Регулируемый электропривод постоянного тока

 

Использование: в электротехнике для повышения качества регулирования Сущность: устройство содержит два контура регулирования: главный, образованный регулятором 4 скорости и датчиком 16 скорости, и внутренний подчиненный, который в зависимости от режима работы электропривода выполняет подчиненное регулирование тока или мощности В установившихся режимах при малых ошибках регулирования скорости и при отсутствии перегрузок по мощности в подчиненном контуре действует отрицательная обратная связь по току, благодаря чему обеспечивается постоянство статических характеристик системы В динамических режимах при больших изменениях ошибки регулирования скорости и при перегрузках во внутреннем контуре действует отрицательная обратная связь по мощности, благодаря чему минимизируется мощность , потребляемая электродвигателем. 1 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЬЭ

CO

Ю

М О

ОЮ

Кемитет Рессийскей Федерации пэ аатентам н теварным знакам (21) 6613528/07 (Щ 061091 (46) 15.1093 Бап. Na 37-38 (ТЩ Мапафеев Сергей Иванович (М} РВУЛИРУЕМЫЯ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Ислотвзоваве: в зпектротехнике дпя повышеев канествв регупироваеа Сущность: устройство содфриатт два юпура регутироваея: гпавный, образованный регупятором 4 скорости и датчиком 16 ааросщ и внутренний подчинений который в завиаеости от режюа работы электропривода вы(В) RRU U(11) 2001498 С1 (51) 5 H02 P S 06 полня ет подчиненное регулирование тока ипи мощности. В установившихся режимах при малых ошибках регулирования скорости и при отсутствии перегрузок по мощности в подчиненном контуре действует отрицательная обратная связь по току, благодаря чему обеспечивается постоянство статических характеристик системы В динамических режимах при бопьших изменениях ошибки регупирования скорости и при перегрузках во внутреннем контуре действует отрицательная обратная связь по мощности, благодаря чему минимизируется мощность, потребляемая эпектродвигатепем 1 ил.

2001498

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизированному электроприводу.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий датчик и задатчик скорости, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам регулятора скорости, датчики напряжения и тока якорной обмотки двигателя, регулятор мощности, первый и второй входы которого 10 подключены к выходам соответственно регулятора скорости и блока перемножения, первый вход которого подключен к выходу датчика тока, а второй через блок выделения модуля соединен с выходом датчика напряжения, регулятор тока, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно регулятора мощности и датчика тока, а выходы через усилитель мощности соединены с якорной обмоткой двигателя.

Известный электропривод содержит три контура регулирования: главный. образованный регулятором скорости k датчиком скорости, и два подчиненных: тока и мощности. Первый подчиненный контур тока включает регулятор тока и датчик тока, Второй подчиненный контур мощности содержит регулятор мощности и датчик мощности. состоящий из датчика тока, датчика напряжения и блока перемножения, 30

В любом режиме работы электропривода сигнал, пропорциональный мгновенной мощности, поступает на вычитающий вход регулятора мощности, В результате этого всегда минимизируется мощность, потреб- З5 ляемая двигателем, и, следовательно. повышаются энергетические характеристики электропривода.

Наибольший эффект отрицательная обратная связь по мощности имеет в динами- 40 ческих режимах. Однако в установившихся режимах наличие нелинейной обратной связи по мощности приводит к тому, что коэффициент передачи системы не остается постоянным, а изменяется пропорциональ- 45 но току. Установившийся ток в свою очередь определяется механической нагрузкой на валу двигателя (Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиэдат. 1985, с.107-119). При малой механической нагруэ- 50 ке статический ток имеет малые значения, следовательно, коэффициент передачи обратной связи по мощности малый, а коэффициент передачи системы электропривода большой. При увеличении нагрузки статиче- 55 ский ток увеличивается, увеличивается сигнал обратной связи по мощности, что приводит к уменьшению коэффициента передачи системы электропривода. Так как коэффициент передачи системы определяет ее точность и быстродействие, то. следовательно, недостаток известного электропривода постоянного тока — низкое качество регулирования вследствие изменения статических характеристик при изменениях механической нагрузки.

