Дифференциальный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих электроприводах. Целью изобретения является повышение точности регулирования. Дифференциальный электропривод содержит два электродвигателя, якорные обмотки 1 и 2 которых соединены последовательно, а валы через дифференциальный редуктор 5 соединены с валом рабочего механизма 6. Генератор 3, вал которого сочленен с двигателем 4. Введение дополнительного канала регулирования по обмотке 9 возбуждения генератора 3 обеспечиват повышение качества управления электропривода. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (И) (н)ю Н 02 P 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ,И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Р. (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУk

Иф )

L (21) 4486375/24-07 (22) 26.09.88

{46) 30.12.90. Бюл. ЬЬ 48

{71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Ю.С. Усынин и А.Д. Мандриков (53) 621.316.718.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

+ f4 845254, «л. Н 02 P 5/50, 1981.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1244778, кл. Н 02 Р. 5/50, 1986. (54). ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИ8ОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих злектроприводах. Целью изобретения является повышение точности регулирования.

Дифференциальный электропривод содержит два электродвигвтеля, якорные обмотки

1 и 2 которых соединены последовательно, а ввлы через дифференциальный редуктор 5 соединены с валом рабочего мехэниэма 6, генератор 3, вал которого сочленен с двигателем 4. 8ведение дополнительного канала регулирования по обмотке 9 возбуждения генератора 3 обеспечивает повышение качестве управления электропривода. 2 ил.

1617602

«а — при -1 «U3 «О:

+4 Оз приО +63 «0151

+1 при 0.5 «.:83 «1,, при -1 «Оэ «-0„5; при -0,5 < U3 < 0,5; при05.:0, «1„

-1

-3+4 Ua где 11„b. и 4 — токи обмоток возбуждения соответственно первого и второго электродвигателей и генератора;

Оз — напряжение задания в долях от номинального значения, Электропривод работает следующим образом.

8 первом режиме в исходном состоянии схемы, при котором сигнал задания U:. раИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в следящих электропри водах, Цель изобретения — повышение точности регулирования.

На фиг. 1 приведена схема электроприводэ; нэ фиГ. 2 — диаграммы, иллюстрирую цие законы регулирования электропривода., Дифференциальный электропривод содержит два электродвигателя 1 и 2, якорные Обмотки котс рых соединены последовательно и через якорную обмотку добавочного генератора 3 отдельной двигатель-генераторной установки, включающей генератор 3 и двигатель 4, подключены на постоянное напряжение источника питания. Валы электродвигателей 1 и 2 через дифференциальный редуктор 5 механически связаны с. входным валом рабочего механизма 6. Обмотки 7 — 9 возбуждения электродвигателей 1 и 2 и генератора 3 подключены к выходным зажимам управляемых возбудителей 10 — 12. Двигатель 4 имеет обмотку 13 независимого возбуждения, подключенную к выводам источника пита.ния. Входные зажимы возбудителей 10 — 12 подключены к источнику напряжения задания, функцию которого в замкнутой системе электропривода может выполнять, например, регулятор 14 положения, На первый вход регулятора 14 положения подается

Входное напряжение И х., пропорциональное желаемому перемещению рабочего механизма 6, а на вторОй Вход этОГО регулятора подключается выход датчика 15 положения рабочего механизма 6.

Упоэвляемые Возбудители реализуют следую цие функциональные зависимости: — при-1 «Г4 «» — 0,5;

12=- +) 4 Оз при 0,5<63<0;

+1 при 0 «О «+1 „ вен нулю, возбудители 10 и 11 устанавливают равнопротивоположные токи в обмотках

7 и 8 возбуждения, по величине равные максимальным (номинальным) значениям. Воз5 будитель 12 устанавливает максимальный ток в обмотке возбуждения 9 генератора 3.

Включением якорной цепи электродвигателей 1 и 2 и генератора 3 разгоняют электродвигатели 1 и 2 до скоростей холостого хода, 10 равных по величине и противоположных по направлению. Рабочий механизм 6 при этом остается неподвижным. Знак напряжения на выходе возбудителя 12 и, соответственно, ток в обмотке 9 возбуждения устанавли15 Вают таким, чтобы в исходном состоянии схемы ЭДС добавочного генератора 3 вычиталась из напряжения источника питания U.

В результате при напряжении U3.--0, напряжение на якорных обмотках электродви20 гателей 1 и 2 минимально.

При изменении сигнала задания U3 величину тока возбуждения генератора 3 оставляют сначала неизменной, равной максимальному значению, а токи возбужде25 ния электродвигателей 1 и 2 регулируют следующим образом: ток возбуждения электродвигателя 2 сохраняют постоянным (равным номинальному значению), а ток возбуждения электродвигателя 1 сначала

30 уменьшают от начального значения до нуля, а потом увеличивают в противоположном направлении до максимального (номинального) значения, При этом из-за постоянства тока возбуждения в обмотке 9 возбуждения

35 ЗДС Ез генератора 3 остается постоянной, а по величине — встречной с напряжением источника питания, Напряжение нэ якорных обмотках электродвигателей 1 и 2 минимально и постоянно. Угловые скорости в и

40 tdz вращения валов электродвигателей 1 и

2 изменяются только за счет регулирования их магнитных потоков Ф1 и Ф2, при этом скорость электродвигателя 1 сначала уменьшается до нуля, а потом увеличивается в противоположном направлении, скорость электродвигателя 2 остается почти постоянноЙ, скорость аб вала рабочего механизма 6 увеличивается от нуля в направлении вперед до промежуточного значения, 50 соответствующего пониженному напряжению на якорях электродвигателей 1 и 2 и полным магнитным потокам этих электродвигателей.

