Электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателями с двухзоннь(м управлением частотой вращения . Повьшение надежности обеспечивается тем, что контур регулирования, ofipasoBaHHbm регулятором 16 напряжения , вентильным преобразователем 3 и датчиком 9 напряжения, обеспечивает стабилизацию коэффициента передачи прямого канала усиления при изменениях коэффициента передачи преобразователя 3, связанных с изменением напряжения сети, а также служит для частичной динамической компенсации запаздываний в преобразователе 3, Кроме того , осуществляется защита от опрокидывания инверторного режима путем сравнения на входе блока 14 сравнения сигналов с выхода блока 13 нелинейности и сигнала с выхода датчика I7 амплитуды напряжения сети. При приближении соотношения амплитуды напряжения сети и ЭДС электродвигателя к с Ф опасному пределу на выходе блока J.4 сравнения появляется положительный сигнал, на выходе блока 18 нелинейС ности появляется сигнал, который, поступая на вход управления ограничением блока 5, вызывает уменьшение тока возбуждения и ЗДС электродвигателя . 2 3. п. ф-ль. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) (511 4 Н 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И,ОТКРЫТИЙ

К А BTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3832053/24-07 (22) 27 ° 12,84 (46) 15.10.86. Бюл. 1(- 38 (71) Научно-производственное объединение 1Черметавтоматика (72) М.В.Мительман, E..Е.Зайцев и Т.М.Самсхсдкина (53) 62-83:621.314.5(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N9 568131, кл. Н 02 P 5/26, 1975 °

Анторское свидетельство СССР

9 782113, кл. H 02 P 5/06, 1978, (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателями с двухзонным управлением частотой нращения. Псньппение надежности обеспечивается тем, что контур регулирования, образованный регулятором 16 напряжения, вентильным преобразователем 3 и датчиком 9 напряжения, обеспечивает стабилизацию коэффициента передачи прямого канала усиления при изменениях коэффициента передачи преобразователя 3, связанных с изменением напряжения сети, а также служит для частичной динамической компенсации запаздываний в преобразователе 3. Кроме того, осуществляется защита от опрокидынания инверторного режима путем сравнения на входе блока 14 сравнения сигналов с выхода блока 13 нелинейности и сигнала с выхода датчика 17. амплитуды напряжения сети. При приближении соотношения амплитуды напряжения сети и ЭДС электродвигателя к опасному пределу на выходе блока 14 сраннения появляется положительный сигнал, на выходе блока 18 нелинейности-появляется сигнал, который, поступая на вход управления ограничением блока 5, вызывает уменьшение тока возбуждения и ЭДС электродвигателя. 2 з.п.ф-лы. 5 ил.

64287

1 12

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателями постоянного тока в схемах электроприводов с двухзонным управлением частотой вращения главных приводов прокатных станов, экскаваторов и других ответственных.механизмов, Цель изобретения — повышение надежности и КПД электропривода °

На фиг,I изображена функциональная схема электропривода постоянного тока; на фиг,2 — схема первого адаптивного фильтра; на фиг.3 — схема второго адаптивного фильтра; на фиг.4 — схема блока. регулируемого ограничения; на фиг.5 — схема интегратора с регулируемой постоянной времени.

Электропривод (фиг.l) содержит электродвигатель 1, обмотка 2 возбуждения которого подключена к вентильному преобразователю 3, в цепь управления которого включены последовательно соединенные задатчик 4 минимального тока возбуждения, блок 5 регулируемого ограничения и регулятор

6 тока возбуждения с подключенным к его входу датчиком 7 тока возбуждения, датчики 8 и 9 тока якоря и напряжения возбуждения, сумматор 10, фильтры 11 и )2, блок 13 нелинейности с характеристикой типа зоны нечувствительности с выделением модуля и блок 14 сравнения, Электропривод со-. держит также датчик 15 напряжения на якоре электродвигателя, регулятор 16 напряжения возбуждения, датчик 17 амплитуды напряжения сети, блок 18 нелинейности с характеристикой типа зоны нечувствительности и блок 19 выделения модуля, при этом фильтр 11 выполнен адаптивным с фильтрацией сигналов высокой частоты, а фильтр

l2 — адаптивным с фильтрацией сигналов низкой частоты, регулятор 16 напряжения возбуждения включен между регулятором 6 тока возбуждения и управляющим входом вентильного преобразователя 3 и его второй вход соединен с выходом датчика 9 напряжения возбуждения, выход которого вместе с выходом датчика 7 тока возбуждения подключен к входам сумматора !О, соединенного своим выходом с входами адаптивных фильтров 11 и 12, управляющие входы которых соединены с выходом датчика 7 тока возбуждения, выход адаптивного фильтра 11 подключен к дополнительному входу регулятора 7 тока возбуждения, выхоц адаптивного фильтра 12, как и выход блока нели5 нейности 18, — к входу управления ограничением блока 5 регулируемого ограничения, второй вход которого через блок 19 выделения модуля соединен с датчиком 8 тока якоря, причем

