Электропривод постоянного тока с упругой механической связью между электродвигателем и механизмом

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах с упругой механической связью. Целью изобретения является повьшение надежности за счет увеличения эффективности демпфирования колебаний момента в упругой связи . при регулируемом магнитном потоке электродвигателя. Устройство содержит датчик магнитного потока 9, выход которого соединен с входами функциональных преобразователей 13 и 14, выходы которых соединены с входами генераторов 15 и 16. Выходы генераторов 15 и 16 через параллельновключенные диоды 20 к 22 и конденсаторы 71 (Л apF Lff.-l Со Ю сл а СП 1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„80„„! 325654

А1

61) 4 Н 02 Р 5/06 (2 г 0.

»УЯ р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ --- -;-.;„„ »

К А ВТОРСНОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

С УПРУГОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СВЯЗЬЮ МЕЖДУ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ И МЕХАНИЗМОМ (2l) 3935392/24-07 (22) 30.07.85 (46) 23,07.87.Бюл. У 27 (71) Производственное объединение

"Уралмаш" и Харьковский автомобильно-дорожный институт (72) Б.В.Ольховиков, В.П.Толстоган, А.Б.Розенцвайг и Д.А.Каминская (53) 62. 83:721.314.5 (088.8) (56) Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г.

Тиристорные системы электропривода с упругими связями. — Л.: Энергия, 1979, с.59,82.

Авторское свидетельство СССР

У 203038, кл. Н 02 P 5/06, 1965.

Ольховиков Б.В. и др. Оптимизация

CAP тиристорного электропривода подъема при случайной нагрузке.

Известия вузов. Горный журнал, 1982, В 9, с.104-108. (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах . с упругой механической связью. Целью изобретения является повышение надежности за счет увеличения эффективности демпфирования колебаний момента в упругой связи при регулируемом магнитном потоке электродвигателя. Устройство содержит датчик магнитного потока 9, выход которого соединен с входами функциональных преобразователей 13 и !4, О выходы которых соединены с входами @ генераторов 15 и 16. Выходы генераторов 15 и 16 через параллельно- вклю ченные диоды 20 и 22 и конденсаторы

1325654

21 и 23 соединены с входами аналоговых ключей 17 и 18. Этим обеспечивается изменение постоянных времени

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам с упругой механической связью, требующим ограничения электрических и механических нагрузок в процессе пуска, торможения при рабочем процессе и может быть использовано, например, в.электропрнводах механизмов экскаваторов, прокатных станов, металлорежущих станков °

Цель изобретения — повышение надежности за счет увеличения эффективности демпфирования колебаний момента в упругой связи при регулируемом магнитном потоке возбуждения.

На фиг.1 приведена функциональная схема электропривода; на фиг.2 амплитудно-частотные характеристики в виде отношения амплитуды момента в упругой связи 11, к амплитуде возму; щающего момента М в Функции отно6 яения частоты возмущающего момента

ыв к частоте собственньм колебаний у недемпфированной двухмассовой мехао нической системы с упругой связью; на фиг.3 — зависимости коэффициента динамичности момента в упругой связи 1 1, в режиме резонанса от обобщенного безразмерного параметра ; на фиг.4 — оптимальные зависимости относительных значений постоянных времени и 7 цепи гибкой обратной связи по току от параметра у на фиг.5 — кривая выходного напряжения генераторов 15 и 16; на фиг.б и 7 — примеры выполнения диодных функциональных преобразователей 13 и 14 соответственно.

Электропривод постоянного тока (Фиг.1) с упругой механической связью

1 между электродвигателем 2 и механизмом 3 содержит подключенный к якорной цепи электродвигателя 2 вентильный преобразователь 4, в цепь управления которого включены последовательно соединенные пропорциональный регулятор 5 частоты вращения с цепи гибкой обратной связи по току якоря в функции магнитного потока электродвигателя, 7 ил.

