Реверсивный тиристорный электропривод с упругой передачей от двигателя к механизму

 

О П И - С.",А Н И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ рц73)539

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 25.04.77 (21) 2484870/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень № 16 (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (51) М. Кл.

H 02Р 5/06

Государственный комитет (53) УДК 621.316.718. .5 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения (71) Заявитель

В. Я. Ткаченко

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт им. В. В. Куйбышева (54) РЕВЕРСИВНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

С УПРУГОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ ОТ ДВИГАТЕЛЯ К МЕХАНИЗМУ

Изобретение относится к электроприводам и может быть использовано в механизмах с тяжелыми условиями работы (подьемно-транспортных машин, экскаваторов, промышленных манипуляторов, испытательных стендов) .

Известен электропривод с резко изменяющейся нагрузкой, содержащий питающий двигатель преобразователь, регулятор частоты вращения, а также датчик момента нагрузки и усилитель, образующие контур обратной связи по величине момента нагрузки (1). Это устройство уменьшает падение частоты вращения двигателя при возрастании момента нагрузки,.однако не or раничивает величину этого момента, а отсутствие учета скорости его нарастания уменьшает эффективность воздействия по моменту и уменьшает надежность электропривода.

Известен также реверсивный электропривод с контурами регулирования тока и частоты вращения и реверсивным преобразователем в цепи якоря, содержащий датчик момента нагрузки, соединенный через пороговый элемент со входом контура регулирования частоты вращения, при этом датчик момента нагрузки выполнен на операционных усилителях, один из которых должен иметь бесконечный коэффициент усиления (2).

Этот электропрнвод осуществляет введение отрицательной обратной связи по моменту нагрузки прн превышении допустимой величины. Однако эффективность управления ограничивается, во-первых, тем, что в наиболее тяжелом режиме токоограничення, когда регулятор контура частоты вращения насыщен, момент нагрузки практически не ограничивается (илн требует

10 практически релейного изменения сигнала с большой величиной), и, во-вторых, отсутствием учета скорости изменения момента нагрузки, существенно уменьшающим возможность демпфировання колебаний элек15 тропривода. Кроме того, непзбежная ограниченность коэффициента усиления и выходного напряжения операционного усилителя датчика момента нагрузки увеличивает погрешность управления, которая еще

20 больше возрастает в случае введения блока дифференцирования для устранения указанного выше недостатка, причем «реальный» характер дифференцирования также увеличивает погрешность, что в целом снн25 жает эффективность управления, а необходимость использованнч реверсивного преобразователя в цепи якоря уменьшает коэффициент мощности электропрнвода, его надежность, увеличивает габариты и вес.

30 Известен также электропрпвод с упругой кинематнческой передачей, последовательно соединенными преобразователем, шггающим якорь двигателя, регуляторами тока и частоты вращения, содержащий установленные на валах двигателя и механизма два тахогенератора, подключенные через блок суммирования ко входу регулятора тока, что обеспечиВает Демпфирование Высокочастотных колебаний элсктропрпвода (3). В этом электроприводе не учитывается величина момента нагрузки и не обеспечивается его ограничение, а эффективность демпфирования колебаний уменьшается с уменьшением их частоты, причем происходит затягивание переходных процессов, что уменьшает быстродействие электропривода.

Наиболее близким к изобретению по Технической сущности и достигаемому результату является реверсивный тиристорный электропривод для тяжелых услов1ш работы с упругой передачей от двигателя к механизму, содержащий датчик и регулятор частоты вращения двигателя, подключенные к выходу последнего, контур регулирования возбуждения двигателя с регулятором возбуждения, питающим обмотку возбуждения двигателя реверсивным преобразователем и датчиком магнитного поток;:, а также контур регулирования тока якоря с датчиком тока, последовательно включенными блоком выделения модуля, регулятором тока и питающим якорь двигатс ля нереверсивным преобразователем (4).

