Регулируемый электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регулируемых электроприводах с асинхронными исполнительными двигателями. Техническим результатом является обеспечение высокого быстродействия и стабильности работы в широком диапазоне скорости вне зависимости от изменения динамических свойств исполнительного асинхронного электродвигателя. Регулируемый электропривод переменного тока содержит блок задания параметров, интегральный регулятор, пропорциональный регулятор, блок дифференцирования, блок умножения, сумматоры, автономный инвертор напряжения, асинхронный электродвигатель, блок выделения модуля, блок деления, коммутатор, блок сравнения и датчик скорости. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регулируемых электроприводах с асинхронными исполнительными двигателями.

Наиболее близким по технической сущности является позиционный электропривод (см. А1 1515989 SU, Н 02 Р 5/06. Позиционный электропривод / Галицков С.Я., Лысов С.Н., Стариков А.В. - №4391599; заявл. 10.03.88 г. // ДСП. - 15.06.89 г.) [1], содержащий блок ввода задания, интегратор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, двигатель постоянного тока, датчик положения, блок дифференцирования, первый и второй сумматор, первый и второй блоки сравнения и коммутатор.

Недостаток наиболее близкого электропривода заключается в том, что в случае применения в качестве исполнительного асинхронного электродвигателя при определенных настройках регуляторов наблюдается его плохая работа на разных пределах диапазона регулирования скорости, вызванная изменением динамических свойств собственно электродвигателя.

Сущность изобретения состоит в том, что регулируемый электропривод переменного тока, содержащий блок задания параметров, интегральный регулятор, пропорциональный регулятор, автономный инвертор напряжения, асинхронный электродвигатель, датчик скорости, блок дифференцирования, первый и второй сумматор, блок сравнения, коммутатор, причем первый выход блока задания параметров соединен с первым входом интегрального регулятора, выход которого соединен с первым входом пропорционального регулятора, автономный инвертор напряжения соединен с асинхронным электродвигателем, оснащенным датчиком скорости, выход пропорционального регулятора соединен с входом блока дифференцирования и первым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом автономного инвертора напряжения, второй выход блока задания соединен с первым входом второго сумматора, выход датчика скорости соединен с вторыми входами интегрального и пропорционального регуляторов, выход блока сравнения соединен с первым входом коммутатора, снабжен блоком выделения модуля, блоком умножения и блоком деления, причем выход датчика скорости соединен с входом блока выделения модуля, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и первым входом блока сравнения, выход второго сумматора соединен с первым входом блока деления, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, третий выход блока задания параметров соединен с вторым входом блока деления, выход блока дифференцирования соединен с первым входом блока умножения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, четвертый выход блока задания параметров соединен с третьим входом коммутатора, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, а пятый выход блока задания параметров соединен с вторым входом блока сравнения.

Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет обеспечить высокое быстродействие и стабильную работу регулируемого электропривода переменного тока в широком диапазоне скоростей вне зависимости от изменения динамических свойств исполнительного асинхронного электродвигателя.

На чертеже приведена функциональная схема регулируемого электропривода переменного тока.

Регулируемый электропривод переменного тока (см. чертеж) содержит блок 1 задания параметров, интегральный регулятор 2, пропорциональный регулятор 3, блок 4 дифференцирования, блок 5 умножения, сумматоры 6 и 7, автономный инвертор 8 напряжения, асинхронный электродвигатель 9, блок 10 выделения модуля, блок 11 деления, коммутатор 12, блок 13 сравнения и датчик 14 скорости.

Первый выход блока 1 задания параметров соединен с первым входом интегрального регулятора 2, выход которого соединен с первым входом пропорционального регулятора 3. Автономный инвертор 8 напряжения соединен с асинхронным электродвигателем 9, оснащенным датчиком 14 скорости. Выход пропорционального регулятора 3 соединен с входом блока 4 дифференцирования и первым входом сумматора 6, выход которого соединен с входом автономного инвертора 8 напряжения. Второй выход блока 1 задания параметров соединен с первым входом сумматора 7. Выход датчика 14 скорости соединен с вторыми входами интегрального 2 и пропорционального 3 регуляторов. Выход блока 13 сравнения соединен с первым входом коммутатора 12. Выход датчика 14 скорости соединен с входом блока 10 выделения модуля, выход которого соединен с вторым входом сумматора 7 и первым входом блока 13 сравнения. Выход сумматора 7 соединен с первым входом блока 11 деления, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 12. Третий выход блока 1 задания параметров соединен с вторым входом блока 11 деления. Выход блока 4 дифференцирования соединен с первым входом блока 5 умножения, выход которого соединен с вторым входом сумматора 6, Четвертый выход блока 1 задания параметров соединен с третьим входом коммутатора 12, выход которого соединен с вторым входом блока 5 умножения. Пятый выход блока 1 задания параметров соединен с вторым входом блока 13 сравнения.