" блоком ограничения и пропорционально-интегральный регулятор 6 тока с подключенйыми к их входам соответственно датчиками 7 и 8 частоты враще5 ния и тока, дифференцирующий усили тель 9, выход которого подключен к датчику 8 тока, а выход соединен с входом регулятора 5 частоты вращения, а также вентильный преобразователь 10, 0 подключенный к обмотке 11 возбуждения электродвигателя, и датчик 12 магнитного потока. Электропривод, кроме того, содержит функциональные преобразователи 13 и 14, генераторы

15 и 16 управляющего напряжения, управляемые аналоговые ключи 17 и 18, имеющие общую точку 19, и две цепи из параллельно включенных диода и конденсатора." первая — иэ диода 20 и

20 конденсатора 21 вторая — из диода 22 и конденсатора 23. При этом выход датчика 12 магнитного потока соединен с входами функциональных преоб разователей 13 и 14, выходы которых

25 подключены к входам соответствующих генераторов 15 и 16 управляющего напряжения, выход первого из которых через цепь из параллельно включенных диода 20 и конденса ора 21 соединен с управляющим входом аналогового клю-ча 17, включенного во входную цепь дифференцирующего усилителя 8, а выход генератора 16 управляющего напря>кения через цепь из параллельно вклю35 ченных диода 22 и конденсатора 23 соединен с управляющим входом аналогового ключа 18, включенного в цепь обратной связи дифференцирующего усилителя 9. Дифференцирующий усилитель

9 образован усилителем 24, во входную цепь которого включены резистор

25 и конденсатор 26, а в цепь обратной связи усилитель 27. Функциональный преобразователь 13 реализует зависимость

3 l3?5654 а функционалыппт преобразователь l 4 зависимость

/jj

Р5" бх+ Ь " бм (/ Ц бьв Фр бил (а

С2 К2 с 4

p) Ч

6 К1 в

Ыg (Г

К р о

M (р) и Тст

1+ РТФ

Где =

011 4 л —. ---- °

6 х 2 К 3 К„

Кривая 28 (фиг . 2) соответствует амплитудно-частотяой характеристике без гибкой отрицательной обратной связи, кривые 29 и 30 получены при введении этой обратной связи, причем кривая 29 соответствует оптимальному значению постоянной времени Т при

T4,((Т,, а кривая 30 — оптимальному сочетанию постоянных времени Т

10 и Т + цепи гибкой обратной связи с передаточной функцией

1I стр

u sxo с=с,— 6

bx 2s

АФ 22

R = Р27Тсср коэффициенты пропорциональности, определяемые параметрами устройства (числовые индексы здесь и далее при параметрах соответствуют порядковому номеру элемента на схеме); — входное напРяжение функциональных преобразователей 13 и 14, равное выходному напряжению датчика потока

012

30 опорное напряжение; емкость конденсатора

26 на входе дифференцирующего усилителя 9;

- сопротивление резистора 25 на входе дифференцирующего усилителя

9; — частота собственных колебаний УпРУгой механи-40 ческой системы; коэффициент усиления датчика 12 магнитного потока; сопротивление резисто- 45 ра 27 в цепи обратной, связи дифференцирующего усилителя; — коэффициенты пропорциональности аппрокси 50 мирующих кривых (фиг.4); — начальное значение постоянной времени

Цепи гибкой обратной связи ло току при нулевом сигнале на выходе датчика 12 магнитного потока (фиг.4).

И р макс

К

4 М (2) обобщенный безразмерный параметр

М =

9,, (3) где 8р — электромеханическая постоянная времени электродвигателя, которая для системы подчиненного регулирования с пропорциональным регулятором частоты вращения определяется зависимостью

Кривые 31 — 33 (фиг.3) соответствуют оптимальным значениям постоянной вРемени Тс (пРи Т Ф «T, ), изменяемым в функции величины магнитного потока возбуждения электродвигателя; кривые 34. — 36 получены при оптимальном сочетании постоянных времени Т и ТФ. Кривые 31 и 34 соответствуют коэффициенту соотношения моментов инерции двигателя I и ме1

11 ханизма К = — — — = 0 4 кривые — Ф Э

32 и 35 — К = 0,6; кривые 33 и 36

К = 0,8. Кривые 37 и 38 (фиг.4.1 соответствуют оптимальному сочета"n нию постоянных времени Т ст сф «o и ТФ = — — — цепи гибкой связи о по току, имеющей передаточную функцию (1), при регулируемом магнитном потоке возбуждения ф (для коэффициента K2 = 0,8). На фиг.5 кривая 39 напряжения прямоугольной формы, вырабатываемого генераторами

14 и 15.

На фиг.6 приняты следующие обозначения: стабилизаторы 40-43, резисторы 44-48, инвертор 49; на фиг.7— стабилитроны 50-51, резисторы 52-55.