Применение этого электропривода позволяет обеспечить высокий коэффициент мощности тиристорного электропрпвода, повысить его надежность, сократить габариты и стоимость. Однако уменьшение колебательности электропривода и ограничеш1с вызываемых ею нагрузок здесь осуществляется за счет уменьшения скорости изменения магнитного потока, что уменьшает быстродействие электропривода, а дсмпфирующие свойства при действии возмущений уменьшаются.

Цель изобретения — повышение быстродействия и эффективности демпфирования колебаний и ограничения нагрузок.

Это достигается тем, что в электроприьод введены блок определения величины и скорости изменения момента в упругой перс даче, линейный суммирующий усилитель с двумя входами, операционный усилитель с нелинейными резисторами на двух сго Входах и дополнительный регулятор с параметрами, соответствующими параметрам регулятора частоты вращения, причем управляющий вход блока рсгулпрусмого ограничения подключен к выходу операционного усилителя, два входных нелинейных резистора которого соединены с выходом линейного суммирующего усилителя н с характеризующим скорость изменения ivIOмента в упругой передаче выходом блока определения величины и скорости пзмсне5

30 о . i3

4 нпя этого момента, ьторой Выход кото1;о:о, характсризую1ций всличш1у момента, подкл10чен I(0 BXO+y i killekrkroi 0 C)".,r:" rrrpl 10щс1 0 у сп;Iитсля Вместе с Выходом дополпlпсльпого регулятора, ко Входу которого подключено задающее напряжение регулятора частоты вращения и выход датчика частоты вращения двигателя. Кроме того, блок определения величины и скорости изменения момента в упругой передаче может быть выполнен в виде двух установленп на валу упругой передачи дифференциальных 1121 HkiToyrrpyrkrx преобразователей, вход питания одного нз которых подк1почен к источнику перемснпого напряжения ВысОкой частоты и выход — к выпрямителю, а вход питания второго соединен с источником постоянного тока, блок определения величины и скорости может быть выполнен в виде последовательно соединс1шых блока перемножения, первого и второго интсгриpyIoIIlèõ усилителей и масштабного 5силитсля, причем первый интегрирующий усилитель и трп последователь 10 соединенных усилителя охвачены жесткпмп обратными связями, а к двум входам блока перемножения и входу первого интегрирующего усилителя подключсны соответcTBcHHo выход дат111ка магнитного потока, выход да;ч1ка тока 11 источник сигнала, пропорциоHd.;11ИIОГÎ моменту collpoTlrвлсния мсханнзма, блок определения величины и скорости может быть Выполнен в виде llpoHop циопального и интегрирующего операционных усилителей с двумя ьходами и датчика частоты вращс1шя механизма, Выход кото рого соединен с первыми входами указанных усилптелеЙ, Вlopblp Входы IioTopblx подк;почены к Выходу датчика частоты вращения двигателя.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого электропривода; на фиг. 2, 3 и 4 — варианты выполнения блока определения величины и скорости изменения момента в упругой связи; на фиг. 5 — диаграммы, поясняющие работу электропрпвода.

Электропривод содержит двигатель 1 и соединительный с ним упругой псрсдачей

2 механизм 3. Ко входу регулятора 4 частоты вращения подключено задающее напряжение и выход датчика 5 частоты вращения двигателя. 1, вblxo iy регулятора 4 частоты вращения подк,почен контур регулирования возбуждения двигателя 1, содср:кащпй rloc, le, TOIIHTe:Ii rro coepriirerrrrbre pei y;(я 1ор 6 Возбуждения с подключенным к его Входу датчиком 7 мапштного потока и рсверсивпый преобразователь 8, питаю:цнй обмотку 9 Возбуждения двигателя 1. К выходу регулятора 4 частоты вращения подключен также контур регулирования тока якоря, содержащий блок 10 ьыдслсппя модуля, регулятор тока 11 с подключенным к его входу датчиком 12 тока и нерсвер731539

1О

20

30

50

60

5 сивнь!Л преооразов2те;?ь 13, пl!T2?0щи!! якорь двигателя 1.

