Способ управления тиристорным электроприводом

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОР .НЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ, по которому формируют напряжение задания, пропорциональное среднему значению скорост;и , которому в установившемся режиме работы соответствует заданный угол управления, и синхронизированное с источником питания напряжение развертки, измеряют мгновенное значение скорости двигателя и его первой производной, сравнивают два на пряжения, одним из которых является напряжение развертки, и по равенству этих напряжений формируют импульсное напряжение управления преобразователем тнристорного электропривода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействий регулирования скорости двигателя , дополнительно непрерывно измеряют статическую составляющую якорного тока и формируют напряжение. пропорциональное текущему фазовому узлу ЭДС источника питания на аноде очередного готового к включению вентиля , отсчитываемому от момента естественного открывания этого вентиля, преобразуют эти два дополнительных напряжения, напряжение задания и напряжения , пропорциональные значениям скорости двигателя и ее первой про-, изводной, в напряжение развертки, причем значение напряжения развертки в любой рассматриваемый момент времени пропорционально скорости, которой достиг бы двигатель при открывании очередного вентиля в рассматриваемый момент времени к моменту открывания следующего за очередным вентиля с заданным углом управсл ления, и в качестве напряжения, сравниваемого с напряжением разверт00 ки, используют напряжение задания.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

З(51) Н 02 P 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3432995/24-07 (22) 10.05.82 (46) 23.09.84. Бюл. ¹ 35 (72) С.К. Козырев, В.Л. Кацевич, В.В. Королев, А.Н. Ладыгин и А.А. Никольский (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.316.718.5(088.8) (56) 1. Поздеев А.Д. и др. Динамика вентильного .электропривода постоянного тока. М., "Энергия", 1975.

2. Авторское свидетельство СССР № 838988, кл. H 02 P 5/06, 1981. (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРHblM ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ, по которому формируют напряжение задания, пропорциональное среднему значению скорости, которому в установившемся режиме работы соответствует заданный угол управления, и синхронизированное с источником питания напряжение развертки, измеряют мгновенное значение скорости двигателя и его первой производной, сравнивают два напряжения, одним из котОрых является напряжение развертки, и по равенству этих напряжений формируют импульсное напряжение управления преобразователем тиристорного электропривода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействи% регулирования скорости двигателя, дополнительно непрерывно измеряют статическую составляющую якорного тока и формируют напряжение. пропорциональное текущему фазовому узлу ЭДС источника питания на аноде очередного готового к включению вентиля, отсчитываемому от момента естественного открывания этого вентиля, преобразуют эти два дополнительных напряжения, напряжение задания и напряжения,пропорциональные значениям скорости двигателя и ее первой про-. изводной, в напряжение развертки, причем значение напряжения развертки в любой рассматриваемый момент времени пропорционально скорости, которой достиг бы двигатель при открывании рчередного вентиля в рассматриваемый момент времени к моменту открывания следующего за очередным вентиля с заданным углом управления, и в качестве напряжения, сравниваемого с напряжением развертки, используют напряжение задания.

1 11151

Изобретение отноеится к электротехнике, в частности к электроприводам постоянного тока с питанием якоря двигателя от тиристорного преобразователя и может быть использовано, если к электроприводу предъявляется требование предельного быстродействия по скорости.

Известен способ управления тиристорным электроприводом, заключающий- 10 ся в том, что формируют напряжение задания, пропорциональное среднему значению скорости двигателя, и синхронизированное с напряжением источника питания напряжение развертки, измеряют мгновенное значение скорости двигателя, открывают очередной тиристор .преобразователя в момент равенства двух сравниваемых напряжений, одним из которых является на- рп пряжение развертки.Напряжение, с которым сравнивают напряжение развертки, формируют как функцию двух напряжений — задания и напряжения, пропорционального мгновенному значе- р5 нию скорости и тока

Недостатком известного способа является низкое быстродействие при регулировании скорости электропривода. Попытки повышения быстродействия приводят при данном способе уп равления к ухудшению качества переходных процессов и возникновению автоколебаний системы на субгармонических частотах, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является спо- соб управления тиристорным электроприводом, при котором формируют напряжение задания, пропорциональное среднему значению скорости (этому значению скорости в установившемся режиме работы соответствует заданный угол управления), и синхронизированное с источником питания напряже- 45 ние развертки, измеряют мгновенное значение скорости двигателя и его первой производной, сравнивают два напряжения, одним иэ которых является напряжение развертки, и по равен- 50 ству последних формируют импульсное напряжение управления тиристорным преобразователем электропривода.

