Электропривод с автономным источником питания

 

Изобретение относится к электротехнике и касается систем регулирования частоты вращения и мощности электродвигателей постоянного тока, Цель изобретения - улучшение энергетических показателей электропривода, Устр-во содержит электродвигатель 1, вентильный преобразователь 2, синхронный генератор 3, обмотку возбуждения 4, подключенную к возбудителю (Л ю 00 с ел QO

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (lQI SU (ill (50 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3791284/24-07 (22) 07.06.84 (46) 07,06,86, Бюл. II- 21 (71) Ленинградское электромашиностроительное производственное объеди- нение "Электросила" им. С.М.Кирова (72) А,Е, Козярук (53) 62-83: 62 1 ° 314. 5 (088 ° 8) (56) Рукавишников С,Б, Автоматизированные гребные электрические установки, -Л.: Судостроение, 1983, с.178-204. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД С АВТОНОМНЬ1М ИС

ТОЧНИКОМ ПИТАН1И (57)Изобретение относится к электротехнике и касается систем регулирования частоты вращения и мощности электродвигателей постоянного тока.

Цель изобретения — улучшение энергетических показателей электропривода.

Устр-во содержит электродвигатель 1, вентильный преобразователь 2, синхронный генератор 3, обмотку возбуждения 4, подключенную к возбудителю

1236э9ч ил, 5 двигателя, Цепь управления возбуждением двигателя состоит иэ эадатчика 6 управляющего сигнала, управляемого ключа И 22, задатчика 8 интенсивности, регулятора частоты вращения (РЧВ 9, регулируемого блока ограничения {80} 10 регулятора 11 тока якоря, регулятора 12 тока воз- буждения и вентильного возбудителя

13 генератора, Кроме того, в цепь управления включены задатчик 14 тока возбуждения,. реверсор 15, регулятор

16 мощности, сумматор 17, регулятор

18 тока возбуждения, блок 19 определения режима работы, датчик частоты вращения (ДЧВ ) 20 и датчик 21 тока . возбуждения, датчик 24 тока якоря, датчик 28 тока возбуждения генератора. Введение порогового элемента

),ПЭ ) 29 и управляемого блока переИзобретение относится к электротехнике и касается систем регулирования частоты вращения и мощности электродвигателей постоянного тока, %, применяемых в различного рода транспортных установках, например на судах.

Цель изобретения — улучшение энергетических показателей злектропривода, На фиг,l представлена блок-схема электропривода; на фиг.2 — характе— ристика пороговых устройств; на фиг ° 3- схема подключения сигналов 15 блока определения режима работы; на фиг.4 — вариант реализации блока опредепения режима работы; на фиг.5— вариант реализации порогового устройства, 20

Электропривод содержит электродвигатель 1 постоянного тока, якорная обмотка которого через вентильный преобразователь 2 подлючена к синхронному генератору 3, а обмотка 4 возбуждения — к возбудителю 5 двига теля, включенные в цепь управления возбуждением синхронного генератора 3 последовательно соединенные задатчик

6 управляющего сигнала, управляемый 30 ключ 7, задатчик 8 интенсивности, ключения (УГ>П ) 30, подключение коммутируемых входов к ДЧВ 20 и датчику ?5 мощности, а выхода к входу

РЧВ 9 обеспечивает оптимальные режимы работы двигателя за счет поддержания мощности в любом диапазоне регулирования и защиты от перегрузки, Основное регулирование режимов работы двигателя осуществляется по каналу возбуждения генератора, Для обеспечения режима регулирования на вход

РЧВ 9 подается от УБП 30 либо сигнал мощности, потребляемой двигателем, от Д)) 25, либо сигнал частоты вращения ДЧВ 20, Точка переключения закона управления определяется настройкой

