Электропривод постоянного тока

 

ЭЛЕКТРОПРИВОД.ПОСТОЯННОГО .ТОКА, содержащий электродвигатель, последовательно соединенные блок задания, регулятор скорости, задатчик интенсивности, включакяций последовательно включенные усилитель-ограничитель и .интегратор с элементом ограничения выходного напряжения интегратора, регулятор тока, преобразователь , выход которого подключен к электродвигателю, в якорную цепь которого включен датчик тока, вькодом подключенный к регулятору тока, регулятор скорости содержит устройство выборки-хранения, первый ЮЕШШЗКЛЯ Я л 5 ;:;- ::- 1 13 TrXciin/r,tHAfS, ткШ:ПШл и второй узлы сравнения и последовательно соединенные дифференцирующее звено и нуль-орган, причем выход уст. ройства выборки-хранения соединен с входом первого узла сравнения, а выход второго узла сравнения подключен к входу задатчика интенсивности, датчик режима ограничения напряже-. . ния интегратора, подключенный к элементу ограничения выходного напряжения интегратора, вход дифференцирующего звена соединен с выходом датчика скорости, о т л и -ч а ю -. щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введено второе устройство выборки-хранения, вход которого подW ключен к выходу первого.узла сравнения , а выход - к входу второго узла сравнения, выход нуль-органа соединен с входом первого устройства выборки-хранения , выход датчика режима ограничения напряжения интегратора подключен к входу второго устСП ройства выборки-хранения, выход датI;D чика скорости двигателя подключен к входам первого и второго узлов сравнения и к входу первого устройства выборки-хранения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

f 19) (1 If

4Ю1 Í 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3689711/24-07 (22) 06.01.84 (46) 30.05..85. Бюп. 11 20 (72) В .П.Казанцев и В.И.Петренко (7 1) Пермский политехнический институт (53) 621. 316. 718. 5{088. 8) (56) 1. Патент Японии 11 5539996, кл. Н 02 P 5/06, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

11 1022275, кл. Н 02 P 5/06, 1983. .3 ° Авторское свидетельство -CCCP по заявке 11- 3406255, кл. Н 02 P 5/06, 1983. (54)(57) Э1ЙКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО .,ТОКА, содержащий электродвигатель, последовательно соединенные блок задания, регулятор скорости, залатчик интенсивности, включающий последовательно включенные усилитель-ограничитель и .интегратор с элементом ограничения выходного напряжения интегратора, регулятор тока, преобразователь, выход которого подключен к электродвигателю, в якорную цепь которого включен датчик тока, выходом подключенный к регулятору тока, регулятор скорости содержит устройство выборки-хранения,-первый и второй узлы сравнения и последовательно соединенные дйфференцирующее звено и нуль-орган, причем выход уст ройства выборки-хранения соединен с входом первого узла сравнения, а выход второго узла сравнения подключен к входу задатчика интенсивности, датчик режима ограничения напряже-. . ния интегратора, подключенный к, элементу ограничения выходного напряжения интегратора, вход дифференцирующего звена соединен с выходом датчика скорости, о т л и ч а ю — . ( шийся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введено второе устройство выборки-хранения, вход которого подключен к выходу первого, узла сравнения, а выход — к входу второго узла сравнения, выход нуль-органа соеди" нен с входом первого устройства выборки-хранения, выход датчика режима ограничения напряжения интегратора подключен к входу второго устройства выборки-хранения, выход датчика скорости двигателя подключен к входам первого и второго узлов сравнения и к входу первого устройства выборки-хранения.

1159141

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам управления электроприводами постоянно. го тока, и может быть использовано в системах электропривода, характе- 5 ризунлцихся широким диапазоном изменения момента инерции приводного механизма.

Известны электроприводы постоянного тока, содержащие последователь- 10 но.соединенные электродвигатель, управляемый преобразователь, регулятор тока якоря, задатчик интенсивности тока якоря и регулятор скорости двигателя, датчики скорости и тока 15 якоря, подключенные к входам соответствующих регуляторов Я и {2) .

Известные устройства обеспечивают оптимальные по быстродействию переходные процессы при неизменных 20 параметрах электропривода, в частности при неизменном моменте инерции приводного механизма, при изменении же параметров. необходима коррекция системы. 25

Наиболее близким к предлагаемому является электропривод постоянного

-тока, содержащий электродвигатель, последовательно соединенные блок задания, регулятор скорости, задат- З0 чик интенсивности, включающий последовательно включенные усилитель-ограничитель и интегратор с элементом ограничения выходного направления интегратора, регулятор тока, преобразователь, выход которого подключен к электродвигателю, в якорную цепь которога включен датчик тока, выходом подключенный к регулятору тока, регулятор скорости содержит 40 устройство выборки-хранения, первый и второй узлы сравнения и последовательно соединенные дифференцирующее звено и нуль-орган, причем выход устройства выборки хранения соединен 5 с входом первого узла сравнения, а выход второго узла сравнения подключен к входу задатчика интенсивности, датчик режима ограничения напряжения интегратора, подключенный 50 к элементу ограничения выходного напряжения интегратора, вход дифференцирующего звена соединен с выходом датчика скорости.