При дальнейшем увеличении напряжения задания U3, когда магнитные потоки электродвигателей 1 и 2 становятся согласными и равными по величине, изменяют напряжение нэ выходе возбудителя 12 так, чтобы магнитный поток и ЭДС добавочного

1617602 генератора 3 сначала уменьшились до нуля, а затем увеличивались в обратную сторону до своего максимального (номинального) значения. При этом ЭДС генератора 3 оказывается согласной с напряжением источника питания, а на последовательно включенных якорных обмотках электродвигателей 1 и 2 напряжение увеличивается вплоть.до удвоенного номинального.напряжения каждого из электродвигателей 1 и 2.

Таким образом, при изменении сигнала задания U от нуля до полного значения скорость электропринода регулируется сначала путем перемагничивания одного из электродвигателей при минимальном напряжении на последовательно включенных обмотках якорей электродвигателей 1 и 2, а затем путем увеличения якорного напряжения за счет изменения.(перемагничивания) ЭДС генератора 3.

При изменении сигнала задания в отрицательном направлении (при движении электропривода назад) работа электропривода протекает аналогично, только сначала происходит перемагничивание электродвигателя 2, а не электродвигателя 1, а затем увеличение напря>кения на якорных обмотках электродвигателей 1 и 2 путем ..еремагничивания генератора 3 так же, как и при движении электропривода вперед, Во втором режиме н исходном состоянии схемы сигналы на входе регулятора 14 положения (входной Ul и с выхода датчика

15 положения) уравновешивают друг друга, а момент нагрузки на валу рабочего механизма б равен нулю. В этом состоянии напряжение на выходе регулятора 14 положения равно нулю, потоки возбуждения электродвигателей I и 2 равны по величине и встречны по знаку, Угловые скорости этих машин равны по величине и встречны по направлению, так что скорость вала paGo«eIo механизма 6 равна нулино. ЭДС электродвигателей 1 и 2 согласны и направлены встречно с сетью. Обе машины работают в двигательном режиме, преодолевая только потери холостого хода, ЭДС генератора 3 близка к максимуму и встречна с напряжением сети. Напряжение на последовательно включенных якорных обмотках электродвигателей 1 и 2 минимально, При увеличении момента статической нагрузки из-за появления ошибки регулирования на входе регулятора 14 его выходное напряжениеувеличивается. При этом сначала токи возбуждения электродвигателя 2 и генератора 3 остаются постоянными, а ток возбуждения электродвигателя 1 сначала . уменьшается до нуля, а потом увеличивается в противоположном направлении, В диф5

1 5

55 фер нциальном редукторе всегда выполняется равенство приведенных моментоп на всех его валах (выходHGI. и входных), Поэ. ому когда при общем токе якорей поток одного из элек|родвигателей начинает уменьшаться, ТO HQL135e>KHo p Iccol 11BOQIoTOR эле, тромагнитные моменты этих машин, в результате чего скорость,маши1,ы с меньшим по величине магнитным потоком 1 ачинает изменяться н отpèцатель!IOì направлении (сдавать назад), ЭДС этой машины сначала уменьшается до нуля, после .его возрастает по модул.с будучи направленной согласно с напряжением сети.

Б результате эта электрол1ашина переходит н генераторный режим, а напряжение IIQ якоре другой электромаш.1ны и ее угловая скорость унеличива10тся. Процссс рассогласования скоростей электромашин пподолжается до тех пор, пока его увеличение Ile приведет к такол1у увеличен 1ю моментов скоростных потерь, чтобы скомпенсировать

Этпл1 ПРИРаЩЕНИЕМ НЕРаНЕНСТН0 ЭЛЕКтР0магнитных моментов электрол1ашин. Чтобьl создать это приращение скоросп1ых потерь, приходится допускать перерсгулирование скоростей электродвигателей 1 и 2 по сравнению с точкой идеального холостого хода. В результате в силовых цепях дифференциального электропривода но ..никает

KoIITóp уравнительной мощности, который существует при неравенстве угловых скоросгей вращения электродвигателей 1 и 2 и замыкается через якорну о обмотку электродвигателя 1, вал этого якоря, дифференциanb! II редуктор 5, вал и якорну10 обмотку электродвигателя 2, Причина поянлени I l1 существования этого контура закл10чается н совокупном глиянии двух особенностей последовательного дифференциального электроп ривода; равенства приведе Illbl>; моментов на всех валах дифференц11аль110го редуктора и общего тока последонательн 0 в к л 10 ч е H H bl х я к 0 р н bl õ 0 б л1 0 т 0 к электродвигателей 1 и 2, Графики изменения угловых скоростей электродвигателей 1 и 2 н функции момента стати1еской нагрузки Уе характеризуются тремя участками: на первом участке скорости со1 и и>> увеличиваются по абсол1отной вели1ине, пока не достигнут максимума, на

ВТороМ ул1еньша отся от .1аксимальног0зна1ения до нуля и на третьем поддержина10тся равными нул10. Такой характер измене11ия скоростей об слонлен следу.ощими при IIIIIGMLI.