В электропривод доно.! II!ITc;!!;?!0 DBc,,c-и!: блок 14 определения ге;и::пи?ы и скорости из,!el!ñèèÿ мо. .сита в упругой передаче, линейный суммиру?ощий усп.;ште ь 15 с двумя входами, дополнительный регулятор

16 с пара метрам п. 000TBcrcTBA IOU II ?! 021!2метрам регу-!ятора- 4 частоты вращсш;я, и с?перациопш! 1; си!!Птсль 17 с нелинейными резисторами 18 и 19 в цепях двух его входов. Регул??тор 4 вь?полнеи с р гулируемы. ограничением его вы <одного напряжения, l

Первый вариант выполнения блока 14 определения величины и скорости изменения момента в упругой передаче (см. фиг. 2) ключает установленные на валу

?пругой пере.".а ш 2 первь?й ?О второй 21 д?? ft ôåðclfffè22üïB!c магнитах прхгис преооразовате,т?!. вход питания первого из которых подключен к ис-.очипку 22 переменного напряжения высокой частоты, его выход подкл?очс?! к выпрямителю 23, 2 вход питания второго магнитоупругого преобразователя 21 подкл?очеп I< ??сточнпк" 24 постоянного тока.

Второй варна!IT Bhfllo.BHC III 6!O!<2 14 (см. фпг. 3) в .. !ючает последовате.;льна сосдинепны" бло < ?5 перемножения, первый

26 и второЛ ?7 интегрирующие усилители и масп?тас ный усилитель 28, причем псрвыч иптсгрирла?1?ий хе??Питель 26 и три последоватс, .ьно BI<ëþ÷åííûx усилитечя 26, 27 и ?8 0 22?еиы жесткими ооратными связям?: 29 и 30, а к двум входам блока 25

?! входу первого интегрирующего усилите. ?я

26 полк.?!о ?епы соответственно вы:од датчика магнитного потока, выход датчика тока и источник сигнала, пропорционального моменту сопротивления мехаш!зма.

Третий вар??ант выполнения блока 14 ! с? !. фиг. 4) включает пропорциональпыч

31 и интегриру?ощий 32 операциоинь?е усилители с двумя В .o,f!2ìè и датчик 33 частоты вращсиия механизма, выход которого соед?шеи с первь!ми входами указаннь?х усилителей, вторь?е входь! котор.?х подключены к выходу датчика 5.

Электропривод рабе. ает следующим образом.

Та;;:.Пк «OI?тур регулирогания гозбуждеиия и контур регулирования тока якоря, обладающий свой!стиами исто !ника тока, под ?ииcиь! контуру регулирования частоты вращси??я, то обеспечивается непрерыьное управTcll!!c приводом, причем в качестве главного канала управления частотой вращения дзпгателя используется его цепь возбуждения.

Выхо иое напряжение липе??ного суммирующего усилителя 15 определяется разностью фактического значения момента Ь упрхгой передаче М;- и его заданного значения Л4, определяемого в соответствии с выполияемь?м рож!имом управления выходом допол птсгп..ного регулятора 16. Это напряжение вместе с выходом блока 14, dMy характеризующим скоростью измеdt пения момента в упругой передаче, через нелинейные резисторы 18 и 19 с квадратичной характеристикой постх пает на вход операционного усилителя 17, формирующего дех?Пфпрх ющиЛ сигна I

U„: — (К, (Л4, — Л,) 21дп(Л,. — М,)+ гте с! — - собстгеиная частота колебаний;

К,. К вЂ” коэф<11пцисHTbf пропорциональности.