Недостатком известного устройства является необходимость применения в регуляторе скорости различных по функциональному назначению н конструктивному исполнению запоминающих элементов (устройства выборки-хранения и амплитудного детектора), что усложняет реализацию регулятора и снижает надежность устройства в цел.ом.

Цель изобретения — повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, последовательно соединенные блок задания, регулятор скорости, задатчик.интенсивности, включающий последовательно включенные усилительограничитель и интегратор с элементом ограничения выходного напряжения интегратора, регулятор тока, преобразователь, выход которого подключен к электродвигателю, в якорную цепь которого включен датчик тока, выходом подключенный к регулятору тока, регулятор скорости содержит устройство выборки-хранения, первый и второй. узлы сравнения и последовательно соединенные дифференцирующее звено и нуль-орган, причем выход устройства выборки-хранения соединен с входом первого узла сравнения, а выход второго узла сравнения подключен к входу задатчика интенсивности, датчик режима ограничения напряжения интегратора, подключенный к элементу ограничения выходного напряжения ,интегратора, вход дифференцирующего. звена соединен с выходом датчика скорости, дополнительно введено второй устройство выборки-хранения, вход которого подключен к выходу первого узла сравнения, а выход — к входу .второго узла сравнения, выход нульоргана соединен с входом первого устройства выборки-хранения, выход датчика режима ограничения напряжения интегратора подключен к входу. второго устройства выборки хранения, выход датчика скорости двигателя подключен к входам первого и второго узлов сравнения и к входу первого устройства выборки-хранения.

Данное устройство обеспечивает 55 оптимальные переходные процессы в широком диапазоне изменения момента инерции электропривода 131 .

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг. 2 — кривые переходных процессов при скачке задания з 1159141 4 ,скорости (ток якоря не выходит на равна нулю, что обуславливает нулережим ограничения), на фиг. 3 — кри- вое значение напряжения на выходе вые переходных процессов при скачке дифференцирующего звена 14 и привозадания скорости (ток якоря выходит дит к срабатыванию нуль-органа 15, на режим ограничения), на фиг. 4 — который переводит устройство 11 выкривые переходных процессов при наб-. борки-хранеь ля (УВХ) в режим выборки, росе статической нагрузки на валу ..Таким образом, значение напряжения электродвигателя. на выходе УВХ 11 равно напряжению

Электропривод содержит электро- . на его входе, а выходное напряжение двигатель 1, последовательно соеди- 10 узла 12 сравнения равно нулю. УВХ ненные блок 2 задания, регулятор 3 18 функционирует также в режиме скорости, задатчик 4 интенсивности, .выборки, поскольку ток якоря в усвключающий.последовательно включенные тановившихся режимах не достигает усилитель-ограничитель 5 и интегра« максимально допустимого по условиям тор 6 с элементом 7 ограничения вы- 15 коммутации электродвигателя 1 знаходного напряжения интегратора 6, ре. чения, интегратор 6 не выходит на гулятор 8 тока, преобразователь 9, . -режим ограничения, и выходное напрявыход которого подключен к электро. — жение датчика 16 режима ограничения двигателю .1, в якорную цепь которо- . переводит УВХ 18 в. режим выборки. го включен датчик 10 тока, выходом 20 Таким образом, напряжение на. выходе подключенный к регулятору 8 тока, УВХ 18 равно входному и имеет нулепричем регулятор 3 скорости содержит вое значение. В результате выходпервое устройство 11 выборки-хране- ное напряжение узла 13 сравнения ния, первый и второй узлы 12 и 13 также равно нулю. Среднее значение сравнения и последовательно соеди- 25. напряжения на выходе усилителя-ограненные дифференцирующее звено 14 и ничителя 5 равно нулю, выходное напнуль-орган 15, причем выход устрой- ряжение интегратора 6 равно напряжества 11 выборки-хранения соединен с . нию датчика 10 тока якоря (величина входом узла 12 сравнения, а выход тока якоря определяется величиной узла 13 сравнения подключен к входу 30 статической нагрузки на валу электзадатчика 4 интенсивности, датчик ропривода).

