Способ управления электродвигателем постоянного тока

Заявляемое техническое решение относится к области электротехники и предназначено для реверсивных электроприводов с широким диапазоном регулирования частоты вращения. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей способа для управления электродвигателем. В способе управления электродвигателем постоянного тока дифференцированный выходной сигнал определяется как сумма сигнала, равного приращению за период модуляции выходного сигнала тахогенератора, и сигнала, пропорционального переменной составляющей тока питания электродвигателя, а прогнозируемое приращение тока электродвигателя формируется равным приращению тока в индуктивности цепи электродвигателя при воздействии на нее напряжения, равного разности прогнозируемого напряжения на входе электродвигателя, соответствующего интервала модуляции, и напряжения, равного сумме падений напряжений в блоке ключевых элементов, на активном сопротивлении силовой цепи и на ЭДС вращения электродвигателя. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для реверсивных электроприводов с широким диапазоном регулирования частоты вращения.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ управления преобразователем электрической энергии, основанный на широтно-импульсной модуляции напряжения питания, заключающийся в том, что определяют сигнал ошибки, пропорциональный разности выходного сигнала и сигнала задания, формируют дифференцированный выходной сигнал, сигнал развертки формируют равным по амплитуде и противоположным по знаку прогнозируемому на момент после коммутации ключевых элементов значению дифференцированного выходного сигнала, широтно-импульсную модуляцию осуществляют управляющим сигналом, который формируют из суммы сигнала ошибки, дифференцированного выходного сигнала и сигнала развертки [1].

В известном способе управления выходным сигналом является выходное напряжение преобразователя, способ позволяет формировать на выходе напряжение любой полярности и с широким диапазоном регулирования, однако при управлении электродвигателем технически сложно получить дифференцированный сигнал из-за наличия в нем помех от существующих датчиков скорости, а для формирования сигнала развертки нет сигнала, пропорционального напряжению на индуктивности электродвигателя, что не позволяет использовать этот способ для управления электродвигателем.

Цель технического решения - расширение функциональных возможностей способа для управления электродвигателем.

Это достигается тем, что в способе управления электродвигателем, основанном на широтно-импульсной модуляции напряжения питания, заключающемся в том, что определяют сигнал ошибки, формируют дифференцированный выходной сигнал, широтно-импульсную модуляцию осуществляют управляющим сигналом, который формируют из суммы сигнала ошибки, дифференцированного выходного сигнала и сигнала развертки, управление электродвигателем постоянного тока осуществляют двухсторонней широтно-импульсной модуляцией, формированием двух управляющих сигналов, а сигнал ошибки при этом формируют пропорционально разности выходного сигнала тахогенератора и сигнала задания скорости вращения электродвигателя.

Сущность технического решения заключается в том, что дифференцированный выходной сигнал формируют равным сумме сигнала, пропорционального приращению за период модуляции выходного сигнала тахогенератора и сигнала, пропорционального переменной составляющей тока питания электродвигателя, а прогнозируемое приращение тока электродвигателя определяют равным приращению тока в индуктивности цепи электродвигателя при воздействии на нее напряжения, равного разности прогнозируемого напряжения на входе электродвигателя соответствующего интервала модуляции, и напряжения, равного сумме падений напряжений в блоке ключевых элементов, на активном сопротивлении силовой цепи и на ЭДС вращения электродвигателя.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ управления.

Устройство содержит: блок ключевых элементов 1 (собран по мостовой схеме), электродвигатель 2 с установленным на его валу тахогенератором 3, узел сравнения 4, блок управления 5, узел формирования расчетной составляющей выходного напряжения преобразователя 9, узел формирования приращения сигнала скорости вращения 10 электродвигателя 2 за период модуляции, датчик тока 11, узел выделения переменной составляющей тока 12 электродвигателя 2 и узел суммирования 13, блок управления 5 содержит узел формирования разверток 6, узел формирования управляющих сигналов 7, узел формирования широтно-модулированных сигналов 8. Входные шины электродвигателя 2 соединены с выходными шинами блока ключевых элементов 1 (диагональю мостовой схемы), входы узла сравнения 4 соединены с выходной шиной U_мг тахогенератора 3 и шиной задания скорости вращения U_з, выходы узла 8 соединены с выходами блока управления 5 и с шинами управления блоком ключевых элементов 1, входы узла 8 соединены с выходами узла 7, первый вход узла 7 соединен с первым входом блока управления 5 и с выходом узла 13, второй вход узла 7 соединен со вторым входом блока управления 5 и с выходом узла сравнения 4, третий и четвертый входы узла 7 соединены соответственно с первым и вторым выходами узла 6, первый, второй и третий входы узла 6 соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым входами блока управления 5, третий вход блока управления 5 соединен с входной шиной синхронизации U_синх, четвертый вход блока управления 5 соединен с выходом узла 9, пятый вход блока управления 5 соединен с входной шиной напряжения питания U_вх, первый вход узла 9 соединен с выходом датчика тока 11, включенного в силовую цепь электродвигателя 2, второй вход узла 9 соединен с выходом тахогенератора 3, третий вход узла 9 соединен с выходом датчика магнитного потока Ф обмотки возбуждения электродвигателя 2, входы узла 13 соединены с выходом узла 10 и выходом узла 12, первый вход узла 10 соединен с выходом тахогенератора 3, второй вход узла 10 соединен с входной шиной синхронизации U_синх, вход узла 12 соединен с выходом датчика тока 11.