10 вход блока 18 нелинейности через блок

14 сравнения связан с выходами датчпка 17 амплитуды напряжения сети и блока 13 нелинейности, вход которого подключен к выходу датчика 15 напря15 жения на якоре; якорь электродвига- теля 1 подключен к вентильному пре--. образователю 20, Адаптивный фильтр 11 (фиг.2) содержит интегратор 21 с регулируемой

20 постоянной времени и последовательно соединенные усилители 22 и 23, вход первого иэ которых является входом фильтра, а выход второго — его выходом, при этом ингегратор 21 включен.

25 в цепь обратной связи усилителей

22 и 23, а его вход изменения по- стоянной времени через блок 24 нелинейности соединен с управляющим входом фильтра, 30, Адаптивный фильтр 12 (фиг.3) содержит апериодическое звено с регулируемой постоянной времени, выполненное в виде операционного усилителя

5 Вхор, и выход которого являются соответственно входом и выходом фильтра, а в цепь обратной связи включен резистор 26, вывод которого, подключенный к выходу усилителя 25, соединен с одним из выводов резистора 27, 40 второй вывод которого через конденсатор 28 подключен к входу усилителя

25 и к стоку полевого транзистора 29 с изолированным затвором, исток которого подключен к общей шине, а затвор — к выходу блока 30 нелинейнос" ти, вход которого является управляющим входом фильтра, На входе операционного усилителя 25 включен резистор 31, Блок 5 регулируемого ограничения (фиг.4) содержит пропорциональный усилитель 32, инвертирующий вход которого соединен с катодами диодов 33 и 34. Ограничивающий вход пропорционального усилителя 32 присоединен к выходу источника 35 противофазных подпирающих напряжений. Аноды диодов

33 и 34 являются входами блока. Вхо1264287 ды источника 35 противофазных подпирающих напряжений являются входами управления ограничением. Выход пропорционального усилителя 32 является выходом блока. 5

Интегоатор 21 с регулируемрй постоянной времени (фиг.5) содержит операционный усилитель 36, вход которого присоединен к первому выводу резистора 37, второй вывод которого яв- 1О ляется входом интегратора, и через конденсатор 38 — к первому выводу резистора 39 и стоку полевого транзистора 40 с изолированным затвором, которые вместе образуют делитель напря- 5 жения. Исток полевого транзистора 40 присоединен к общей шине, а затвор к входу, который является управляющим входом интегратора. Второй вывод второго резистора 39 присоединен к 20 выходу операционного усилителя 36, который также является выходом интегратора.

Электропривод работает следующим образом. 25

При отсутствии напряжения на выходе преобразователя 20 в цепи якоря и после длительной стоянки ток в цепи якоря электродвигателя 1 отсутствует, Поэтому напряжение на выходе дат-ЗО чика 8 тока якоря и блока 19 выделе- ния модуля отсутствует, а сигнал задания управления ограничением блока

5 регулируемого ограничения определяется только сигналом, поступающим с выхода эадатчика 4 минимального тока возбуждения. При этом на выходе блока 5 регулируемого ограничения находится минимальный сигнал, который обуславливает минимальные сигналы на 4О выходах регулятора 6 тока возбуждения, регулятора 16 напряжения возбуждения и вентильного преобразователя 3 в цепи обмотки 2 возбуждения.

Ток в обмотке 2 возбуждения электродвигателя минимален, что обуславливает минимальный нагрев обмотки 2. В этом режиме сигналы на выходах датчика 7 тока возбуждения и датчика 9 напряжения возбуждения равны и на выхо-gp де сумматора 10 сигнал равен нулю, а следовательно, равны нулю сигналы на выходах первого фильтра 11 и 12.

При нулевом напряжении на якоре электродвигателя 1 равны нулю сигналы. на выходе датчика 15 напряжения на якоре и на выходе третьего блока 13 нелинейности. Сигнал с выхода блока

13 нелинейности сравнивается в блоке

14 сравнения с сигналом, поступающим с выхода датчика 17 амплитуды напряжения питающей сети переменного тока, не равным нулю, В результате на выходе блока !4 сравнивания сигнал отрицателен, следовательно, на выходе блока 18 нелинейности сигнал отсутствует. Таким образом, сигналы на входах управления ограничением отсутствуют.