16 режима ограничения напряжения интегратора 6, подключенный к элеПри изменении сигнала за ания сигнала задания менту 7 ограничения, вход дифферен - . скорости электродвигателя 1 на велиУ .цирующего звена 14 соединен с выхо дом датчика 17 ск с скорости.

35 напряжения, соответствующие заданнороме того, электропривод содерму и действительном начально жит второе устройство 18 выборкисравнения появляется нап яжение хранения, вход которого подключен к в оду узла 12 сравнения, а выход — y é åòñß Усилителем-огРаничителем к входу узла 13 сравнения., выход д TerPaTOPB - поЯвлЯет

40 5 и на выхо е интег ат а 6 нуль-органа j5 соединен с входом устройства 11 выборки-хранения, выход датч а 16 режима ограничения . о а Я"Р " Рости электРодвигаподключен к входу устройства 18 вы-,. . Р тором отклонение скоборки-хранения, выход д тчика 17 Р электродвигателЯ 1 от заданноости скорости подключен ко входам узлов го значения начинает меньшатьс

12 и 13 сравнения и к входу устрой- " " .Р Р щ ние напРЯжс1" Я Я" пОло ства 11 выборки-хранения. жительное (фиг. 2), то выходные нап1 ряжения узла 13 сравнения и усилиЭлектропривод работает следующим 50 теля-ограничителя 5 имеют также пообразом. ложительные значения, что вызывает

В установившемся режиме отклоне- рост напряжения задания напряжения задания тока якоря. ние скорости от заданного знач ния Положим, что усилител— оло м, что усилитель †ограничите равно нулю, среднее значение напря- находится в режиме насыщения, тогда жения на выходе первого узла 12 напряжение задания тока якоря на высравнения равно нулю, поскольку в ходе интегратора 6 ходе интегратора линейно нарастает установившемся режиме первая произ- и ток якоря стремится отслеживать водная скорости электродвигателя 1 его. ри достаточно ыстролействую1159141 звц = - (о1

-2 +1

ÝS

5 щем. управляемом преобразователе 9

,кривая тока якоря практически соответствует заданной (кривая 19,фиг.2).

Скорость электродвигателя 1,начинает нарастать, на выходе .дифференцирующего. звена 14 появляется положи-. тельное напряжение, нуль-орган 15 изменяет свое состояние и переводит

УВХ 11 s режим хранения, т.е. на . выходе УВХ 11 устанавливается напряжЕние, соответствующее начальному значению скорости О „„ = o . Ha выходе узла 12 сравнения формируется напряжение U - ) -.) „., где Л вЂ” напряжение датчика 17 скорости электро.— двигателя. УВХ 18 по-прежнему находится в режиме выборки (интегратор 6 не находится в режиме ограничения), т.е. выходное напряжение равно входному У = U ) — 4 . На выходе 39xg узла 13 сравнения формируется напряжение

Таким образом, напряжение на выходе узла 13 сравнения является положительным и ток якоря линейно нарастает, пока скорость электродвигателя 1. не возрастет до величины ()" +Ф, )/2. Дальнейшее нарастание скорости электродвигателя 1

-(кривая 20, фиг. 2) приводит к смене знака выходного напряжения узла

13 сравнения и усилителя+ограничи-. теля 5. Ток якоря начинает уменьшаться, а, счсорость электродвигателя

1.монотонно устремляется к новому установившемуся значению. Если в результате изменения параметров объекта регулирования,. в частности момента инерции механизма, или в результате проявления инерционности контура тока якоря скорость электродвигателя нк достигает или, напротив, превышает заданное значение скорости в момент времени, соответ. .ствующий падению тока якоря до величины статического тока.(определя . емого величиной нагрузки на валу электропривода), то нулевое значение производной скорости электродвигателя вызывает, срабатывание нуль-орга на 15 и УВХ 11 кратковременно переходит в режим выборки, т .е. U>zÄ хл. выходное напряжение узла 12 сравнения и УВХ 18 равны нулю, т.е. Бцм, t„ = О. Напряжение на выходе узла 13 сравнения равно новому начальному отклонению скорости от заданкого значения U = "- = 8 1

Х4Ф

Если это отклонение скорости положительное, т.е. скорость электродвигателя 1 не достигает в момент времени t, заданного значення (кривая

21, фнг. 2), то на выходе усилителя-ограничителя 5 устанавливается . положительное напряжение, вызывающее нарастание напряжения интегратора 6 и величины. тока якоря (кривая

22, фиг. 2). Ликвидация нового отклонения скорости Я", соответствующего моменту времени t,, происходит аналогично рассмотренному выше про-. цессу, т.е. ток якоря начинает падать при скорости электродвигателя, 1Ф превышающей значение (+ 9o )/2, где а — новое начальное значение скорости, запомненное УВХ 11, когда производная скорости становится не равной нулю и нуль-орган 1.5 выдает сигнал на хранение (момент времени t ). В момент времени t скорость электродвигателя достигает нового. установившегося значения

{кривая 20, фиг. 20) или происходит

30 дополнительное движение системы, . аналогичное рассмотренному.