Цель изобретения — повышение качества регулирования путем стабилизации статических характеристик при изменениях механической нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в известный электропривод постоянного тока дополнительно введены элемент сравнения, релейный элемент с характеристикой

Ое при 1 е ео, 1 Опри!е! (F элемент ИЛИ, усредняющий фильтр, пороговый элемент коммутатор, первый и второй информационные входы которого подключены к выходам соответственно датчика тока и блока перемножения, выход соединен с вторым входом регулятора тока, а управляющий вход подключен к выходу элемента

ИЛИ, первый вход которого через релейный элемент подключен к выходу регулятора скорости, а второй вход соединен с выходом порогового элемента, вход которого через усредняющий фильтр подключен к выходу блока перемножения, суммирующий и вычитающий входы элемента сравнения подключены к выходам соответственно задатчика и датчика скорости, а выход через регулятор скорости соединен с первым входом регулятора тока.

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением заявляемое техническое решение имеет следующие отличительные признаки: — элемент сравнения; — релейный элемент с характеристикой

Ое при I е! к,; ОприlåI <е,, — элемент ИЛИ; — усредняющий фильтр; — пороговый элемент.. — коммутатор.

Следовательно заявляемое техническое решение соответствует требованию "новизна", При реализации предлагаемого изобретения повышается качество регулирования эа счет стабилизации статических характеристик при изменениях механический нагрузки. В установившихся режимах, а также при малых отклонениях регулируемой величины от установившегося значения во внут2001498 реннем подчиненном контуре регулирования действует обратная связь по току. При этом обеспечивается постоянство статических характеристик электропривода при различных механических нагрузка, В переходных режимах или при перегрузках по мощности в электроприводе включается обратная связь по мощности, в результате че.го обеспечиваются высокие энергетические характеристики системы.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию

"положительный эффект".

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники и автоматизированного электропривода.

Известны элементы сравнения в электроприводах постоянного тока (авт,св. СССР

hk 1145438. кл. Н 02 P 5/06, 1985). В известных и предлагаемом технических решениях элементы сравнения выполняют идентичные функции.

Известны элементы ИЛИ. усредняющие фильтры, пороговые элементы и коммутатоpbl в электроприводах постоянного тока, Перельмутер В.М., Сидоренко В,А, Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока. — М.: Энергоиздат, 1988, с. 199 — 204). В известных технических решениях указанные элементы используются для организации логического управления электроприводом, в частности реверса, изменения поля. В предлагаемом устройстве аналогичные элементы предназначены для переключения сигнала обратной связи в зависимости от величины ошибки.

Релейные элементы с характеристикой

Р()) Оспри I F. I ГО, $ Опри!кl (rо, в известных электроприводах постоянного тока не обнаружены.

Следовательно. заявляемое техническое решение соответствует требованию

"существенные отличия".

Нэ чертеже приведена функциональная схема электропривода постоянного тока.

Устройство содержит задатчик скорости 1, элемент сравнения 2, релейный элемент 3, регулятор скорости 4, элемент ИЛИ

5, регулятор тока 6, пороговый элемент 7, коммутатор 8. усилитель мощности 9, усредняющий фильтр 10, датчик тока 11. блок перемножения 12, двигатель постоянного тока 13. блок выделения модуля 14, датчик напряжения 15, датчик скорости 16, В электроприводе постоянного тока задатчик 1 и датчи, скорости 16 подключены