Этот способ управления учитывает особенности тиристорного преобраэо- 55

;вателя как дискретного нелинейного элемента системы управления. Способ основан на отыскании такого момента

8? открывания очередного тиристора, при котором в момент, соответствующий открыванию следующего эа бчередным тиристора с-заданным углом управления, значение скорости равнялось бы заданному. Подобная задача принципиально разрешима, поскольку ! изменение скорости двигателя на интервале работы тиристора, открывшегося с углом управления *, описывается в общем виде уравнением где Л вЂ” статическая составляющая тока якоря электродвигателя; с 1

Я.,и 2, — значения скорости и ее производной в момент открывания вентиля в начале рассматриваемого интервала; — текущее время от начала интервала.

Из условия, что момент времени : должен соответствовать моменту открывания следующего тиристора с заданным углом управления сс5, для момента получается следующее равенство (2) — 4+5-Q )—

VN 1 QQ где т - пульсность схемы преобразователя; угловая частота питающей сети.

Из условия, что скорость двигателя в момент времени должна быть равна заданной Я, и учитывая равенство (2), из уравнения (1) получаем равенство вида (3)

3 С1 1 1,,с 1) nil) ь

Из этого равенства при известных значениях д,Я,, Я., и заданных Яз и о может быть найден угол управления, т.е. задача поиска момента открывания очередного тиристора при сформулированных условиях разрешима С 2 3.

Недостатком известного способа является то, что задача поиска момента очередного тиристора решается приближенно, так как не полностью учитывается нелинейная зависимость сигнала управления, подаваемого на вход системы импульсно-фазового управления, от фазы анодного напряже3 11151 ния, а также не учитывается статическая нагрузка двигателя, что приводит к снижению точности и быстродействия регулирования скорости.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия регулирования скорости в системе тиристорного электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что при способе управления ти- 1р ристорным электроприводом, по которому формируют напряжение задания, пропорциональное среднему значению скорости, которому в установившемся режиме работы соответствует заданный угол управления, и синхронизированное с источником питания напряжение развертки, измеряют мгновенное значение скорости двигателя и

его первой производной, сравнивают два напряжения, одним из которых

1 является напряжение развертки, и по равенству этих напряжений формируют импульсное напряжение управления преооразователем тиристорного электропривода, дополнительно непрерывно измеряют статическую составляющую якорного тока и формируют напряжение, пропорциональное текущему фазовому углу ЭДС источника питания на ано- Зр де очередного готового к включению вентиля, отсчитываемому от момента естественного открывания этого вентиля, преобразуют эти два дополнительных напряжения, напряжение задания и напряжения, пропорциональные значениям скорости двигателя и ее первой производной, в напряжение развертки, причем значение напряжения развертки в любой рассматриваемый момент времени пропорционально скорости, которой достиг бы двигатель при открывании очередного вентиля в рассматриваемый момент времоменту открывания следующе 45 го за очередным вентиля с заданным углом управления, и в качестве напряжения, сравниваемого с напряжением развертки, используют напряжение задания.

На чертеже показана структурная схема одного из вариантов устройства, реализующего способ.

Устройство содержит тиристорный преобразователь 1, подключенный к 55 якорю 2 двигателя постоянного тока, датчик 3 статической составляющей тока якоря, датчик 4 скорости двига87 4 теля и датчик 5 первой производной скорости двигателя. Управляющие электроды вентилей преобразователя соединены с выходом одноканального формирователя-распределителя 6 импульсов, второй гыход которого соединен с первым входом генератора 7 опорного сигнала, второй вход которого соединен с сетью, питающей преобразователь 1. Генератор 7 имеет два выхода, один из котбрых соединен с первым входом формирователяраспределителя 6, а другой — с первым входом блока 8 формирования развертки. имеющего пять входов. На второй вход блока 8 подан сигнал задания 03, а к оставшимся трем входам блока подсоединены выходы датчиков 3-S. Выход блока 8 соединен с отрицательным входом элемента 9 сравнения, на положительный вход которого подан сигнал задания 03.

