуляго, чго ограничение скорости изменения тор 2 тока, в цепь обрагной связи коготока якоря электродвигателя неизменно рого включены цифференцирующее звено на разных скоростях вращения, хотя вы- 3 и нелинейный элемент 4 типа ЗОНА сокомоментные и малоинерционные электр НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ, а гакже поцроцвигатели допускают при малых скорос- ключенные к соогветствуюшим регулягорам тях вращения большие скорости изменения цатчик 5 тока и цатчик 6 скорости. тока якоря электродвигателя. Элекгропривоц соцержиг управляемый преЦель изобретения —,улучшение динами- обраэователь 7 и цвигатель 8. Межцу ческих свойств электропривоца путем оп- выхоцом цатчика 6 скорости и управляютимизации процесса регулирования скорос- щим вхоцом нелинейного элемента 4 ти изменения тока якоря элекгроцвигате- включен формирователь- 9, харакгерисгики, ля в широком диапазоне регулирования управляющий вхоц когорого через релейскорости вращения электродвигателя. ный элемент 10 поцключен к цатчику

Поставленная цель достигается тем, 6 скорости. чго устройство цля управления электро- формирователь характеристики (фиг.2) приводом постоянного тока, выполненным состоиг из выпрямителя ll, полевого по системе управляемый преобразователь - транзистора 12, узла 13 смещения и электроцвигатель, содержащее послецова- операционного усилителя 14, причем тельно включенные регулятор скоросги и один из вхоцов выпрямителя 11 подключен регулятор тока, в цепь обратной связи через полевой транзистор 12 к узлу которого включены послецовагельно соеци50 ненные цифференцирующее звено и нелинейный элемент типа ЗОНА НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ, а также поцключенные к вхоцам соответствующих регуляторов датчики скорости и тока якоря цвигателя, снабжено релейным элеменгом и

55 формирователем характеристики, при этом . формирователь характеристики включен межцу выхоцом цатчика скорости и управ05 6 элемента 4 выбирается большой, цпя того чтобы ограничение происхоцило при больших скоростях изменения выхоцного сигнала регулятора 2 тока.

Настройка требуемой величины ЗОНЫ

НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ элемента 4 осуществляется изменением напряжения.

Ъ смешения, подаваемым на вхоц усилителя

15, и опрецеляется прецельными возможностями электроцвигатепя при нулевой скорости врашения. Выхоцной сигнал уси» лителя 15 поступаег на вхоц инвертора

16, прецназначенного цля формирования противофазного сигнала по сравнению с сигналом усилителя 15. Выхоцные сиг напы инвертора 16 и усилителя 15 поцаются на вхоцы нелинейного элемента 17 и являются ЗОНОЙ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ нелинейного элемента 17, а слецовательно, и элемента 4. При малых скоростях врашения эпектроцвига геля

8 сигнал на выхоце формирователя 9 характеристики, пропорциональный скорости врашения электроцвигатепя, мал по величине и усилитель 15 с инвертором

16 формируют максимальный по величине сигнал, соответствуюший максимальной величине ЗОНЫ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ нелинейного элемента 17. В электропривоце величина ограничения скорости из менения выхоцного сигнала регулятора

2 тока максимальна по величине, причем ограничение скорости изменения осушест. вляется, когца произвоцная, получаемая на выхоце цифференцируюшего звена 3, больше ЗОНЫ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ нелинейного элемента 4. При этом в элекгропривоце при малых скоростях вра- ° шения элекгроцвигагеля повышается быст роцействие в контуре регулирования тока, что привоцит к улучшению цинамических свойств элекгропривоца, в частности к расширению полосы пропускания. Причем при уменьшении скорости врашения элек троцвигателя предельная величина ограничения скорости изменения выхоцного сигнала регулятора 2 тока. увеличивается, что привоцит к улучшению цинамических свойств электропривоца в широких прецепах регулирования скорости врашения электроцвигателя.

При больших скоростях врашения эпектроцвигатепя вэпектропривоце нацо умень шить скорость изменения тока якоря и соответственно уменьшить скорость изменения выхоцного сигнала регулятора 2 тока. При. увеличении скорости вращения элекгроцвигателя 8 увеличивается и сиг» нал на вхоце релейного элемента 10, 5 10014

Устройство работает спецуюшим образом.

Поспецовательное соецинение регулятора 1 скорости, регулятора 2 тока, преобразователя 7 и электродвигателя

8 с цатчиками тока 5 и скорости 6 образуют цвухконтурную систему с nonesненным регулированием параметров. Регулятор 2 тока охвачен отрицательной обратной связью по производной выхоцно- tO го сигнала, причем обратная связь образо вана цифференцируюшим звеном 3 и непинейным элементом 4типа ЗОНА НЕЧУВСТВИ

TEЛЬНОСТИ. Управляюший ахоп эпемента 4 поцключен через формирователь 9 1S характеристики к цагчику 6 скорости.