В этом режиме блок 5 регулируемого ограничения (фиг.4) работает следующим образом. При отсутствии сигналов на входах управления ограничени-ем сигнал на выходе источника 35 противофазных напряжений определяется сигналом, поступающим от источника постоянного напряжения (на фиг.4 источник постоянного напряжения не указан), является максимальным и не ограничивает сигнал на выходе пропорционального усилителя 32. В результате на выходе блока 5 регулируемого ограничения получается сигнал, пропорциональный сигналу задания минимального тока возбуждения, поступающему с выхода задатчика 4, так как сигнал на выходе блока 19 выделения модуля отсутствует.

При разгоне якоря электродвигателя растет ток на выходе преобразователя 20, появляется сигнал на входе датчика 8 тока и блока 19 выделения модуля. Когда сигнал на выходе блока 19 выделения модуля становится больше сигнала на выходе задатчика 4, диод 33 в схеме блока 5 регулируемого ограничения запирается, а диод 34 отпирается и сигнал на выходе, блока

5 регулируемого ограничения определяется сигналом на выходе блока 19 выделения модуля. При этом начинают расти напряжения на выходе регуляторов 6 и !6 тока возбуждения и напряжения возбуждения, на выходе вентильного преобразователя 4 и датчиков 9 напряжения возбуждения. Под действием напряжения на выходе вентильного преобразователя 3 начинает расти ток в обмотке 2 возбуждения. Так как ток обмотки 2 вследствие ее индуктивнрсти растет медленнее, чем напряжение, то напряжение на выходе датчика 7 тока возбуждения растет медленнее, чем на выходе датчика 9 напряжения возбуждения. Поэтому на выходе сумматора 10

5 1264 появляется сигнал, который пропорционален

+ b,R>xв), где U — напряжение на обмотке 2 вози буждения;

R = сопротивление обмотки 2 воза буждения в холодном состоянии; 10 ток в обмотке 2 возбуждения; — индуктивность рассеяния об5 мотки 2 возбуждения; hlв — число витков обмотки возбуждения; l5 п — полезный магнитный поток; йвв= йС кв — изменение сопротивления обмотки 2 возбуждения под действием нагрева;

c6 — температурный коэффициент меди °

Адаптивный фильтр 11, являющийся реальным дифференцирующим звеном, образует на выходе сигнал, равный 25 -в,„<1 пв в ° в

+ 9

9 Д Ь Qg2 так как относительно медленно меняющаяся составляющая при дифференцировании становится практически равной нулю.

Сигнал с выхода фильтра 11 поступает на вход регулятора 6 тока возбуждения, в результате чего обеспечивается динамическая стабилизация

35 контура регулирования тока возбуждения. Дифференцирование осуществляется за счет включения в прямой канал двух пропорциональных усилителей 22 и 23, а в канал обратной связи — ин- 40 тегратора 21 с регулируемой постоянной времени (фиг.2). Регулирование постоянной времени, которая определяется сопротивлением резистора 37 и емкостью конденсатора 38 (фиг,5), осуществляется за счет изменения условий заряда конденсатора 38. Изме- нение условий заряда осуществляется за счет изменения напряжения на выходе делителя напряжения, состоящего иэ резистора 39 и полевого транзистора 40, на затвор которого поступает сигнал с выхода датчика 7 тока возбуждения, обработанный с помощью блока 24 нелинейности, Это изменение па"5 раметров цепи заряда конденсатора 38 приводит к изменению эквивалентной постоянной времени фильтра в соответ287 Ь ствии с изменениями электромагнитнои постоянной времени обмотки возбуждения. В результате обеспечивается стабилизация формы переходных процессов, что обеспечивает повышение надежности.

Адаптивный фильтр 12 (фиг,3) является апериодическим звеном с регулируемой постоянной времени и служит для выделения из сигнала, поступающего с сумматора 10, составляющей, пропорциональной Ь дг.„К

Сигнал с выхода фильтра 12 поступает на вход управления ограничением блока 5 регулируемого ограничения и служит для ограничения задания на ток возбуждения в зависимости от нагрева обмотки 2 возбуждения. При этом уменьшается напряжение на выходе источника 35 (фиг.4) и, следовательно, напряжение на выходе блока 5 регулируемого ограничения. В результате ограничивается нагрев обмотки 2 возбуждения и повьппается надежность.

Изменение постоянной времени адаптивного фильтра 12 осуществляется за счет изменения условий заряда конденсатора 29, которое осуществляется путем изменения напряжения на выходе делителя напряжения, образованного резистором 27 и полевым транзистором

29. Блок 30 нелинейности формирует при этом закон изменения сопротивления перехода сток — ист6к полевого транзистора 29 таким образом, чтобы частота среза адаптивного фильтра 12 менялась пропорционально изменению электромагнитной постоянной времени обмотки 2 возбуждения.