Выход элемента 9 соединен с входом нуль-органа 10, выход которого соединен с вторым входом формирователяраспределителя 6.

Устройство работает следующим

1 образом.

Импульсы управления на тиристоры преобразователя поступают в моменты, когда сигнал развертки 0 становится меньше, чем сигнал задания 03 . Эти моменты фиксируются срабатыванием нуль-органа 10, от которого сигнал о срабатывании поступает на формирователь-распределитель 6. Последний формирует в моменты срабатывания нуль-органа 10 импульсы управления и направляет их на управляющие электроды соответствующих тиристоров преобразователя 1. Сигнал задания 05 формируется как сигнал, пропорциональный среднему значению заданной скорости Я. двигателя 2. Сигнал развертки Ор формируется блоком 8 в функции пяти сигналов, а именно: сигнала задания U сигнала 01, пропорционального статическому току 3 от датчика статического тока; сигнала U<, пропорционального скорости Р от датчика скорости; сигнала 0,, пропорционального первой производной скорости Я от датчика производной скорости; сигнала опорного U<, пропорционального фазовому углу used ЭДС сети на аноде очередного вентиля, где время t отсчитывается от момента естественного открывания для очеред1115187 ного вентиля. Для электропривода с соотношением электромеханической по стоянной времени Тм к электромагнитной Т вида Тм/Т> r4 блок 8 формирования развертки работает в соответствии с зависимостью

l 7 (/ le-005) д - г(ф+alg t) (4)

+4с03(— „, +ы -МЦ » &sin(+ay-002) - Jg

2л (1-Ю 7м7 ) + И 7 »

А ud7< — st (cot — м (6) са) Ч ц7р аг(2 З -А)+ЮВ-.Я! (8)

P с г -g»

H Я++3 -4- F

Ь- Я.+з,-

Q. -юв "at кпары коэффициентов а, а» и а, Ь являются корнями характеристического уравнения тиристорного электройривода. которое имеет вид м Тя р -7,P++1 = о, (12) значения скорости и тока записаны в относительных единицах, при этом за базовую. величину для тока принято

0 /Я11, а для скорости — (0„, — амО и плитудное значение напряжения сети, (9) (10) (11) а для электропривода с соотношением постоянных времени вида T>/Q(4 блок

8 работает в соответствии с зависимостью е гл

Р

ФК ВМ вЂ” („„, +о э-» й)) 4 0S „»-3 )t

1 в (р 4-ФЧ - с, где

»-00 7 ) mS (uOt — 1»-007„SM QOt Ь .

Д а

) 1

Р— полное сопротивление якорной цепи; С- постоянный коэффициент двигателя).

Правая часть зависимостей (4) и (5) является подробной записью правой части равенства (3), но вместо значения угла управления Ы» зависимости (4) и (5) содержат текущее значение фазового угла out 3/0

10 сети на аноде очередного тиристора, готового к включению с искомым углом управления Ы . Значение фазового угла на аноде очередного тиристора точно равно- значению угла управления

15 » в момент открывания этого тиристора.

Сигнал развертки Up является кусочнонепрерывным сигналом, который на интервале от включения одного

20 вентиля до включения очередного монотонно убывает с ростом фазового углааЕдля очередного вентиля. Очередной тиристор открывается в момент равенства сигнала развертки Up u

25 сигнала задания U . В этот момент, благодаря выбранной форме развертки, для системы выполняется равенство (3). Это означает, что при неизмен-, ных 52> и 3 к моменту открывания

30 следующего тиристора с заданным углом управления с значение скорости двигателя равно заданному. Таким образом решается задача определения момента открывания очередного тирисЗ5 Top B

Применение данного способа управления позволит повысить точность и быстродействие контура регулирования скорости тиристорного электропривода, что, в свою очередь, повысит быстродействие и точность контура регулирования положения.

1115187

Заказ 6788/42

Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений-и открытий

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

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

Составитель М. Кряхтунова

Редактор И. Николайчук ТехредМ.Гергель Корректор Е. Сирохман