Коэффициент динамичности

1325654 где I„ кд„к„ы(6) 4 К Фв

КАш К с С, Х„К„, .. (7) 25 (l О) (9) ьх В 1т @ в момент инерции двигателя; коэффициенты передачи дат5 чиков тока и частоты вращенияФ коэффициент усиления регулятора частоты вращения;

К„ С, Ф " коэффициент пропорциональности между моментом и таком электродвигателя.

Из зависимостей (3),(4) и (5) следует,что величина параметра пропорциональна магнктному патоку возбуждения элеткродвигателя Ф в

20 где К коэффициент пропорциональности, который определяется соотношением

Относительные значения настоянных времени цепи гибкой связи по току определяются как

Электропривод работает следующим образом.

При изменении величины магнитного потока возбуждения Фв значение постоянной времени Т < изменяется . пропорционально изменению эквивалент- „ ного сопротивления резистора 25 во входной цепи усилителя 24, а значение постоянной времени Т, — пропорционально изменению эквивалентного сопротивления резистора 27 в цепи обратной связи этого усилителя., Для изменения эквивалентных сопротивлений резисторов 25 и 27 используют специализированные фильтры.

Эквивалентные значения сопротивлений резисторов 25 и 27 изменяются в зависимости ат соотношения интервалав времени, соответствующих замкнутому и разомкнутому состоянию ключей 17 и 18, включенных последоцательно с этими резисторами и управляемых генераторами !5 и 16 уп-. 1 авляющего напряжения, которые вырабатывают периодически изменяющееся па знаку напряжение прямоугольной формы 11в,,„ (кривая 39, фиг.5) с неизменным временем одного периода Т и регулируемым интервалам времени 7 на котором налряжение U,„,„ ïoëoæèòåJIüяо. Интервал времени . регулируется в зависимости ат величины напряжения, поступающего на вход генераторов от

Функциональных преобразователей 13 и 14, т.е. в зависимости от величины магнитного потока возбуждения двигателя @в, измеряемого датчиком 12.

По мере возрастания напряжения на входе генераторов длительность интервала времени < уменьшается.

Когда выходное напряжение U „„ гекератора 15 положительное, ояо через диод 20 поступает на управляющий вход ключа 17, и этот ключ размыкается. Когда выходное напряжение UI,<,„ генератора 15 отрицательное — диод

20 оказывается включенным в обратном направлении, при этом на управляющий вход ключа 17 напряжение не поступает, ключ 17 замкнут. При достаточно малом времени периода Т выходного напряжения генератора (фиг.51 эквивалентное эначекие сопротивления резистора 25 определяется соотношением где R>< — сопротивление резистора 25.

Характеристики функциональных преобразователей 13 и 14 определяются из условия обеспечения приведенного на фиг.4 оптимального сочетания постоянных времени Т „ и Т ь цепи гибкой отрицательной обратной связи по току якоря при изменении магнитного потока возбуждения электродвигателя.

Рассмотрим, как определяются.и реализуются эти характеристики.

Функциональный преобразователь 13 включен на выход датчика 12 магнитного потока возбуждения двигателя, т.е. напряжение ка его входе У „„ пропорционально магнитному потоку Фв. где К„ — коэффициент пропорциональности датчика потока.

Интервал времени 7,, на котором напряжение 11 „(„„I положительна (фиг.5 1, завйсит ат выходного напряПРи Фь 2 Ф

/ где оь1 и Ыг — коэффициенты пропорциональности. б) При Фь с Фьо

R R

Т

325 25 (13) где К 25 — сопротивление резистора 25.

Постоянная времени Тф цепи гибкой связи по току по уравнению (1), которая имеет передаточную функцию

Гф = сопаг. (18) уравнение виде о4 (U

ЬХ1ь

С учетом уравнения (11) (17) можно представить в

ТФ

wo 2

-U )- — — (U

Ьхо У2 ЬХ1Ь

) 1 (19)

ЬХо в Тст

w(p)

1+рт, (14) где U „, — напряжение на входе функционального преобразователя 13 при магнитном потокеФЬ =Ф

Приравнивая правые части уравнений 06) и (19), получаем характеристику функционального преобразователя 13, т.е. зависимость между его выходным U,„ и входным U x напряжениями

SSBHCHT OT COIIPOTHBJIeHHH R25: тф - С2 КЬ (15) где Сгь — емкость конденсатора 26. 35

Подставив в уравнение (15) выражения (12) и (13), получим

Тф С2Ь R25 2 ПСмс > (16)

