Электропривод постоянного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союэ Советскик

Социалистических

Республик (u)1005257 (61) Дополнительное н авт. свид-ву

Р М g+ з (22) Заявлено 26. 09. 79 (21) 2821034/24-07

Н 02 Р 5/06 с присоединением заявки ¹ (23) П ио итет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений.и открытий

P Р

Опубликовано 150383. Бюллетень ¹9 10

f $3) УДК 621. 316. ..719.2(088.8) Дата опубликования описания 15.03 ° 83

В.A.Ãèðåíêo, A.È.Äóáíèêîâ, И.Б.Копылов, .к-»

Г.П.Ханина и Ю.A.Õàðèòîíåíê . (72) Авторы изобретения

Особое конструкторское бюро станкостроения (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в приводе подачи или главного движения станка.

Известен реверсивный тиристорный электропривод постоянного тока, выполненный на основе тиристорного выпрямителя с раздельным управлением группами и содержащий регулятор скорости, регулятор тока с прямым и инверсным выходами, многоканальную систему импульсно-фазового управления, а также логическое устройство с двумя усилителями тока и датчики тока и скорости. Система импульснофазного управления состоит из фильтра синхронизирующего напряжения, многоканального источника пилообраэного опорного напряжения и нуль-органа в каждом канале управления. Вы ходное напряжение регулятора поступает на один вход каждого нуль-органа, а на другой его вход подается пилообразное опорное напряжение (длительностью 180 эл.град). Настройка начальной фазы импульсов управления при нулевом значении выходного напряжения регулятора осуществляется введением напряжения смещения на вход нуль-органов ) 1 .

Недостатком этого электропривода является возможная несимметрия вы.ходного напряжения тиристорного выпрямителя, обусловленная разбросом параметров и несимметрией настройки звеньев, формирующих пилообразное опорное напряжение в многоканальной системе управления, а также разбросом параметров входных цепей нуль-органов.

В таком электроприводе требуется большое количество настроечных операций, что ухудшает его эксплуатационные характеристики.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является электропривод постоянного тока, содержащий тиристорный выпрямитель с анодной и катодной группами, электродвига. тель, датчик частоты вращения и схему управления, состоящую иэ регулятора, соединенного с выходом датчика частоты вращения, системы импульснофазного управления, включающей в себя одноканальный аналого-импульсный преобразователь с двумя аналоговыми и двумя импульсными входами и двумя выходами, источник синхронизирующего напряжения, фазоимпульсный детектор с прямыми и инверсными выходами, ! два формирователя синхронизирующкх

1005257 импульсов, входы одного из которых соединены с прямыми, входы другого— с инверсными выходами фазоимпульсного детектора, а выходы формирователе соединены с импульсными входами аналого-импульсного преобразователя, и два распределителя импульсов, каждый из которых состоит из элементов

И IIo числу тиристоров в каждой группе, при этом первые входы элементов

И первого распределителя соединены с первьм выходом аналого-импульсного преобразователя, первые входы эле-. ментов И второго распределителя. — с вторым выходом этого преобразователя, выходы элементов И первого распределителя связаны с соответствующими тиристорами катодной группы, а выходы элементов И второго распределителя — с соответствующими тиристорами анодной группы Р 23.

Недостатками этого устройства являются невысокие энергетические . характеристики привода из-за необходимости запаса по напряжению питания тиристорного выпрямителя вследствие ограничения диапазона изменения углов управления тиристорами; пониженная надежность привода, обусловленная возможностью прорыва инвертора при значительном снижении напряжения сети за счет того, что импульсй управления тиристорами прн резком выходе привода из режима подтормаживания могут исчезнуть; невозможность получения предельных динамических характеристик, прежде всего полосы пропускания привода при значительных ЭДС двигателя, изза наличия эоны нечувствительности по управлению, определяемой вели-. чиной ЭДС.

Целью изобретения является улучшение энергетических и динамических характеристик и повышение надежности электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока дополнительно введены датчик ЭДС электродвигателя, согласующий элемент, элементы сравнения по числу тиристоров в каждой группе, два однополупериодных выпрямителя с прямыми входами и два однополупериодных выпрямителя с инверсными входами, при этом первый. вход i-ro элемента сравнения соединен с i-м выходом источника синхронизирующего напряжения, а второй вход этого элемента сравнения соединен через согласующий элемент с датчиком ЭДС электродвигателя, выход этого же элемента сравнения соединен с i-м входом фазоимпульсного детектора, второй и третий входы i-го элемента И первого распределителя импульсов соединены соответственно с i-м прямым и (i«l) инверсным выходами ходу которого подсоединен электродвигатель 4 с датчиком 5 частоты вращения и датчиком ЭДС 6.