1-12 фиг. 5 приведен график изменения э-o, о сигнала при гармон?и?еских колебаниях момента в упругой передаче относительно его за.,аииого значения и К! — — К.. В

II?ITcpB2,I2x (, л) п (— л, 2л), когда знаки отклонения ве?и!чины момента от заданного пачепия и скорости его изменения од! наковь! (наибо.?се неблагоприятный с точки зпения от?<лонсния момента от заданного зиа ?е?и?я режим), вс?и?чина этого cnrII2, Iа OCT2PTCSI ма ?<сиM2 ??,Пой If !IpolIOpfflfoпальпа. !<21< c",åëócò из (1), квадрату величпнь! ко,!ебапий, а знак этого сигнала противопоставлен знаку отклонения момента и скорости его изменения, благодаря чему обеспечивается х?аксимальная эффективность ле!IcTBIISI демпфпрующего сигнала.

В интервал".х (О, — ) и (л, —;!) при раз2 2

dM, иых знаках Л1;- и . Противоположdt пь!х папрап.-си!?ях изменеH!IH их модулей, происходит изменение гс личины и знака этого сигнала, прe тстав.тя?ощего собой в целом ис гармони ?елтю кх сочно-гладкх

4 фаЗС . еожНО ВаРЬИРОВатЬ ИЗМЕНЕНИЕМ СООтноп?еl .Пя между ко-: 1!фициентами К! и Кг.

Демпфирующий сигнал с выхода опера731539

7 ционного усилителя 17 поступает на вход изменения напряжения ограничения регулятора 4 и па его управлЪющийт вход, причем первое пз указанных воздействий ограничение момента и демпфирование колебаний электропрпвода при насыщенном регуляторе 4, а второе — в зоне установившегося ре кима, когда регулятор частоты вращештя выходит из насыщения.

Первый вариант выполнения блока 14 определения величины и скорости изменения момента и упругой передаче (см. фпг. 2) позволяет получить на выходе первого магнитоупругого преобразователя 20, питаемого от источника 22 переменного напряжения высокой частоты, выпрямленный с помощью выпрямителя 23 сигнал, пропорциональный величине момента, а на выходе второго магнитоупругого преобразователя 21, питаемого от источника 24 постоянного тока, сигнал, пропорциональный скорости его изменения, без использования дифференцирующих устройств.

Второй вариант выполнения этого блока (см. фиг. 3) позволяет определить величину и скорость изменения момента решением уравнения

М„= J(")di = /ding ("ФУ+

С 1 1 аМ, — С вЂ” + — (2)

35 где Ф, I — магнитный поток и ток якоря двттгателя;С, К,р — жесткость и коэффициент трения упругой передачи;

1„т, У„, — моменты инерции двигателя и механизма;

M< — момент сопротивления механизма.

Такое выполнение блока 14 целесообразно использовать при контролируемом илп пренебрежимо малом моменте сопротивления механизма (например, в электроприводах для горизонтального перемещения грузов с гибким подвесом) .

В третьем варианте выполнения блока 14 (см. фиг. 4) пропорциональный 31 и интегрирующий 32 операционные усилители определятот скорость изменения и величину момента в упругой передаче на основе информации о частотах вращения двигателя о и механизма а„, получаемой с датчиков

5 и 33, связанных с определяеътыми величинами зависимостями (3) 60

dt

С (0> т — < > ) (4) Его целесообразно применять г электроприводах, допускающих установку датчика 65 частоты вращения на механизме (например, в электроприводах испытательных стендов, манипуляторов).

Все три варианта блока определения величины и скорости изменения момента в упругой передаче исключают необходимость применения дифференцирующих элементов, реальное выполнение которых всегда вносит дополнительную инерционность и погрешность в управление. Зто позволяет повысить точность управления и эффективность ограничения и демпфирования колебаний нагрузок электропривода.