1 ььо 1ь 40 (1„,„„,- а(и,„„) = =С2ь- R2, 2Псм щ и"о .(Пьх1Ь Пьх Ь )

Уравнение (20) можно представить в виде

1 (20)

Кг ("ЬХ1Ь ьхо)

12 . функционального преобразователя 13

Пьь,х, Е (П sx13 ) описывается уравнением (21l . На начальном участке прн

Ф ь (Фьо, на выходе функционального преобразователя 13 поддерживается неизменное максимальное напряжение соответствующее постоянЬью 15 макс сфо ной времени Т = — — — . Это напряфо

55 жение, согласно уравнению (16) определяется зависимостью

> (2 ) где коэффициенты а,, р и а определяются равенствами

% = С2ь 25 2Псмощ ао1

Ы1 Ы2 2 Д 2

К12

Таким образом, на рабочем участке при Фь Фь, характеристика

Сг,К, 2П,,„

ы (22)

ЬЬ1К 13 маКС Т фо

7 !325654 S женин функционального преобразова- т.е. постоянная времени Тф обратно теля 13 !1„,,„, i пропорциональна величине выходного

Uоь 11 напряжения функционального преобра(12) зователя 13 !!ьь„о

Относительная величина постоянной где И „, — постоянное по величине времени ф = Т, должна изменятьЬ о напряжение смещения ° ся в функции магнитного потока Ф

Ь

Когда напряжение генератора 15 по зависимости реализуемой .кривой 38 ИЬ,„ „ положительное, ключ 17 разомк- (фиг,4). Эта зависимость может быть нут, т.е. он разомкнут в течение !0 аппроксимирована уравнениями: интервала времени т по уравнению (12) .

При отрицательном напряжении

U ключ 17 замкнут. Эквивалент- "4= (Фь ьо) (Фь ьо) о4 э

Ьь х 16 ное сопротивление резистора 25 К25, (17) включенного последовательно с конденсатором 26 во входную цепь усилителя 24, определяется уравнением (!О), т ° е.

1325654 т„

Т дг о

m — — à — — !1 +

„> К ьх14 о (28) с 4 2

+- — -U ) +Т

К2 Ьх 14 С1О

ЬХ Л ВХ1Ь ВХ б

Характеристика функционального преобразователя 13, соответствующая равенствам (21) и (22) может бьггь реализована схемой, приведенной на фиг.6. При U = U „„ стабилитрон 40

ЬХ 1Ь заперт.На выходе поддерживается максимальное напряжение 0 „,„, „ „,, определяемое напряжением постороннего источника U<.

При Ивх лв Овх пробивается ста билитрон 40. При!

О

Эта зависимость может быть аппроксимирована уравнением ст B + B 9 д л дтпл (27) С учетом уравнения (231 это уравнение можно представить в виде (23)

Интервал времени д генератора 16

35 управляющего напряжения определяется уравнением, подобным уравнению (12) UВых « д Т (! — — — -) смдщ (24) Эквивалентное сопротивление резистора 27

Т 27 21 «Т 7 (25) где R» сопротивление резистора 27.

Постоянная времени Т„уравнения (1 4 ) опрецеляется зависимостью, подобной уравнению (16) 1

2U

Смлщ П

"Sblx 14 (26 }

TcT — Сг К г, . Относительная величина постоянной времени „= T, ж должна изменяться в функции магнитного потока Фь согласно кривой 37 (фиг.4). стабилитроны 4! — 43 заперты. Ток 15 проходит только через резисторы 44 и 45 во входной цепи сумматора, при этом по мере роста U „ „ напряжение

UBb < уменьшается, так как напряжение на резисторе 45 противоположно ZO по знаку напряжению U . .При UBx, =

П х пробивается стабилитрон 41, включенный на выходе инвертора 40.

Коэффициент усиления сумматора при этом уменьшается. По мере дальнейше- 5 го увеличения !! „„ пробиваются стабилитроны 42 и 43, что вызывает изменение знака суммарного входного сигнала на резисторах 44-48.

На функциональный преобразователь 30

14 поступает входное напряжение

U „ „ . Аналогично уравнению (11 ) СТ4 где Т (29)

Сто

О

Приравнивая правые части уравнений (26) и (28) получаем характеристику функционального преобразователя 14, т.е. зависимость

ЬЬ1Х 14 - (ЬХ 14} Ф (30) живых и С24К21 2 Ус""щ (31) 44 „г 1

К Г ьк14) <д сто

12 о з .