К одному из входов регулятора 7 подключен источник задающего напряжения, а к другому..- датчик 5 частоты вращейия. Выход регулятора 7 через однополупериодные выпрямители 8 и 9, первый из которых имеет. прямой вход, а второй — инверсный, 30

35 подсоединен к двум входам системы

10 импульсно-фазового управления. При этом выход выпрямителя 8 подключен непосредственно к одному аналоговому входу, а выход выпрямителя 9 подключен к другому аналоговому входу одноканального аналого-импульсного преобразователя 11-., который входит в систему 10 импульсно-фазового .управления. Два выхода аналого-импульсного преобразователя 11 соединены соответственно со входами рас- пределителей 12 и 13 импульсов уп40

45 равления, каждый из которых выполнен

5О в виде в трехвходовых элементов И.

При этом один выход аналого-импульсного цреобразователя 11 подключен непосредственно к первому входу всех элементов И распределителя 12, а второй выход соединен с первыми входами всех элементов И рас пределителя 13. Выход i-ro элемента И распределителя 12 подключен к управляющему переходу i-ro тиристора катодной группы 2, а выход i-го элемента И распределителя 13 подключен к управляющему переходу i-го тиристора анодной группы 3 (в том случае, когда тиристорный выпрями-, тель выполнен по мостовой схеме, ка-, тодной считается группа, катоды кофазоимпульсного детектора, а второй и третий входы i-го элемента И второго распределителя импульсов соединены соответственно с i-м инверсным и (i-1) прямым выходами фазоим5.пульсного детектора, прямой и инверсный входы двух однополупериодных выпрямителей подключены к выходу регулятора, прямой и инверсный входы двух других — к выходу датчика ЭДС

1О электродвигателя, выходы упомянутых выпрямителей с прямыми входами под ключены к одному аналоговому входу, а выходы выпрямителей с инверсными входами — к другому аналоговому входу аналого-импульсного преоораэовате" .:ля, где 1 — порядковый номер элементов, связанньм с одной и той же фазой напряжения питания тиристорного выпрямителя при прямом порядке следования фаз.

На чертеже изображена структурная схема электропривода с трехфазным нулевым тиристорным выпрямителем.

Электропривод содержит тиристорный выпрямитель 1 с катодной 2 и анодной 3 группами тиристоров, к вы1005257 торой подключены к тому же выводу якорной обмотки двигателя, что и ка. тоды тиристоров в эквивалентной ,m-фазной нулевой схеме).

Система 10 импульсно-фазового управления содержит также подключен- 5 ный.к сети переменного тока источник

14 синхронизирующего напряжения с m выходами, подключенный через элемент сравнения 15 к m-канальному фазоимпульсному детектору 16, и формиро- !О ватели 17 и.18 синхрониэирующих импульсов. При этом каждый i-й выход источника 14 через i-й элемент срав1нения 15 подключен к Х-му каналу фа-1 эоимпульсного детектора 16, прямые выходы которого подключены ко входам формирователя 17, а ийверсные - ко входам формирователя 18. Каждый иэ формирователей состоит иэ ш дифферен,цирующих элементов, соединенных с элементом ИЛИ. Выходы формирователей

l7 и 18 соединены с двумя импульсными входами аналого-импульсного пре- образователя.

Второй и третий входы каждого эле- 2g мента И распределителей 12 и 13 подключены .к выходам фазоимпульсного . детектора 16.- При этом второй вход

i-го элемента И распределителя 12 соединен с прямим выходом, а второй вход i-ro элемента И распределителя 13 с инверсным выходом i-ro каналафазоимпульсного детектора 16. Третий вход i-го элемента И распределителя

12 соединен с инверсньзе выходом, а третий вход i-го элемента И распределителя 13 - с прямым выходом (i-l)ro канала фазоимпульсного детектора 16.

К выходу однополуцериодного выпрямителя 8 подключен однополупери- 40 одный выпрямитель 19 с прямьм входом, к выходу однополупериодного выпрямите. ля 9 подключен однополупериодный выпрямитель 20 с инверсным входом.

Входы выпрямителей 19 и 20 подсое- . 45 динены к датчику ЭДС 6. К нему же через согласукиций элемент 21 подключены входы всех в элементов сравнения 15.

Электропривод работает следующим образом.

При пуске электропривода направление вращения вала двигателя 4, и, следовательно, выбор работающей группы тиристоров 2 или 3 осуществ- 55 ляется в соответствии с полярностью ,сигнала управления на выходе регулятора 7. При одной полярности этого сигнала проводит однополупериодный выпрямитель 8 с прямым входом, при другой — однополупериодный выпрямитель 9 с инверсным входом. При этом импульсы управления: формируются на одном либо на другом выходе аналого-импульсного преобразователя 11 и далее поступают в 65 распределитель 12 либо 13. На каждый из импульсных входов аналогоимпульсного преобразователя 11 подается последовательность импульсов синхронизации, причем в статическом режиме временной сдвиг между импульсами в каждой последовательности составляет 21Г/в. В предлагаемом электроприводе последовательность импульсов синхронизации смещается во времени.