55 соответственно к суммирующему и вычитающему входам элемента сравнения 2, выход которого через регулятор скорости 4 подключен к первому входу регулятора тока 6, второй вход которого подключен к выходу коммутатора 8, первый и второй информационные входы которого подключены к выходам соответственно датчика тока 11 и блока перемножения 12, а управляющий вход соединен с выходом элемента ИЛИ 5, первый вход которого через релейный элемент 3 соединен с выходом элемента сравнения 2, а второй вход соединен через последовательно соединенные усредняющий фильтр 10 и пороговый элемент 7 с выходом блока перемножения 12, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно датчика тока 11 и блока выделения модуля 14, выход регулятора тока 6 через усилитель мощности 9 подключен к якорной обмотке двигателя 13, последовательно с которой включен датчика тока 11, а параллельно соединен датчик напряжения

15, выход которого подключен к входу блока выделения модуля 14, Электропривод постоянного тока работает следующим образом. Якорная обмотка двигателя 13 подключена к выходу усилителя мощности 9. Регулирование скорости 0 дви-ателя 13 осуществляется изменением напряжения на якорной обмотке. Скорость двигателя 13 измеряется с помощью датчика скорости 16, например тахогенераторэ.

Ток двигателя 13 измеряется с помощью датчика тока 11. например шунта. Изменение напряжения на якорной обмотке двигателя 13 производится с помощью датчика напряжения 15. Выходной сигнал О15датчика напряжения 15 поступает нэ вход блока

14 выделения модуля, который формирует напряжение О14- 10141 . Блок перемножения 12 вычисляет произведение выходных сигналов датчика 11 тока и блока 14 выделения модуля, т.е, мгновенную мощность

U12=i I U14 I Выделение модуля напряжения при измерении мгновенной мощности необходимо для сохранения знака обратной (отрицательной) связи по мощности в реверсивном электроприводе, Сигнал U>g с выхода блока перемножения поступает на усредняющий фильтр 10, на выходе которого формируется сигнал

U 0, пропорциональный средней активной мощности Р>, потребляемой электродвигателем 13 из сети. Напряжение с выхода усредн-.ю щего фильтра поступает на пороговый элемент 7. Выходной сигнал порогового элемента равен

2001498

Опри Рэ <Ро.

U,при Ра Ро. где Ue — напряжение, соответствующее уровню логической единицы;

Po — длительно допустимое значение активной мощности двигателя.

На суммирующий вход элемента сравнения 2 подается сигнал Ui, пропорциональный требуемому значению регулируемой скорости. На второй вход элемента сравнения поступает сигнал О в с выхода датчика 16 скорости, пропорциональный скорости И вращения якоря двигателя 13. В элементе сравнения

2 производится вычисление ошибки регулирования е-U>-Ue. Сигнал Оз с выхода элемента сравнения 2 поступает на вход регулятора скорости 4 и преобразуется им в соответствии с типовым законом регулирования. например, П-, ПД- или ПИД, Выходной сигнал 04 регулятора скорости 4 поступает на первый вход регулятора тока 6, на втором входе которого действует напряжение Ua с выхода коммутатора 8. Регулятор 6 преобразует алгебраическую разность сигналов Ов-Ов в соответствии с выбранным законом регулирования (П-, ПИили ПИД) в сигнал управления двигателем, который через усилитель мощности 9 подается на якорную обмотку двигателя 13. Сигнал Оз с выхода элемента сравнения поступает на вход релейного элемента 3.

Если сигнал ошибки е имеет малую величину, т.е. lel < е . где е — заданное напряжение переключения релейного элемента 3, то сигнал на выходе релейного элемента равен

О. В противном случае сигнал Оз принимает значение. соответствующее уровню Ое логической единицы, т.е. Оз-Ое.

Сигналы с выходов релейного элемента

3 и порогового элемента 7 через двухвходовой логический элемент ИЛИ 5 поступают на управляющий вход коммутатора 8. Если ошибка е системы по скорости не превышает допустимой величины е . т.е, 1е! < е, и средняя мощность P. потребляемая электрическим двигателем из сети не превышает значения Р0, то, следовательно, сигналы

Оз-От-Us-О и переключающий элемент коммутатора 8 находится в положении "а".

В этом случае на второй вход регулятора 6 поступает сигнал с выхоДа датчика тока 11.