ПЭ 29. Ограничение выхода РЧВ 9 осуществляется БО 10 по сигналу функционального преобразоватля 27, 5 регулятор 9 частоты вращения с включенным в цепь его обратной связи регулируемым блоком 1О ограничения, регулятор )1 тока якоря, регугя "op 12 тока возбуждения генератора и вентильный возбудитель )3 генератора, включенные в цепь управления возбуждением электродвигателя задатчик 14 тока возбуждения, реверсор 15, регулятор )6 мощности, сумматор 17 и регулятор 18 тока возбуждения электродвигателя, блок 19 определения режима работы, входы которого соединены

r задатчиком 6 управляющего сигнала, датчиком 20 частоты вращения и датчиком 21 тока возбуждения электродви гателя,, а вьгход — с управляюшими входами управляемыхключей, един из которых ключ 7, а другой — ключ 22, включенный между входом сумматора )7 и выходом порогового элемента 23, вход которого подключен к выходу датчика 24 тока якоря, датчик 25 мощнос— ти, выход которого через второй пороговый элемент 26 соединен с входом регулятора 16мощности,при этом управляюший вход регулируемого блока 10 ограничения связан через функциональный преобразователь 27 с датчи-. ком 20 частоты вращения, входы регулятора 11, )2 и 18 тока якоря, .тока

3 1236 возбуждения генератора и тока возбуждения электродвигателя соединень| соответственно с датчиками 24, 28 и 21 соответственно тока якоря, тока возбуждения генератора и тока возбуж- 5 дения электродвигателя, а управляющий вход реверсора 15 соединен с выходом задатчика 6 управляющего сигнала.

Электропривод содержит также третий пороговый элемент 29 и управляемый блок 30 переключения, коммутируемые входы которого соединены соответственно с датчиком 20 частоты вращения и датчиком 25 мощности, выходс входом регулятора 9 частоты вращения, а управляющий вход через пороговый элемент 29 подключен к выходу .задатчика 8 интенсивности, Датчик 25 мощности представляет собой блок перемножения, входы которого соединень| с датчиком 24 тока якоря и датчиком 31 напряжения, 25

Блок 30 переключения представляет собой контактное или бесконтактное устройство, В конкретной реализации это узел из двух реле, обмотки которых подключены к источнику напряжения при включении контактов "Вперед", ГАЗО

"Назад" задатчика управляющего сигнала, а контакты реле подключают на вход регулятора 16 мощности сигнал задания тока возбуждения от задатчика 14, 35

Блок 30 переключения может быть реализован также з а счет введения в канал регулирования тока возбуждения инвертирующего операционного усилителя по команде "Назад" от задатчика управляющего сигнала.

Пороговые элементы 23, 26 и 29 представляют собой элементы с регулируемой установкой и коэффициентом усиления Kl, К2, К3 (фиг,2). Реализу-4 ются они на операционном усилителе.

Вариант реализации представлен на фиг, 5 °

Функциональный преобразователь 27 осуществляет ограничение выходного сигнала регулятора 9 частоты вращения мощности1 в функции частоты вращения электродвигателя. Конкретная настройка его определяется техническими характеристиками системы, Реализуется он на операционном усилителе с регулируемым начальным значением выходного напряжения и несколькими ступенчг91 4 ми изменения коэффициента усиления в цепи обратной связи, Электропривод работает следующим образом.

Режим работы электродвигателя 1 задается задатчиком 6 управляющего сигнала.

Сигнал задания через управляемый ключ 7 поступает на задатчик 8 интенсивности и далее на регулятор 9

l частоты вращения 1,мощности), на регулятор 11 тока якоря, регулятор 12 тока возбуждения генератора, откуда сигнал управления поступает на систему управления вентильного возбудителя 13 генератора 3, осуществляя при реализации принципа последовательной коррекции регулирование величины напряжения синхронного генератора 3, а значит и величины напряжения питания якоря электродвигателя 1.