Переменное синхронизирукщее напряжение на каждом 1-м выходе источника 14 совпадает по фазе с напряжением на аноде i-го тиристора катодной группы тиристоров выпрямителя 1, а мгновенное значение этого напряжения определяется из соотношения

U = +singlet — (i-l) 2 /m).

При этом переменное синхронизируюalee напряжение на каждом 1-м выходе источника 14 отстает от напряжения на (i-1)-м выходе яа угол 2, а напряжение на последнем выходе (im) опережает на угол 2ж /щ напряжение на первом выходе (i 1). Напряжение

i-го выхода источника 14 подается на

i-й из элементов сравнения 15. С выхода этого элемента разность между синхронизирующим напряжением и напряжением от согласующего элемента

21,:пропорциональная ЭДС двигателя

4, поступает на вход i-го канала фаэоимпульсного детектора 16.

На прямом и инверсном выходах каждого 1-го канала фазоимпульсного детектора 16 формируются прямоугольные импульсы, положение переднего и заднего фронтов которых относительно момента перехода через ноль напряжения на соответствующем

i-м выходе источника 14 определяется величиной ЭДС двигателя Е9,. Напряжение, пропорциональное ЭДС двигателя 4, с датчика 6 через согласующий элемент 21 подается на входы элементов сравнения 15. Величина

moro напряжения выбирается таким образом, чтобы. отношение амплитуды синхронизирующего напряжения на выходе источника 14 к напряжению на выходе согласующего элемента 21 было равно отношению амплитуды напряжения питания тиристорного выпрямителя 1 к

ЭДС исполнительного двигателя 4, т.е. величине Е, . Фаза заднего фронта импульсов на прямом и инверсном выходах каждого i-го канала фаэоимпульсного детектора 16 соответствует углу управления тиристорами в режиме холостого хода двигателя. При этом расширяется общий диапазон изменения углов управления тиристорами и обеспечивается воэможность переключения . групп тиристоров в случае раздельного управления ими) .при напряжении

1005257 напряжением, пропорциональным ЭДС двигателя 4, поступающим через однополупериодный выпрямитель 20 (или

19). При переходе электропривода н режим подтормажинания полярность на. пряжения на выходе регулятора 7 меняется и проводивший до этого однополупериодный выпрямитель.8 (или 9) запирается. Напряжение на выходе . выпрямителя 9 (или 8) при этом ста(() новится больше напряжения ..на выходе однополупериодного выпрямителя 20 (или 19). В результате выпрямитель 20 (или 19) оказывается закрытым, а угол управления тиристорами инверf5 торной группы определяется напряжением регулятора 7.

При выходе иэ подтормаживания снова меняется полярность напряжения на выходе регулятора 7, запирается однополупериодный выпрямитель

9 (или 8) и на вход аналого-импульсного преобразователя 11 поступает напряжение от однополупериодного выпрямителя 20 (или 19), величина ко.— торого пропорциональна ЭДС двигателя 4 и выбирается таким образом, чтобы в режиме выхода из подтормаживания при максимальной ЭДС двигате-. ля угол управления поддерживался на

Зо уровне, обеспечивающем безопасное инвертирование с учетом возможного

16 в формиронателе 18. Таким образом, фаза синхронизирующих импульсов на импульсных входах аналого-импульсного преобразователя 11 определяется

ЭДС двигателя 4 в соответствии с выражением (- = arcsin EgV . Величина напряжения на выходе регулятора 7 определяет падение напряжения н якорной цепи двигателя или в установившемся режиме электропривода ток якоряе

Распределение импульсов управления по тиристорам в распределителях, 12 и 13 производится при помощи прямоугольных импульсов, модулированных по ширине и фазе, поступающих с выходон 16 на второй и третий входы элементов И распределителей 12 и 13.

Эти импульсы определяют интервал возможного изменения углов управления 1-м тиристором катодной 2 или анодной 3 групп выпрямителя 1 при текущем значении ЭДС двигателя. В установившемся режиме работы электропривода этот интервал времени равен

2Х/m, а конец интервала соответствует режиму идеального холостого хода двигателя 4. установка начального угла управления тиристорами при нулевом значении напряжения на выходе регулятора 7 производится в аналогоимпульсном преобразователе 11 с помощью одной настройки для всех ти- ристорон группы 2 или 3 тиристорного .4 i выпрямителя.