Таким образом, в электроприводе действует внутренняя отрицательная обратная связь по току. При этом в системе электропривода обеспечиваются высокие показатели качества регулирования (точность. время регулирования и перерегулирование при малых

5

50 отклонениях регулируемой величины), значения которых не изменяются при изменениях механической нагрузки.

В динамических режимах при изменениях сигнала задания или нагрузки происходит изменение ошибки регулирования е.

Если величина ошибки с превысит значение 0, происходит переключение релейного элемента 3 и сигнал с уровнем логической единицы с его выхода поступает через логический элемент ИЛИ 5 на управляющий вход коммутатора 8. При этом переключающий элемент коммутатора 8 занимает положение "б" и второй вход регулятора 6 подключается к выходу блока перемножения 12, на котором действует сигнал Uiz, пропорциональный мгновенной мощности электродвигателя 13.

Аналогичное переключение коммутатора 8 происходит при превышении средней мощностью Pg электропривода значения P() уставки порогового элемента 7, При подключении входа блока перемножения 12 к второму входу регулятора 6 последний выполняет роль подчиненного регулятора мощности, благодаря которому обеспечивается минимизация потерь в двигателе в динамических режимах и ограничение потребляемой мощности при перегрузках.

Таким образом, предлагаемый электропривод постоянного тока содержит два контура; главный. образованный регулятором 4 скорости и датчиком 16 скорости, и внутренний подчиненный, который в зависимости от режима работы электропривода выполняет подчиненное регулирование тока или мощности.

В установившихся режимах при малых ошибках регулирования скорости и при отсутствии перегрузок по мощности в подчиненном контуре действует отрицательная обратная связь по току, благодаря чему обеспечивается постоянство характеристик и показателей качества регулирования в широком диапазоне изменения статических нагрузок.

В динамических режимах при больших изменениях сигнала ошибки внутренний подчиненный контур осуществляет регулирование по мощности, благодаря чему минимизируется энергия. потребляемая электродвигателем.

При перегрузках по мощности внутренний подчиненный контур также осуществляет регулирование по мощности. При этом отрицательная обратная связь по мощности обеспечивает ограничение мощности, потребляемой электродвигателем.

2001498

Составитель А. Мирошниченко

Редактор Н. Семенова Техред М.Моргентал Корректор С. Юско

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3131

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

Следовательно. в предлагаемом электроприводе постоянного тока по сравнению с известным обеспечивается повышение качества регулирования путем стабилизации статических характеристик при изменениях механической нагрузки.

Использование предлагаемого изобретения в автоматизированном электропривоф ормула изобретения

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО токА, содержащий электродвигатель. последовательно соединенные регулятор скорости, регулятор тока и усилитель мощности. выход которого подключен к электродвигателю. датчик скорости, датчики якорного тока и напряжения, выход которого через блок выделения модуля соединен с первым входом блока перемножения, второй вход которого подключен к выходу датчика тока, отличающийся тем, что в него введены элемент сравнения, релейный элемент с характеристикой ие Ю ti > О

® о элемент ИЛИ. усредняющий фильтр, породе позволяет повысить технические характеристики электрооборудования и уменьшить потери энергии.

5 (56) Авторское свидетельство СССР

N 729800, кл. Н 02 P 5/06. 1980.

Авторское свидетельство СССР

М 1695479, кл. Н 02 P 5/06. 1989. говый элемент и коммутатор, первый и второй информационные входы которого подключены к выходам соответственно датчика тока и блока перемножения, выход соединен с вторым входом регулятора тока, а управляющий вход подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого через релейный элемент подключен к входу регулятора скорости, а второй вход соединен с выходом порогового элемента. вход которого через усредняющий фильтр подключен к выходу блока перемножения, суммирующий и вычитающий входы элемента сравнения подключены к выходам

25 соответственно задатчика и датчика скорости, а выход соединен с входом регулятора скорости,