Блок 1 задания параметров может быть выполнен, например, на микросхемах К555ТМ8, разрядные входы которых подключаются с помощью переключателей к логическим нулям или единицам. Интегральный 2 и пропорциональный 3 регуляторы и блок 4 дифференцирования могут быть реализованы, например, по А1 1649501 SU, G 05 В 11/26. Цифровой пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор / Галицков С.Я., Лысов С.Н., Стариков А.В., Смирнов В.В. - №4377108; заявл. 10.02.1988 г., опубл. 15.05.91 г. // БИ №18 [2] и выполнены, например, на микросхемах серии К555. Блок 5 умножения и блок 11 деления, например, реализованы на микропроцессоре К1801ВМ2, имеющем встроенные функции умножения и деления. Сумматоры, например, выполнены на микросхемах К555ИМ6. Автономный инвертор 8 напряжения, например, реализован в виде цифрового модулятора по патенту С1 2111608 RU, H 03 К 7/08. Цифровой модулятор для преобразователя частоты асинхронного двигателя /Стариков А.В., Стариков А.В. - №95107565; заявл. 11.05.95 г., опубл. 20.05.98 г. // БИ №14 [3], с силовым трехфазным транзисторным мостом на выходе. В качестве асинхронного электродвигателя 9 может быть использован любой выпускаемый промышленностью электродвигатель с короткозамкнутым ротором. Блок 10 выделения модуля может быть реализован в виде композиции коммутатора, управляемого знаком входного сигнала, на один информационный вход которого входной сигнал подается непосредственно, а на другой - через инверторы. Коммутатор 12, например, может быть реализован на микросхемах К555КП13. Блок 13 сравнения, например, выполнен на сумматорах К555ИМ6. В качестве датчика 14 скорости, например, может быть использован тахогенератор, соединенный с валом электродвигателя, причем выходной сигнал тахогенератора при рассматриваемом варианте технической реализации должен быть преобразован в цифровой код с помощью стандартного аналого-цифрового преобразователя.

Следует также отметить, что блок 1 задания параметров, интегральный регулятор 2, пропорциональный регулятор 3, блок 4 дифференцирования, блок 5 умножения, сумматоры 6 и 7, блок 10 выделения модуля, блок 11 деления, коммутатор 12 и блок 13 сравнения могут быть также выполнены программно на микропроцессорном контроллере.

Регулируемый электропривод переменного тока работает следующим образом. В соответствии с величиной задающего сигнала, поступающего с первого входа блока 1 задания параметров, и сигнала датчика 14 скорости интегральный регулятор 2 в совокупности с пропорциональным регулятором 3, блоком 4 дифференцирования, блоком 5 умножения, сумматорами 6 и 7, блоком 10 выделения модуля, блоком 11 деления, коммутатором 12, и блоком 13 сравнения формируют сигнал на входе автономного инвертора 8 напряжения. Автономный инвертор 8 напряжения преобразует этот сигнал в частоту и амплитуду напряжения на статоре асинхронного электродвигателя 9. При этом вал асинхронного электродвигателя начинает вращаться с заданной скоростью. При отклонении скорости от заданной величины под действием каких-либо факторов на входе интегрального регулятора 2 появляется рассогласование, которое в конечном итоге приводит к изменению сигнала на входе автономного инвертора 8 напряжения и увеличению или уменьшению скорости асинхронного электродвигателя 9. В результате скорость асинхронного электродвигателя 9 вернется к заданному значению с определенной точностью, определяемой структурными особенностями рассматриваемого регулируемого электропривода и точностными свойствами его элементов. Интегральный регулятор 2 компенсирует действие всех помех, охваченных датчиком 14 скорости. Пропорциональный регулятор 3, блок 4 дифференцирования, блок 5 умножения, сумматоры 6 и 7, блок 10 выделения модуля, блок 11 деления, коммутатор 12 и блок 13 сравнения представляют собой регулятор внутреннего контура и обеспечивают компенсацию основных инерционностей асинхронного электродвигателя 9 во всем диапазоне регулирования скорости, что обеспечивает высокое быстродействие регулируемого электропривода переменного тока. Так как инерционные свойства асинхронного электродвигателя 9 изменяются в зависимости скорости вращения, особенно на малых скоростях, блок 5 умножения, сумматоры 6 и 7, блок 10 выделения модуля, блок 11 деления, коммутатор 12 и блок 13 сравнения производят перестройку регулятора. Причем эта перестройка производится в пределах от нулевой скорости до некоторой скорости ω ₀, задаваемой с пятого выхода блока 1 задания параметров. Здесь величина ω ₀ - скорость, при превышении которой динамические свойства асинхронного электродвигателя 9 изменяются незначительно. При скоростях вращения больше ω ₀ на вход блока 5 умножения с четвертого входа блока 1 задания параметров через коммутатор 12 подается некоторое базовое заранее заданное значение постоянной времени Т_ПД0 регулятора внутреннего контура. Определение ситуаций, когда скорость асинхронного электродвигателя превышает по абсолютной величине значение ω ₀, и управление коммутатором 12 осуществляет блок 13 сравнения, на входы которого поступают сигналы с блока 10 выделения модуля и с пятого выхода блока 1 задания параметров. При скоростях ниже ω ₀ на вход блока 5 умножения (в предположении обратно пропорциональной зависимости на нижних скоростях инерционности асинхронного электродвигателя 9 от скорости ω ) подается значение постоянной времени регулятора внутреннего контура