UBx 14+

12

Уравнение виде (221 можно представить в (32)

Ъ

Ь "ЬХ14 !В4 "ЬХ 14 + !В1 где

14 Сгв Кz> 2 БдмсщФ

"З Ь4

Л « .» ° д (1 °

Кл,, " Кг, Тдто °

Характеристика, соответствующая уравнению (321, может быть аппроксимирована с помощью диодного функционального преобразователя, схема которого приведена на фиг.7.

Стабилитрон 50 пробивается при меньшем напряжении П „ „, а стабилитрон 51 при большем напряжении UBx44, что вызывает все более интенсивное уменьшение Бь„х, по мере роста

Ьх 14

Напряжение U обеспечивает значение постоянной времени Т, по уравнению (29).

Сравнение кривых 28-30 (фиг.2} и кривых 31-33 и 34-36 (фиг.3) показывает, что при. оптимальном соче" танин постоянных времени Т„ и Т ь! 325654!

2 вых 4n1=

U вб!х м

pj)Us„+ в!

siUsx +

В(1

Kàà

lb1 t RSX410 09 isa

04 Э у1 ь4

0 Э " 5

А4 0 где в (о4 С Roc e

04 (3 sC - — Щ

0 о вФ

Р1 стой вх

11вх, С вх

0С

Ы1ФЫ2ВЫЗУ ЫФ

ТСта имеет место существенное снижение колебаний момента в упругой связи механизма при регулируемом магнитном потоке возбуждения электродвигателя, т.е. обеспечивается повынение надеж" ности.

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока 10 с упругой механической связью между электродвигателем и механизмом, содержащий подключенный к якорной цепи электродвигателя вентильный преобразователь, в цепь управления которого 15 включены последовательно соединенные пропорциональный регулятор частоты вращения с блоком ограничения и пропорционально-интегральный регулятор тока с подключенными к их входам со- 20 ответственно датчиками частоты вращения и тока, дифференцирующий усилитель, вход которого подключен к датчику тока, а выход соединен с входом регулятора частоты вращения, а так- 25 же вентипьный преобразователь, подключеннъп4 к обмотке возбуждения электродвигателя, и датчик магнитного потока, отличающийся тем, что, с целью повышения надеж- 30 ности за счет увеличения эффективнос" ти демпфирования колебаний момента в упругой связи, при регулируемом магнитном потоке возбуждения, в него введены два функциональных преобра- З5 эователя, два генератора управляющего напряжения, два управляемых аналоговых ключа и две цепи из параллельно включенных диода и конденсатора, при этом выход датчика магнитного потока 40 соединен с входами функциональных преобразователей, выходы которых под- . ключены к входам соответствующих генераторов управляющего напряжения, выход первого иэ которых через пер- 45 .вую цепь из параллельно включенных диода и конденсатора соединен с управляющим входом первого аналогового ключа, включенного в входную цепь дифференцирующего усилителя, а вы- 50 ход второго генератора управляющего напряжения через вторую цепь иэ параллельно включенных диода и конденсатора соединен с управляющим входом второго аналогового ключа, включен- 55 ного в цепь обратной связи дифференцирующего усилителя, причем первый функциональный преобразователь реализует зависимость

p<(Us> "вх. !s> (Us„Us, с а второй — зависимость коэффициенты пропор— циональности, определяемые параметрами устройства; входное напряжение функциональных преобразователей; опорное напряжение; емкость конденсатора на входе дифференцирующего усилителя; входное сопротивление диффереицирующего усилителя; частота собственных колебаний упругой механической системы; коэффициент усиления датчика магнитного потока; сопротивление обратной связи дифференцирующего усилителя; коэффициенты пропор-. циональности аппроксимирующих кривых; начальное значение постоянной времени цепи гибкой обратной связи по току при нулевом сигнале на выходе датчика магнитного потока..

1 375654

Og У,Ф Р,б дУ 1 12 6

Уиа 2 й)р cr

1,3

П, 8 б 8 1О Ф=М 4

Риз. Ф

М1 м, 0, 3

Е ню,. г 4

2 4 6 Ф 1п

Уив 3

1 325б54

132".654

Фиг, 7

Составитель В.Кузнецова

Редактор Г.Гербер Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко

Заказ 3122/53 Тираж 659

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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