Осуществляемое в предложенном электроприводе управление с учетом как величины, так и скорости изменения момента в упругой связи, обеспечение опережения по фазе демпфирующего сигнала и возможность его изменения, формирование кусочногладкого характера изменения этого сигнала с поддср>канттем его на максимальном урогне в наиболее тяжелые с точки зрения отклонения момента от заданного значения интервалы движения п регулированием этого уро-.íÿ пропорционально квадрату величины колебаний, а также использование для определения величины и скорости изменения момента в упругой передаче узлов, на требующих выполнения операции дифференцирования, реальное выполнение которой вносит дополнительные погрешности в управление — все это позволяет повысить эффективность ограничения нагрузок и демттфпровапия колебаний, а вместе с тем повысить быстродействие электропривода без опасности существенного повышения этих нагрузок.

Формула изобретения

1. Реверсттвньтй тиристорный электропривод с упругой передачей от двигателя к механизму, содержащий датчик и регулятор частоты вращения двигателя с блоком регулируемого ограничения в цепи его обратной связи, подключенные к выходу указанного регулятора, контур регулипования возбуждения двигателя с регулятором возбуждения, питающим обмотку возбуждения двигателя реверсивным преобра.=.ователем и датчиком магнитного потока, а также контур регулттрованпя тока якоря с дат тиком тока, последовательно включенным блоко YI выделепия модуля, регуляторо" тока и питающим якорь двигателя 1,-.-реверспвным преобразователем, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия 11 эффективности демпфирования ко тс баний и ограничения нагрузок, в него введены блок определения величины и скорости изменения момента в упругой передаче, линейный суммирующий усилитель с двумя входами, операционный усилитель с пелипейными резисторами на двух его входах и дополнительный регулятор с параметрами, 731539

fE соответствующими параметрам регулятора астоты вращения, причем управляющий вход блока регулируемого ограничения подключен к выходу операционного усилителя, два входных нелинейных резистора которого соединены с выходом линейного суммирующего усилителя и с характеризующим скорость изменения момента в упругой передаче выходом блока определения величины и скорости изменения этого момента, второй выход которого, характеризующий величину момента, подключен ко входу линейного суммирующего усилителя вместе с выходом дополнительного регулятора, ко входу которого подключены задающее напряжение регулятора частоты вращения и выход датчика частоты вращения двигателя.

2. Электропривод по п. 1, отл ича юшийся тем, что блок определения величины и скорости изменения момента в упругой передаче выполнен в виде двух установленных на валу упругой передачи дифференциальных магнитоупругих преобразователей, вход питания одного из которых подключен к источнику переменного напряжения высокой частоты и выход — к выпрямителю, а вход питания второго соединен с источником постоянного тока.

3. Электропривод по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что блок определения величины и скорости изменения момента в упругой передаче выполнен в виде последовательно соединенных блока перемножения, первого и второго интегрирующих усилителей и масштабного усилителя, причем первый интегрирующий усилитель и три последовательно соединенных усилителя охвачены жесткими обратными связями, а к двуч входам блока перемножения и входу первого интегрирующего усилителя подключены соответственно выход датчика магнитного потока, выход датчика тока и источник напряжения, пропорционального моменту сопротивления механизма.

4. Электропривод по п. 1, отличаюшийся тем, что блок определения вели15 чины и скорости изменения момента в упругой передаче выполнен в виде пропорционального и интегриоующего операционных усилителей с двумя входами и датчика частоты вращения механизма, выход которо20 го соединен с первыми входами указанных усилителей, вторые входы которых подключены к выходу датчика частоты вращенич двигателя.

Источники информации, 25 принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии ¹ 43 — 29617, кл. 55С

210.1, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 377949, кл. Н 02Р 5/00, 1970. зо 3. Акцептованная заявка ФРГ ¹ 2354655, кл. Н 02Р 5/00, 1975.

4, Журнал «Электротехника № 9, 1976г., с. 17 — 21, рис, 3.

Редактор В. Фельдман

Составитель В. Кузнецова

Техред В. Серякова

Корректоры Л. Слепая и А. Галахова

Заказ 751/8 Изд. № 280 Тираж 798 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретешш и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2