Вторым каналом регулирования является цепь возбуждения электродвигателя, в которой осуществляется изме,нение направления и величины тока возбуждения посредством реверсивного возбудителя 5. Ввиду большой мощности такого типа установок, отсугствия жестких требований к динамическим характеристикам и в связи с жесткими требованиями по весогабаритным показателям, реверс осуществляется по цепи возбуждения, Сигнал управления (задания номинального значения тока возбуждения) поступает на вход системы управления гозбудителя 5 от задатчпка 14.тока возбуждения через реверсор 15, регулятор 16 мощности, сумматор 17 и регулятор 18 тока возбуждения °

Геверсор 15 управляется сигналом от задатчика 6 управляющего сигнала и, в зависимости от требуемого направления вращения (вперед, назад), подключает на вход регулятора !6 мощности сигнал задания тока возбуждения соответствующего знака и постоянной величины, соответствующей номинальному значению тока возбуждения, При превышении величиной мощности допустимых значений, что определяется настройкой порогового элемента 26, на регулятор 16 мощности поступает сигнал на снижение тока возбуждения двигателя.

В режиме реверса электродвигателя, учитывая специфику транспортных установок, на которых установлен рассмат1236594

20 Ниже поясняется работа блока 19 определения режима работы для упрощенного варианта реа»изножии„ когда логические сигналы задания от поста управления не используются (фиг.3).

Здесь ) =1, если ток возбуждения двигателя I >О, 1 — О, если 1 л 4 О, 8Д

K)> = 0, если jG3() Ы„,)>, Я = О, если

СО О; С3, = l, если Ы;0; C0 = О; если Ы? 0;,;) =- l, если сэ О.

Здесь С0 — частота вращения двигателя; ц „„ = 0,01 Ы ол, — пороговое значение частоты вращения, определяющее момент переключения электропривода на режим протпвовключения; Q, и 55 дискретные 1 логические) сигналы

Z от дат-|ика частоты вращения, определяемые направлением вр:щения, риваемый тип привода, например судов, возникает специфичный режим работы электродвигателя, в результате чего ток возбуждения двигателя изменяет свой знак по сигналу с задатчика управляющего сигнала, а направление вращения электродвигателя сохраняется прежним из-за того., что движущееся по инерции судно вращает электродвигатель из-за рабочего механизма (гребного винта) в режиме гидротурбины. В этом случае электродвигатель работает в режиме динамического торможения по цепи якоря через вентили

15 выпрямителя 2, и ток электродвигателя может достигать недопустимо больших значений, Для ограничения величины тока в эгом режиме предусмотрен блок !9 определения режима работы, на входы которого поступают сигналы от задатчика управляющего сигнала "Вперед", "Назад" ) и сигналы знака тока возбуждения двигателя от датчика 21 тока возбуждения и направления вращения и величины скорости электродвигателя от датчика 20 частоты вращения, преобразовывающего сигнал от тахогенератора, В случае несовпадения требуемых

30 знаков тока возбу>кдения и направления вращения блок 19 определения режима работы выдает сигнал на отктпочение через управляемый ключ 7 сигнал» задания тока возбуждения генератора (а значит напряжения на выходе генератора), и подключение через управляемый «люч 22 контура ограничения тока возбуждения (а значит и тока цепи якоря электродвит ателя ) °

Логика работы блока определения ре>кима работы объясняется таблицей, ! Т

5. In <, ы лУ ) ГУ

r2, t0<

О 0 О О ) О

О 1 О

О 0

О 0

О

О: 1

О О 1

О ) О

0 О О 1

О 1 О 1

О 1 1 О )

l О О 1 О

1 О

П р и м е ч а н и е, ЛУ и ЛУ— прямой и инвертированный сигналы на выходе блока, регулирования электродвигателя на вход регулятора 9 подается от управ.яемого блока переключения либо сиг— пал мощности, потребляемой электродвигателем от датчика 25 мощности, либо сигнал частоты вращения от датчика 20 частоты вращения.

