Электропривод постоянного тока с двухзонной системой регулирования скорости

 

Союз Советскигг л.ОЦнаЛИСтИЧЕСКИД

Ресттубпнк

-" ° л л (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаЯвлено 210477 (21) 247786 З/24-07 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Опубликовано 250530. Бюллетень 1 )о 19

Дата опубликования описания 30. 05. 80 (51)М, Кл,2

Н 02 P 5/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений м открытий (53) УДК б21. З1б. . 718 (088. 8) (72) Авторы изобретения

F. A. Захаренко, 10. С. Тартаковский, A. М. Вейнгер, A С. Гусев,- В. В. Караман и В. П. Чудновский

Свердловское отделение Государственного ордена Трудового

Красного Знамени проектного института Тяжпромэлектропроект им. Ф. Б. Якубовского и Уральский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (71) Заявители (54) ЭЛЕКТРОГ!РИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДВУХЗОННОЙ

СИСТЕМОЙ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

Изобретение относится к области регулируемого вентильного электропривода постоянного тока с регулированием скорости двигателей, в основном воздействием на поток возбуждения и может быть использовано, например, для главных приводов непрерывных прокатных станов (трубных, листоных и т. д.), для злектроприводон бумагоде-1О лательных машин и т. п.

Известны электроприводы постоянного тока с воздействием на напряжение на якоре двигателя и на поток возбуждения его, так называемые электроприводы с двухзонным регулированием скорости, в которых регулирование скорости в пределах до основной происходит при полном потоке возбуждения изменением напряжения на якоре, а выше основной — изменением тока возбуждения (1). В таких злектроприводах система регулирования скорости состоит из двух частей: системы регулирования напряжения на якоре, включающей в себя последовательно включенные регулятор тока, возлейстнующий на вентильный преобразователь, и регулятор скорости, и сисгкзмь регулирования ЭДС, управляющеи током возбуждения двигателя. Послепняя система может выполняться либо днухконтурной — с регуляторами тока (или потока) возбуждения и ЭДС двигателя, либо одноконтурной — с регуляторами ЭДС и элемен том сравнения. Задание на регулятор

ЭДС двигателя в этих электроприводах выполняется неизменным от заданного уровня скорости и нагрузки двигателя

В таком электроприводе регулирование скорости осуществляется как при постоянном моменте (до основной скорос ти), так и при постоянной мощности (выше основной скорости), и обеспечи вается высокое качество статических и динамических характеристик.

Однако н таком электроприводе не— обходимо применять индивидуальные длг каждого двигателя вентильные преобразователи в якорных цепях и вентильные возбудители в цепях возбуждения.

B целом ряде практических случаев при относительно небольшом диапазоне регулирования скорости целесообразно выполнять только регулирование скорости при постоянстве мощности, т. е. изменением тока возбуждения при неизменном напряжении на якоре двигателя. В этих случаях можно применять один вентильный преобразователь для одновременного питания якорных цепей

73 3)съ целой группы двигателей (групповой источник питания) и индивидуальные вентильные возбудители для регулирования скорости каждого двигателя изменением тока эозбуж) ения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является электропривод постоянного тока, содержащий управляемый вентильный преобразователь,.снабженный системой регулирова-ния напряжения преобразователя, питающего якорные цепи одного или нес.кольких двигателей, и нереверсивные эе:— тильные возбудители, индивидуальные для каждого двигателя, снабженные системой регулирования скорости (2).

Система регулирования скорости, zoçдействующая на поток возбуждения, э таком злектроприэоде содержит последовательно включенные регулятор скорости, множительно-делительное устройство, регулятор тока якоря и регулятор возбуждения, и задающее устройство, соединенное со входом регулятора скорости и со вхоцом нелинейного элемента с характеристикой типа Ограничения, включенного на входе системы регулирования напряжения на якоре, причем ко входам первых двух регуляторов поцключены соответственно датчики скорости вращения и тока якоря, вход множителя множительно-делительного устройства соединен с датчиком cêîðîñòè, а вход делителя через блок выделения большего из двух сигналов — c источником постоянного напряжения и " выходом датчика ЗДС. Ограничение тока якоря двигателя осуществляется здесь охватом множительно-делительного устрсйства и регулятора скорости нелинейными элементами, ограничение тока возбуждения — ограничением задания н входе регулятора возбуждения.

В таком злектроприводе, особеннс при применении регулятора потока всзСуждения и точного измерителя потока возбуждения„могут быть получены статические и динамические характеристики достаточно высокого качества. Прн применении же вмес:то регулятора потока регулятора тока возбуждения или perулятОра ПОтОка с неточным измерителем потока возбуждения быстродействие системы регулирования Оказывается пониженным — ухудшаются качественные показатели электропривода. 0пыт проектирОвания и наладки пОДОбных систем показывает, что при наличии высок:Hx требований к быстродействию системы регуЛирования скорости (что особенно важно, например, при трубопрокатных агрегатах), к статической и динаюмчеакой точности.измерителя потока возбуждения предъявляются черезвычайно высокие требования, которые не могут быть удовлетворены современными методами аналоговой техники; применение же специальных измерителей потока двигателя представляется нецелесообраз ным. Таким образом, по указанным причинам в рассматриваемом электроприводе не удается реализовать достаточно высокое быстродействие.