Узел 7 формирует управляющие сигналы

где F(+) - управляющий сигнал для включения положительной полярности напряжения на выходе блока ключевых элементов 1; F(-) - управляющий сигнал для включения отрицательной полярности напряжения на выходе блока ключевых элементов 1; широтно-модулированные сигналы управления блоком ключевых элементов 1 формируются узлом 8; включение положительной полярности напряжения на выходе блока ключевых элементов 1 определяется наименьшим отрицательным корнем уравнения F(+)=0; включение отрицательной полярности напряжения на выходе блока ключевых элементов 1 определяется наименьшим положительным корнем уравнения F(-)=0; х=U_тг-U_з - сигнал ошибки, формируется узлом сравнения 4 как разность между сигналом скорости вращения электродвигателя 2, измеряется тахогенератором 3 и сигналом задания скорости вращения электродвигателя; - дифференцированный выходной сигнал, формируется узлом суммирования 13 как сумма сигнала Δn, пропорционального приращению за период модуляции выходного сигнала тахогенератора 3, формируется узлом 10 и сигналом , пропорциональным переменной составляющей тока электродвигателя 2, формируется узлом 12; T_d - коэффициент передачи сигналов х; Y(+), Y(-); Y(+), Y(-) - сигналы разверток для формирования управляющих сигналов.

Узел разверток 6 формирует сигналы по формулам.

где Т - длительность периода синхронизации; L_дв -индуктивность силовой цепи электродвигателя 2; t(+)=T{t/T} - временная координата для формирования сигнала развертки У(+); t(-)=T{(t+T/2)/T} - временная координата для формирования сигнала развертки Y(-); ({а} - дробная часть числа а [2]); (U_вх) - напряжение положительной полярности, прогнозируемое на выходе блока ключевых элементов 1 при отсутствии нагрузки; (-U_вх) - напряжение отрицательной полярности, прогнозируемое на выходе блока ключевых элементов 1 при отсутствии нагрузки; U_вых - расчетная составляющая суммы напряжения падения в блоке ключевых элементов, напряжения падения на активном сопротивлении силовой цепи и ЭДС вращения двигателя 2 формируется узлом 9

где 2U_кsgn(I_дв) - падение напряжения на ключевых элементах в блоке ключевых элементов 1; I_двr - падение напряжения на суммарном активном сопротивлении r силовой цепи электродвигателя 2; е=С_eФ_n - ЭДС вращения электродвигателя 2; C_e - электрическая постоянная электродвигателя 2; Ф - магнитный поток одного полюса двигателя 2; n=U_тг/К_мг - скорость вращения вала электродвигателя 2; U_тг - сигнал, пропорциональный скорости вращения вала электродвигателя 2 формируется тахогенератором 3; к_тг - крутизна выходной характеристики тахогенератора 3.

Предложенное техническое решение позволяет формировать сигналы разверток с учетом напряжения питания, падения напряжения на ключевых элементах, падения напряжения на активном сопротивлении силовой цепи и ЭДС вращения двигателя таким образом, что в установившемся режиме в момент коммутации блока ключевых элементов дифференцированный выходной сигнал равен по амплитуде и противоположен по знаку соответствующему сигналу развертки, что обеспечивает коммутацию в блоке ключевых элементов при отсутствии статической ошибки, т.е. реализовать электропривод с синхронизируемым скользящим процессом и заданными динамическими свойствами, обеспечивая устойчивость установившегося режима в широком диапазоне изменения параметров и при любом направлении вращения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент РФ №2156996, кл. G 05 F 1/56, опубл. 27. 09. 2000. БИМП №27.

2. Райхмист Р.Б. Графики функций: Справ. Пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1991, с.92-93.

Способ управления электродвигателем постоянного тока, основанный на широтно-импульсной модуляции напряжения питания, заключающийся в том, что определяют сигнал ошибки, формируют дифференцированный выходной сигнал, широтно-импульсную модуляцию осуществляют управляющим сигналом, который формируют из суммы сигнала ошибки, дифференцированного выходного сигнала и сигнала развертки, отличающийся тем, что сигнал ошибки формируют пропорционально разности выходного сигнала тахогенератора и сигнала задания скорости вращения электродвигателя, осуществляют двухстороннюю широтно-импульсную модуляцию двумя управляющими сигналами, включающими соответственно положительное или отрицательное напряжение на входных шинах электродвигателя, дифференцированный выходной сигнал формируют как сумму сигнала, пропорционального переменной составляющей тока электродвигателя, и сигнала, пропорционального приращению за период модуляции выходного сигнала тахогенератора, сигнал развертки для каждого управляющего сигнала формируют равным по амплитуде и противоположным по знаку прогнозируемому до конца полупериода модуляции приращению тока в индуктивности силовой цепи электродвигателя при воздействии на нее напряжения, равного разности между входным напряжением электродвигателя на соответствующем интервале модуляции, и напряжения, равного сумме падений напряжений в блоке ключевых элементов, на активном сопротивлении силовой цепи и на ЭДС вращения электродвигателя.