Точка переключения закона управления определяется настройкой порогового элемента 29. Функциональное ограничение выхода регулятора 9 скорости (мощнос7и ) и, значит, ограничение тока якоря осуществляется блоком

10 ограничения по сигналу функциов:альпого преобразователя 27, Блок определения режима работы реализуется на логических элементах

И-HJlH-НЕ (фиг.4) °

Допустимая величина тока якоря двигателя в режиме д;шампческого тор можения определяется настройкой порогoBÎI элемента 23.

Основное регулирование режимов работы электродвигателя осуществляется по каналу возбуждения генератора.

Для обеспечения комбипированного

FI зависимссти от задаваемого режима

7 12365

Типовой характеристикой ограничения является такая характеристика, когда при д = 0 обеспечивается задание тока стоянки двигателя (- 2 1 ц „

1 затем при изменении частоты вращения до cD =(О, 1 - 0,2)(д „„,„ ограничение задание } тока изменяется линейно от

2 1 ном до I н и далее при увели чении cD задание тока ограничивается

1 величиной 1 „,„ l0

Использование изобретения в гребных установках обеспечивает поддержание частоты вращения гребного электродвигателя до выхода ГЭУ на ограничение по мощности с регулируемой в функции сигнала задания точкой переключения принципа регулирования, что .в свою очередь обеспечивает хорошие маневренные качества судна при малых значениях частоты вращения гребного электродвигателя, оптимизацию режимов работы энергетической установки по минимуму расхода топлива при ходе на волнении и установившемся движении во льдах, а также обеспечивает режим поддержания мощности, отбираемой от первичного двигателя в любом диапазоне регулирования (перестраиваемая установка принципа .регулирования), что обеспечивает защиту первичного двигателя от перегрузки в предельных режимах и стабилизацию мощности первичного двигателя (а значит улучшение условий эксплуатации и надежности), Формула изобретения

Электропривод с автономным источ- 4О ником питания, содержащий электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого через вентильный преобразователь подключена к синхронному генератору, а обмотка возбужденияк возбудителю электродвигателя, включенные в цепь управления возбуждением синхронного генератора последовательно соединенные задатчик управляющего сигнала, управляемый ключ, задатчик интенсивности, регулятор частоты вра" щения с включенным в цепь его обратной связи регулируемым блоком ограничения, регулятор тока якоря, регулятор тока возбуждения генератор .и вентильный возбудитель генератора, включенные в цепь управления возбуждением электродвигателя эадатчик тока возбуждения, реверсор, регулятор мощности, сумматор и регулятор тока возбуждения электродвигателя, блок определения режима работы, входы которого -соединены с задатчиком управляющего сигнала, датчиком частоты вращения и датчиком тока возбуждения электродвигателя, а выход — с управ" ляющими входами управляемых ключей, один из которых упомянутый, а второй включен между входом сумматора и выходом первого порогового элемента, вход которого подключен к выходу датчика тока якоря, датчик мощности, выход которого через второй пороговый элемент соединен с входом регулятора мощности, при этом управляющий вход регулируемого блока ограничения связан через функциональный преобразователь с датчиком частоты вращения, входы регуляторов тока якоря, тока возбуждения генератора и тока возбуждения электродвигателя соединены соответственно с датчиками тока якоря, тока возбуждения генератора и тока возбуждения электродвигателя, а управляющий вход реверсора соединен с выходом эадатчика управляющего сигнала, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, в него введены третий пороговый элемент и управляемый блок переключения, коммутируемые входы которого соединены соответственно с датчиком частоты вращения и датчиком мощности, выход — с входом регулятора частоты вращения, а управляющий вход через третий пороговый элемент подключен к выходу задатчика интенсивности, 1236594 ие» и

4Ьг. Р

Му („ди

Составитель В, Кузнецова

Техред Л.Олейник Корректор Т, Колб

Редактор Е. Папп

Тираж 631 Подписное

Б11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раупская наб., д,4/5

Заказ 3096/57

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4