Для исклюЧЕНиЯ НЕДОСтатКОВ, ВНОСИ мых регулятОрОм потока, можно применить регулятор тока возбуждения, однако при этом снижается быстродействие системы регулирования.

Цель изобретения — улучшение стати1О ческих и динамических характеристик электроприэода, а также угрощение его наладки.

Цель достигается тем, что в электроприводе, содержащем управляемый вентильный преобразователь с системой регулирования напряжения на якоре двигателя, нереверсивный эентильный возбудитель для питания обмотки воэбуждения двигателя с системой регулирова2О ния скорости двигателя, состоящей из последовательно включенных регулятора скорости, множительно-делительного устройства, регулятора тока якоря и регулятора возбуждения, и задающее устройство, соединенное со входом ре25 гулятора скорости и со входом нелинейного элемента с характеристикой типа ограничения, включенного на входе системы регулирования напряжения на якоре, причем ко входам первых двух реу) гуляторов подключены соответственно датчики скорости вращения и тока якоря, вход множителя множительно-дели--ельно.".о устройства соединен с дат- иком скорости, вход делителя этого

3 устройства через блок выделения большего из двух сигналов — с выходом датчика ЗДС и источником постоянного напря>кения, применены два блока выделения большего из двух сигналов, выходы которых подключены ко входу регулятора возбуждения, входы первого из них соединены с датчиками тока возбуждения и ЗДС, а входы второго — с выходом упомянутого нелинейного элемента и с введенным источником посто45 янного напряжения.

;-1а чертеже представлена функциоIBflьная схема электропривода.

Злектропривод соцержит двигатель щ постоянного тока, вентильный преобразователь 2 (реэерсивный или неревер. сиэный) для питания якорных цепей, нереверсивный вентильный возбудитель

3, измеритель 4 скорости (тахогенера15 тор), систему 5 автоматического регулирования напряжения вентильного преобразователя, питающего якорь двигатеця, регулятор 6 возбуждения, регулятор 7 тока якорной цепи двигателя, регулятор 8 скорости, измеритель

6О 9 ЗДС двигателя, делительный элемент

10, множительно-делительное устройство 11, элементы 12-15 сравнения для выделения большего из двух сигналов, нелинейные элементы )6-19, фильтры

20 — 23, датчик 24 напряжения на якоре

736319 двигателя, датчик 25 тока якорной цепи двигателя, датчик 26 тока возбуждения.

Якорь двигателя 1 питается от управляемого реверсивного или неревер-. сивного вентильного преобразователя

2; от этого же преобразователя могут питаться и другие двигатели группового электропривода. Обмотка возбуждения двигателя питается от нереверсивНого вентильного возбудителя 3. Преобразователь 2 управляется системой

5 автоматического регулирования напряжения Un. На вход этой системы поступает сигнал U > заданного значения напряжения на якоре двигателя, формируемый из сигнала заданного значения скорости двигателя п с помощью нелинейного элемента 16, имеющего линейную характеристику вплоть до ограничения, устанавливаемого равным номинальному значению напряжения двигателя U . При увеличении величины пЪ выше значения U H напряжение на выходе нелинейного элемента 16 остается неизменным.

Управление возбуждением двигателя 25 осуществляется трехконтурной системой подчиненного регулирования. Первый контур этой системы представляет собой контур регулирования либо тока возбуждения, либо ЭДС двигателя, в Зп зависимости от того, какое из двух сравниваемых на элементе 12 напряжений — на выходе измерителя ЭДС или датчика тока возбуждения — больше.

Выделяемая элементом сравнения 12 переменная подается на вход пропорцио нально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора 6 возбуждения в качестве отрицательной обратной связи.

Выход регулятора 6 соединен со входом делимого делительного элемента

10, на-вход делителя этого элемента подан через элемент 13 сравнения для выделения большей из двух величии сигнал с выхода тахогенератора 4.

До определенной скорости n = п сиг- 45 над на выходе элемента 13 равей неизменному напряжению U, поступающему . от источника постоянного напряжения, при скорости и и на выходе этого элемента равен напряжению, про- 5О порциональному скорости двигателя.

Выход делительного элемента 10, в состав которого входит обычно и фильтр 20, подан на вход вентильного возбудителя 3. Для ограничения углов управления возбудителя предусматривается связь фильтра 20 через нелинейный элемент 17 на вход регулятора 6 возбуждения.

В качестве задания на вход этого регулятора подано два сигнала — сигнал с выхода регулятора / тока якорной цепи, действующий на уменьшение

ЭДС двигателя, и сигнал с выхода элемента 14 сравнения, действующий на увеличение ЭДС двигателя. Таким 65 образом, заданное значение ЭДС двигателя определяется равностью e..— U 3 Р

До определенного заданного значения .