здесь Δ ω - величина приращения скорости, задается со второго выхода блока 1 задания параметров;

Т_ПД0ω₀ - произведение постоянной времени Т_ПД0 и угловой скорости ω ₀, задается с третьего выхода блока 1 задания параметров.

С помощью блока 10 выделения модуля, сумматора 7 и блока 11 деления производится вычисление текущего значения постоянной времени Т_ПД регулятора внутреннего контура. Величина Δ ω вводится в рассмотрение с целью ограничении на определенном уровне максимального значения постоянной времени Т_ПД.

В результате регулируемый электропривод переменного тока обеспечивает высокое быстродействие и стабильную работу в широком диапазоне скоростей вне зависимости от изменения динамических свойств исполнительного асинхронного электродвигателя.

Таким образом, проведенный заявителем поиск по научно-техническим и патентным источникам информации аналогов и выбранный из перечня аналогов прототип позволил выявить отличительные признаки в заявленном техническом решении, следовательно, заявляемый регулируемый электропривод переменного тока удовлетворяет критерию изобретения "новизна".

В обнаруженной информации отсутствуют сведения об указанном техническом результате, из нее не выявляется влияние отличительных признаков на достижение технического результата, следовательно, данное техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".

Критерий изобретения "промышленная применимость" подтверждается тем, что использование предлагаемого регулируемого электропривода переменного тока позволит найти его широкое применение в станкостроении, робототехнике и других технологических установках.

Источники информации

1. A1 1515989 SU, Н 02 Р 5/06. Позиционный электропривод /Галицков С.Я., Лысов С.Н., Стариков А.В. - №4591599; заявл. 10.03,88г. // ДСП. - 15.06.89 г.

2. A1 1649501 SU, G 05 В 11/26. Цифровой пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор /Галицков С.Я., Лысов С.Н., Стариков А.В., Смирнов В.В. - №4377108; заявл. 10.02.1988 г. опубл. 15.05.91 г. // БИ №18.

3. С1 2111608 RU, Н 03 К 7/08. Цифровой модулятор для преобразователя частоты асинхронного двигателя /Стариков А.В., Стариков А.В. - №95107565; заявл. 11.05.95 г. опубл. 20.05.98 г. // БИ №14.

Формула изобретения

Регулируемый электропривод переменного тока, содержащий блок задания параметров, интегральный регулятор, пропорциональный регулятор, автономный инвертор напряжения, асинхронный электродвигатель, датчик скорости, блок дифференцирования, первый и второй сумматор, блок сравнения, коммутатор, причем первый выход блока задания параметров соединен с первым входом интегрального регулятора, выход которого соединен с первым входом пропорционального регулятора, автономный инвертор напряжения соединен с асинхронным электродвигателем, оснащенным датчиком скорости, выход пропорционального регулятора соединен с входом блока дифференцирования и первым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом автономного инвертора напряжения, второй выход блока задания параметров соединен с первым входом второго сумматора, выход датчика скорости соединен с вторыми входами интегрального и пропорционального регуляторов, выход блока сравнения соединен с первым входом коммутатора, отличающийся тем, что он снабжен блоком выделения модуля, блоком умножения и блоком деления, причем выход датчика скорости соединен с входом блока выделения модуля, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и первым входом блока сравнения, выход второго сумматора соединен с первым входом блока деления, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, третий выход блока задания параметров соединен с вторым входом блока деления, выход блока дифференцирования соединен с первым входом блока умножения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, четвертый выход блока задания параметров соединен с третьим входом коммутатора, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, а пятый выход блока задания параметров соединен с вторым входом блока сравнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1