Контур регулирования, образованный регулятором 16 напряжения, вентильным преобразователем 3 и датчиком 9 напряжения, обеспечивает стабилизацию коэффициента передачи прямого канала усиления при изменениях коэффициента передачи преобразователя 3, связанных с изменением напряжения сети, а также служит для частичной динамической компенсации запаздываний В преобразователе 3.

В результате также повьппается стабильность переходных процессов и; следовательно, надежность работы электропривода.

В электроприводе для повьппения

его надежности предусмотрена также защита от опрокидывания инверторного режима преобразователя 20 при воз1264287 никновении недопустимого соотношения между ЭДС якоря электродвигателя и амплитудой переменного напряжения, подведенного к сетевым зажимам преобразователя 20. Эта защита осуществляется путем сравнения на входе блока

14 сравнения сигналов с выхода блока

13 нелинейности и сигнала с выхода датчика 17 амплитуды напряжения сети.

При приближении соотношения амплиту- Io ды напряжения сети и ЭДС электродвигателя к опасному пределу на выходе блока 14 сравнения появляется положительный сигнал, на выходе блока 18 нелинейности появляется сигнал, кото- t5 рый, поступая на вход управления ограничением блока 5, вызывает уменьшение тока возбуждения и ЭДС электродвигателя.

В результате применения изобретения повышается КПД и надежность электропривода постоянного тока °

Формула изобретения

2%

1. Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, обмотка возбуждения которого подключена к вентильному преобразователю, в цепь управления которого включены последо- ЗО вательно соединенные задатчик мини- . мального тока возбуждения, блок регулируемого ограничения и регулятор тока возбуждения с подключенным к его входу датчиком тока возбуждения, дат35 чики тока якоря и напряжения возбуждения, сумматор, два фильтра, блок нелинейности с характеристикой типа зоны нечувствительности с выделением модуля и блок сравнения, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности и КПД, в него введены датчик напряжения на якоре электродвигателя, регулятор напряжения воз-. буждения, датчик амплитуды напряже45 ния сети, второй блок нелинейности с характеристикой типа эоны нечувствительности и блок выделения модуля, при этом первый фильтр выполнен адаптивным с фильтрацией сигналов высо58 кой частоты, а второй — адаптивным с фильтрацией сигналов низкой частоты, регулятор напряжения возбуждения включен между регулятором -.îêà возбуждения и управляющим входом вен-- 55 тильного преобразователя и его второй вход соединен с выходом датчика напряжения возбуждения, выход которого вместе с выходом датчика тока возбуждения подключен к входам сумматора, соединенного своим выходом с входами обоих адаптивных фильтров, управляющие входы которых соединены с выходом датчика тока возбуждения, выход первого адаптивного фильтра подключен к дополнительному входу, регулятора тока возбуждения, выход второго адаптивного фильтра, как и выход второго блока нелинейности, — к входу управления ограничением блока регулируемого ограничения, вторбй вход которого через блок выделения модуля соединен с датчиком тока якоря, причем вход второго блока нелинейности через блок сравнения связан с выходами датчика амплитуды напряжения сети и первого блока нелинейности, вход которого подключен к выходу датчика напряжения на якоре.

2. Электропривод по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что первый адаптивный фильтр содержит интегратор с регулируемой постоянной времени и два последовательно соединенных пропорциональных усилителя, вход первого из которых является входом фильтра, а выход второго — его выходом, при этом интегратор включен в цепь обратной связи усилителей, а его вход изменения постоянной времени через блок нелинейности соединен с управляюшим входом фильтра.

3. Электропривод по нп.! и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что второй адаптивный фильтр содержит апериодическое звено с регулируемой постоянной времени, выполненное в виде операционного усилителя, вход и выход которого являют"я соответственно входом и выходом фильтра, а в цепь обратной связи включен резистор, вывод которого подключен к выходу усилителя и соединен с одним из выводов второго резистора, второй вывод которо-, го через конденсатор подключен к входу усилителя и к стоку полевого транзистора с изолированным затвором, исток которого подключен к общей шине, 4 а затвор — к выходу блока нелинейности, вход которого является управляющим входом фильтра.

1264287

Составитель В, Кузнецова

Техред Б.Кадар Корректор M. Самборская

Редактор К. Волощук

Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113()35, Москва, 8-35, Раушская наб,, д. 4/5

Заказ 5571/55

Производственно-цолигра41>ическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4