ЭДС двигателяб = бо=п сигнал на выходе элемента 14 неизменен и равен

U« при увеличении задания на ЭДС двигателя выше величины В сигнал на о выходе элемента 14 равен заданному значению ЭДС двигателя.

В качестве обратной связи на вход регулятора 7 тока поступает сигнал с выхода датчика 25 тока якоря, в качестве задания — сигнал с выхода множительно-делнтельного устройства 11 через фильтр 21, входящий обычно в состав этого устройства. На вход первого множителя устройства 11 подан сигнал с выхода регулятора 8 скорости, пропорциональный заданному значению момента двигателя my, на вход второго множителя — сигнал с выхода измерителя 4 скорости через фильтр

22. На вход делителя устройства 11 подан сигнал с выхода элемента 15 сравнения, выделяющего большую из двух. величин — постоянного напряжения, пропорционального e ... или ЭДС цвигателя e e.„. На вход регулятора

8 скорости действуют через фильтры

22, 23 сигналы заданного п- и фактического значений скорости n. .Ограничение тока „двигателя осуществляется с помощью нелинейного элемента 19, охватывающего отрицательной обратной связью устройство 11, фильтр 21 и регулятор 8 скорости.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при отключенном автомате якорной цепи двигателя на вход регулятора 6 ЭДС при зашунтированных регуляторах тока и скорос— ти подается задание минимального значения ЭДС холостого хода двигателя бо, а на вход делителя элемента 10 подается минимальное значение рабочей скорости n = eo. Так как при этом ЭДС двигателя 6 = О, то в системе устанавливается определенный ток возбуждения i К в — — бо, где К в — коэффициент передачи датчика тока возбуждения.

Причем выбирается, чтобы при е=б „

i9 = 1, T ° е. КДТЬ=ЕО

При включении автомата якорной цепи двигателя расшунтируются регуляторы тока и скорости и подается коман да на разгон двигателя до минимального значения скорости nð. Если на этой скорости на валу двигателя имеется какая-то нагрузка, то на выходе.регулятора скорости появляется положительное напряжение m, на входе регулятора тока — положи ельное напряжение на выходе регулятора тока — отрицательное напряжение U<, которое задает снижение ЭДС двигателя ° 3a счет снижения тока возбуждения ЭДС двигателя, снижается. Но снижение

73б319 тока возбуждения происходит в большем отношении, чем ЭДС двигателя (за счет кривой намагничивания), т. е. оказывается, что 1 К Е, и даже уже на этой скоростй и = n = и. происходит переключение с помощью элемента 12 сравнения обратной связи регулятора возбуждения б с тока возбуждения на ЭДС двигателя.

Начиная со скорости и >п даже на холостом ходу в 1вКАтв, причем до скорости и > = U на холостом ходу в системе поддерживается 1> = 1, а со скорости п .7 11„„поддерживается

i (1.

Таким образом, начиная с заданного минимального значения ЭДС двигателя холостого хода Вz в системе регулирования поддерживается заданная скорость и = и к п . Причем поддержание скорости возможно и при п =Ио<1, т. е. меньше номинального значения,.

На вход делителя устройства 11 при этом должна задаваться величина не менее 8 „ — минимальной ЭДС двигателя при максимальной нагрузке на скорости п, Качество регулирования скорости в рассматриваемом электроприводе при изменениях задания и нагрузки соответствует качеству регулирования в электроприводах с обычными трехконтурными системами подчиненного регулирования, процессы весьма близки к принятым для этих систем оптимальным процессам.

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока с двухэонной системой регулирования скорости, содержащий управляемый вентильный преобразователь с системой регулирования напряжения на якоре, нереверсивный вентильный возбудитель для. питания обмотки возбуждения электродвигателя с системой регулирования скорости двигателя, состоящей из последовательно включенных регулятора скорости, множительно-делительного устройства, регулятора тока якоря и регулятора. возбуждения, и задающее устройство, соединенное со входом регулятора скорости и со входом нелинейного элемента с характеристикой типа ограничения, включенного на входе системы регулйрования напряжения на якоре, причем ко входам первых двух регуляторов подключены соответственно датчики скорости вращения и тока якоря, вход множителя множительно-делительного устройства соединен с датчиком скорости, вход делителя этого устройства через блок выделения большего из двух сигналов — с выходом датчика ЭДС и с источником постоянного напряжения, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью улучшения статических и динамических характсристик электропривода и упрощения настройки системы регулирования, в него введены два блока выделения большего из двух сигналов, выходы которых подключены ко входу регулятора возбуждения, входы первого из них соединены с датчиками тока возбуждения и ЭДС, а входы второго — c выходом упомянутого нелинейного элемента и с введенным источником постоянного напряжения.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лебедев Е. Д. и лр. Управлейие вентильными электроприводами постоян ног > тока. И. Энеогия, 1970, с. 94-99

2, Фишбейн Б. Г. Расчет систем подчиненного регулирования вентильного электропривода постоянного тока. М., Энергия, 1972, с. 111-124.

736319

Тираж 783

Заказ 2284/11

Подписное

UHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Кузнецова

Редактор М. Ликович Техред Н.Ковалева Корректор Г. Решетник