Если приращение сигнала задания, скорости достаточно велико и ток якоря достигает в переходном процессе максимально допустимого значения

) (кривая.22, фиг. 3), то УВХ 18 переходит в режим хранения, поскольку датчик 16 режима ограничения меняет свое состояние. В этом случае на выходе узла 13 сравнения формиру ется «зпряжение U, 1 - 1 — U>

Ф где Узag = „ — )

= Blq — напряжение УВХ 18, соответствующее отклонейию. скорости 3 „ от начального значения, в момент ограничения напряжения интегратора (момент времени t ). Следовательно, напряжение U остает положительным до тех пор, пока скорость электродвигателя

1 не.достигнет значения $ — 59qp (кривая 24,: фиг. 3), т.е. до момента времени С . Как только скорость электродвигателя 1 превышает это зна1 чение, напряжение "на выходе узла 1 сравнения становится отрицательным, что приводит к падению напряжения на выходе интегратора 6 и к уменьшению тока якоря. Скорость электродви1159

2S

Поскольку при набросе статической нагрузки скорость электродвигателя 1 падает, то U. ) О и ток якоря начинает нарастать (кривая 25, фиг. 4)..

Когда величина тока якоря достига- Зп ет величнны статического тока ic(i

= ь ), производная скорости электродвигателя 1 становится. равной нулю, срабатывает нуль-орган 15 и УВХ 11 кратковременно переходит в режим вы- З> борки-, т.е. Upped„ )) . Выходные нап- ряжения узла 12 сравнения и.УВХ: 18. равны:нулю Юч =,У» .= О, а выходные напряжения узла.:)3 сравнения гателя 1 монотонно устремпяется к новому установившемуся значению.

Если в режиме стабилизации cicopoc. ти электродвигателя 1 происходит наброс статической нагрузки на валу у, электродвигателя 1 (фиг.4),то падение

1скорости электродвигателя .1 вызывает появление не равного нулю (в данном случае отрицательного) напряжения на выходе дифференцирующего звена: 10

14 и нуль-органа 15 выдает сигнал . на хранение информации УВХ 11, т.е. выходное напряжение УВХ 11 соответствует начальному значению скорости электродвигателя 1 UÄ<ÄÄ М» при . 1э этом U 3 - )"»,. Выходное напряжение УВХ 18 равно входному,-.так как

УВХ .18 функционирует в режиме выборки U Uq ** Ч - . На выходе Ч т .ММъ узла 13 сравнения формируется напря- 20 жение

141 8 соответствует максимальному отклонению скорости от заданного значения

U 3+ +— 9 †.о1 . Ток.якоря продолжает нарастать, так как 0 7 О, скорость электродвигателя 1 начинает увеличиваться (кривая 26, фиг. 4), УВХ 11 переходит в режим хранения

Uy „„. ф, где 9 — экстремальное,. значение скорости (в данном случае минимальное). На выходе

УВХ 18 формируется напряжение 0з11

" U ) —. 4, а на выходе узла .13 сравнения - напряжение U

-Ug * - - (4 -4o)

= " - 2 0o . Таким образом, напряжение U остаатся положительным и ток якоря нарастает, пока скорость электродвигателя 1 не увеличится до значения 4 : (3+ + 4 )/2 (момент времейи и, фиг. 4). При дальнейшем нарастании скорости электродвигателя 1 напряжение U становится отрицательным, ток якоря уменьшается, а скорость электродвигателя f монотонно нарастает до заданного значения. В момент времени t» (фиг. 4) электропривод-переходит в . установившийся ре им ра боты.

Таким образом, предлагаемый электропривод позволяет получить оптимальные по быстродействию переходные процессы в системе при наложенных ограничениях на величину и скорость нарастания тока якоря . как при изменении сигнала задания скорости, так и при набросе статической нагрузки, при этом повыша« ется надежность. устройства.

l15 .!14 !

1159141

Ф1 йЯ8 yd

Фиг. Ю

Заказ 3606/55 Тираж 646 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 N. Кряхтунова.

Редактор И.Рыбченко Техред М.Пароцай Корректор И.Эрдейи