На первом участке падение11апряжения н якорных цепях мала и состояние дифэлектрспривода определяется, главным оГразом, изменением ЭДС электродвигателей 1

1617602

2О

ЗО

35 и 2. Здесь при изменении сигнала U9 с целью поддержания скорости ее рабочего механизма равной нулю происходит уменьшение абсолютного значения потока Ф, Это вызывает снижение ЭДС машины 1 и иэ-эа последовательного подключения якорей к источнику постоянного напряжения повыш ние напряжения якорной

Обмотки электродвигателя ". В результате электродвигатель 2 оказывается способным преодолеть не только момент собственных скоростных потВРЬ, но и помочь электро" двигателю 1 в преодолении Вго скоростных потерь, Получившееся перераспределение потокОВ энергии увВличивает момвнт на вы

ХОДВ редуктОра б и Определяется Величиной скоростей электродвигателей t и 2.

На втором участке иэ-за увеличения тока якорной цепи оказывается существенной доля падения напряжения на активном сопротивлении якорной цепи, Это вызывает снижение суммарной ЭДС электродвигателей 1 и 2 и уменьшение абсолютных значений их скоростей. 8 ттооччккее, когда угловые корОсти Обеик машин становятся pBBHbf949I

1 улю, злектропривод работает в режиме короткого =,àìûêàíèÿ (моментного тормоза), при этом напряжение на электродвигателях

1 и 2 минимально, так как ЭДС генератора

:3 остается по величине близкой к максимальному значению, а по знаку — встречной с напряжением сети. Незначительное изменение ЭДС генератора 3 на описанных участках при неизменном токе обмотки 9 возбуждения вызвано изменением угловой скорости вращения двигатель-генераторной установки из-эа изменения нагрузки иа валу элек грОдвигателя 4.

На третьем участке электродвигатели 1 и 2 и ро цолжают работать в режиме короткоГО замыкания, но момент, развиваемый юби, растет, так как,генератор 3 перемвгниеаается и суммарное напряжение на аектродвигателях 1 и 2 увеличивается.

Поскольку регулирование скорости зяектропривода путем изменения магиитных потоков электродвигателей 1 и 2 дажвняется каналом регулироваемя скорости Жиктропривода A 8f4 изменения Вепря" кения на якорных обмоткаж вгихжезлвктродвигателей, то увеяичивееотся быстродействие и точноь"гь регулирования скорости эпектрощюводэ„ЭТО врбисходжт как за счет вввдания дополнительного параллельного канала р®улирования, так и зв счет более высоких, как правило, статических и динамических показателей регулирования скорости электропривода путем изменения напряжения на якоре.

Формула и зоб рете н и я

Дифференциальный электропривод, содержащий два электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения, якорные обмотки которых соединены последовательно, а валы через дифференциальный редуктор механически соединены с млом рабочего механизма, два управляемых возбудителя, подключенные выходными зажимами к обмоткам независимого возбуждении электродвигателей, а входными — к источнику напряжения задания, свободный вывод якорной обмотки первого электродвигателя соединен с первым выводом источника питания, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что. с целью повышения точности регулирования, в него введены двигательгенереторнвя установка, якорная обмотка генераторе которой включвна между свободным выводом второго электродвигателя и вторым выводом источника питания, третий управляемый возбудитель, выходными зажимами подключенный к обмотке возбуждения генератора, а входными — к источнику напряжения задания, выводы обмотки возбуждения электродвигателя двигатель-генераторной установки соединены с выводами источника питания, причем управляемые возбудители реализуют следующие функциожвйьныв зависимости:

-1 ври-1 U9 ЯО;

-1 + 4 U9 при О C 03 < О.S:

+1 вриО,G БО9 51 ври 1 1 9 Л 1

+1 — 4 U9 при -©Я < Оэ < О;

+1 при О

4 9 при 1 -Ъ - Ы1

-1 при -О,б < U9 < 0,5:

-3 +4 О9 при 6.5 5 U9 51; где 11, 12, 4 — токи в обмотках возбуждения электромашин, подключенных на выходы теервего, второго и третьего управляемых возбудителей, в долях от их номинальных значений;

U9 — напряжение задания s долях от номинального аечения.

1617602

Фиг

Составитель В. Трофименко

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор С. Шекмар

Редактор А. Orap

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4127 Тираж 454 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5