В зависимости or вепичины скорости изменения (произвоцной) выхоцного сигнала регулятора тока 2, а также функции скорости врашения электроцвигагеля 8 20 происхоцит включение (или не происхоциг) отрицательной обратной связи по произвоцной выходного сигнала регулятора 2 тока через нелинейный элемент 4. Тем самым происхоцит регулирование скорости 2S изменения выхоцного сигнала регулятора 2 тока и соотвегсгвенно скорости изменения тока якоря электродвигателя 8.

Величина ЗОНЫ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ нелинейного элемента 4 изменяется вы- щ хоцным сигналом цатчика 6 скорости ,> через формирователь 9 характеристики, . управление которым осуществляет репейный элемент 10, подключенный к цагчику

6 скорости..Скорость изменения выхоц35 ного сигнала регулятора 2 тока опрецеляется цифференцируюшим звеном 3, поцключенным к выхоцу регулятора 2 тока.

Изменение ЗОНЫ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ нелинейного элемента 4 в функции скорости вращения электроцвигателя

8 осушествпяется слецуюшим образом, Вхоцным сигналом формирователя 9 характеристики является скорость враше« ния цвигателя, причем этот сигнал пос45 тупает на вхоц выпрямителя 11, попучаюший модуль скорости. Выход релейного элемента 10 подключен к полевому транзистору 12, шунтируюшему узел 13 смещения. При этом при малых скоростях

SO врашения репейный элемент 10 выцает сигнал "нуль", транзистор 12 открыт и сигнал смешения с узла 13 смешения шунтируется. В этом режиме выхоцной сигнал выпрямителя 11 и сигнал усилителя 14 пропорциональны скорости врашения электроцвигателя и поступают на вхоц нелинейного элемента 4. При этом ЗОНА НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ .

7 10014 который формирует сигнал при превышении его ЗОНЫ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ.

Этот сигнал поступает на вхоц формирь вагеля 9 характеристики. При этом полевой транзистор 12 закрывается и сигнал смещения с узла 13 смещения поступает на вход усилителя 14. На выхоце усилителя 14 формируется большой по величине сигнал, поступающий на управляющий вхоц нелинейного элемента 4. Это приво- цит к тому, что на выхоце усилителя

15 и инвертора 16 сигналы резко уменьшаются по величине, а тем самым уменьшается и ЗОНА НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ нелинейного элемента 17 и нелиней ного элеменга 4 в целом. При этом в электропривоце уменьшается зацанная уставка на скорость изменения выхоцного сигнала регулятора 2 тока. Ограничение скорости изменения выходного сигнала 20 регулятора 2 тока осуществляется, кот

l1Q производная на выхоце цифференцирующего звена 3 превышаег ЗОНУ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ элемента 4. Благоцаря тому, что в устройстве цля управления д электроцвигателем постоянного тока имее1

О ся регулируемое ограничение скорости изменения тока якоря электроцвигателя в функции скорости вращения электроцвигателя происхоцит улучшение динамичес- 3О ких свойств электропривоца особенно при малых скоростях вращения электродвигателя, в частности расширение полосы пропускания при малых скоростях вращения без ухудшения динамических свойств при больших скоростях вращения электроцвигателя. формула изобретения

1. Устройство цля управления электро- 40 приводом постоянного тока, выполненным

OS 8 по системе управляемый преобразовательдвигатель, соце ржашее послецовательно включенные регулятор скорости и регулятор тока, в цепь обратной связи которого включены послецовательно соециненные цифференцируюшее звено и нелинейный элемент типа ЗОНА НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ, а также поцключенные к вхоцам соответствующих регуляторов цат чики скорости и тока якоря цвигагеля, о тл и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью улучшения цинамических свойств элекгропривода, оно снабжено релейным элементом и формирователем характеристики, при этом формирователь харак герисгики включен между выхоцом цатчика скоросги и управляющим вхоцом нелинейного элемента типа ЗОНА НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ, а управляющий ахоп формировагеля характеристики через релейный элемент поцключен к цатчику скорости.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что формировагель харакгеристики сецержиг операционный усилитель, входы когорого соецинены с разноименными вывоцами вып ря м ител я, вхоц которого является входом формирователя характеристики, полевой транзистор и узел смещения, при этом один из вывоfloB выпрямителя подключен к узлу смещения через полевой транзисгор, управляющий элекгроц когорого служит управ- ляющим вхоцом формирователя характеристики, а выхоц операционного усилителя является выхоцом формирователя.

Ис г очи ик и инфо рмации, принятые во внимание при экспертиз

1. Авторское свицетельство СССР

% 635584, кл. Н 02 P 5/06, 1976.

2. Авторское свицетельсгво СССР

М 783938, кл, Н 02 P 5/16, 1978.

1001408

1001405

Составитель B. Кузнецова

Рецактор Л. Пчелинская Техрец Т.Фанта

Корректор А. Дзятко

Поцписное

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

Заказ 1440/71 Тираж 685

ВНИИПИ осуцарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., a. 4/5