Однополупериодные выпрямители 19

20 обеспечивают поддержание угла безопасного инвертирования для инверторной группы тиристоров. Напряжение от датчика ЭДС двигателя 6 поступает на вход аналого-импульсного преоб35

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, тиристорный выпрямитель с катодной и анодной группами, подключенный к электродвигателю, датчик частоты вращения, жестко связанный с налом электродвигателя, схему управления, состоящую из регулятора, соединенного с выходом датчика частоты вращения, системы импульсно-фазового управления, включающей,в себя одноканальный аналого-импульсный преобразователь с двумя аналоговыми и двумя импульсными входами и двумя выходами, источник синхронизирующего напряжения, фазоимпульсный детектор с прямыми и инверсными выходами, йна формирователя синхронизирующих импульсов, входы одного из которых соединены с прямыми, а входы другого — с инверсными выходами

65 регулятора, соответстнующем холостому ходу двигателя, что существенно повышает энергетические и динамические характеристики привода. В формирователе 17 импульсы с прямых выходов фаэоимпульсного детектора 16 дифференцируются и собираются в одну последовательность, которая затем поступает на импульсный вход аналого импульсного преобразователя 11. Аналогичная операция производится с импульсами, поступающими с иннерсных входов фазоимпульсного детектора раэонателя 11 через одиниэ однополупе рнодных выпрямителей 19 или 20 н зависимости от полярности ЭДС двигателя 4. В днигательном режиме работы электропривода угол открытия тиристоров выпрямительной группы (отсчет ведется относительно угла, соответствующего холостому ходу двигателя) определяется напряжением, поступаю- . щим от регулятора 7 через однополупериодный выпрямитель 8 (или 9) на соответствующий вход аналого-импульс.ного преббразователя,11. Напряжение на другом его входе определяется понижения напряжения сети. После спадания тока н инверторной группе импульсы управления на тиристоры этой группы перестают поступать, а вновь подаются импульсы управления на ти- ристоры выпрямительной группы.

Таким образом обеспечивается надежное функционирование электропривода с улучшенными энергетическими характеристиками и одноканальным аналого-импульсным преобразонателем.

1005257

10 фазоимпульсного детектора, а выходы формирователей соединены с импульсными входами аналого-импульсного . преобразователя, и два распределителя импульсов, каждый из которых составлей из элементов. И по числу, тиристоров в каждой группе, при этом первые входы элементов И первого распределителя соединены с nepsw выходом аналого-импульсного преобразователя, первые входы элементов И второго распределителяс вторым выходом этого преобразователя, выходы элементов И первого распределителя связаны с соответствующими тиристорами катодной группы, а выходы элементов И второго распределителя — с соответствующими тиристорами.анодной группы, о т—

-л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения энергетических и динамических характеристик и повышения надежности Злектропривода, в него дополнительно введены датчик

ЭДС электродвигателя, согласующий элемент, элементы сравнения по числу тиристоров в каждой группе, два однополупериодных выпрямителя с прямыми входами и два -однополупериодных выпрямителя с инверсными входами, при этом первый вход i-го элемента сравнения соединен с i-м выходом источника синхронизирующего напряжения, а второй вход этого элемента сравнения соединен через согласующий элемент с датчиком ЭДС электро двигателя, выход этого же элемента сравнения соединен с i-M входом фазоимпульсного детектора, второй и третий входы i-го элемента И перво. го распределителя импульсов соединены соответственно с 1-м прямым и

5 .(i-1) инверсньв выходами фазонмпульсного детектора, а второй и третий входы i-.ão элемента И второго распределителя импульсов соединены соответственно с 1-м инверсным и (i-1)

30 прямым выходами фазоимпульсного детектора, прямой и инверсный входы двух однополупериодных выпрямите- . лей подключены к выходу регулятора, прямой и инверсный входы двух других - к выходу датчика ЭДС, электРодвигателя, выходы упомянутых выпрями ° телей с прявеааи входами подключены к одному аналоговому входу, а выходы выпрямителей с инверсными входами о к другому аналоговому входу. аналогоимпульсного преобразователя, где i " .порядковый номер элементов, связанных с одной и той же фазой напряжения питания тиристорного преобразователя.

25 при пРямом порядке следования фаз.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Козин В.И., Марченко Я.E. Управляющие устройства тиристорных пре.образователей для электроприводов. постоянного тока. М., Энергия, 1971, с. б-37.

2. Трехфазный тиристорный электропривод. Руководство фирмы "Bosch

PNr 3192/Dl (Febr 7б).

1005257

Составитель В.Поспелов

Редактор М.Петрова Техред Т.Фанта Корректор N,Демчик

Заказ 1921/74 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Х-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. ужгорбд, ул. Проектная, 4