Устройство для управления электроприводом постоянного тока

 

Союз Советских

Сецналнстнческнх

Республик (и)736320 (61) Дополнительное к авт. саид-ву—

Р1 М ) 2

Н 02 Р 5/06 (22) Заявлено 130278 (21) 2578838/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 250580. Бюллетень № 19

Дата опубликования описания 30. 05. 80 (53) УДК 621, З1З. 2, .077(088.8) (72) Авторы изобретения

В. Я. Ткаченко и В. И. Ключев

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерностроительный институт им. В. В. Куйбышева и Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электропри-. водам постоянного тока и может применяться в электроприводах лифтов, шахтных подъемников, кранов, в которых отсутствуют существенные возмущающие воздействия со стороны нагрузки, Известно устройство для управления электроприводом с реверсом поля, содержащее контур регулирования частоты 1О вращения и подчиненные ему контуры регулирования тока якоря и магнитного потока возбуждения двигателя (1).

Наиболее близким к изобретению IIo технической сущности и достигаемому .результату является устройство для управления электроприводом с реверсом поля с нереверсивным преобразователем в цепи якоря и реверсивным преобразователем в цепи возбуждения двигателя, .содержащее контур регулирования частоты вращения двигателя с регулятором частоты вращения и датчиком частоты вращения и подчиненные ему контур регулирования магнитного потока с регу- 2g лятором и датчиком магнитного потока и контур регулирования тока якоря с блоком выделения модуля на его входе, регулятором и датчиком тока якоря (2).

Недостатки известного устройства— существенные перерегулирования и колебательность переходных процессов электроприводе, возникающее вследствие больших значений скорости изме-. нения момента двигателя перед переходом к его установившемуся значению, что, в свою очередь, определяется нелинейным характером изменения задания момента, пропорционального произведению задающих сигналов тока и магнитного потока двигателя.

Цель изобретения — уменьшение перерегулирования и колебательности переходных процессов в электроприводе.

Цель достигается тем, что в устройство для управления электроприводом постоянного тока с нереверсивным преобразователем в цепи якоря и реверсивным преобразователем в цепи возбуждения двигателя, содержащее контур регулирования частоты вращения двигателя с регулятором и датчиком частоты вращения и подчиненные ему контур регулирования магнитного потока с регулятором.и датчиком магнитного потока и контур регулирования тока якоря с блоком выделения модуля на его входе, регулятором и датчиком тока якоря, введены звено с ограничениемт блок деления и блок интегрирования, а также нелинейный блок возведения в квад736320 рат модуля входного сигнала, причем соединенные последовательно звено с ограничением, блок деления и блок интегрирования включены между выходом регулятора частоты вращения и входами контуров регулирования тока якоря и магнитного потока, нелинейный блок возведения в квадрат модуля входного сигнала включен между выходом блока интегрирования и входом звена с ограничением, а вход делителя блока деления соединен с выходом включенного на входе контура регулирования тока якоря блока выделения модуля, На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Якорная цепь двигателя 1 подключена к нереверсивному преобразователю

2, а его обмотка 3 возбуждения — к реверсивному преобразователю 4.

Устройство для управления электроприводом содержит контур регулирования частоты вращения двигателя с регулятором 5 и датчиком б частоты вращенияя и подчиненные ему контур регулирования магнитного потока с регулятором 7 и датчиком 8 магнитного потока и контур регулирования тока якоря с блоком 9 выделения модуля на его входе, регулятором 1О и датчиком 11 тока якоря. B устройство введены зве- 3() но 12 с ограничением, блок 13 деления, и блок 14 интегрирования, нелинейный блок 15 возведения в квадрат модуля входного сигнала, причем соединенные последовательно звено 12 с ограничением, блок 13 деления и блок 14 интег ° рирования включены между выходом регулятора 5 частоты вращения и вхоцами контуров регулирования тока якоря и магнитного потока, нелинейный блск 15 возведения в квадрат модуля входного 4О сигнала включен между выходом блока 4 интегрирования и входом "âåíà 12 с ограничением, а вход делителя блока

13 деления соединен с выходом включенного на входе контура регулирова- 45 ния тока якоря блока 9 выделения модуля.

На фиг. 2 приведены графики 16, 17 и 18, характеризующие соответственно изменения задающего сигнала U, задан-5() ного значения момента М и ег произвоцной — + на обоих этайах движения, Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал блока 14 интегрирования является задающим (U®) как для контура регулирования тока якоря, так и для. контура регулирования магнитного потока двигателя. Формирование этого задающего сигнала обеспечивается с помощью звена 12 с ограниче- 60 нием, блока 13 деления, ко входу делителя которого подключен выход блока

9 выделения модуля, блока 14 интегрирования и нелинейности блока 15 возведения в квадрат модуля входного сиг- 65

Нала. На входе звена 12 с ограничением сравниваются выходной сигнал регулятора 5 частоты вращения Uj и выходной сигнал нелинейного блока 15 возведения в квадрат модуля входного сигнала U, который характеризуется выражением

U< = К„U signU = К„U modU (1)

Нелинейный блок 15 возведения в квадрат модуля входного сигнала может быть выполнен в виде блока перемножения и подключенных к его входам блока определения знака и блока возведения в квадрат, входы которых соединены с выходом блока 14 интегрирования (сигнал U7,) .

Указанный нелинейный блок может быть выполнен также в виде блока перемножения, к двум входам которого подключен выход блока 14 интегрирования (сигнал U ) непосредственно и через дополнительный блок выделения модуля.

Наиболее просто этот нелинейный блок может быть реализован на операционном усилителе, на входе которого включен нелинейный резистор с квадратичной вольт-амперной характеристикой.

При этом, если звено 12 с ограничением выполнено на операционном усилителе, укаэанный нелинейный резистор может быть включен непосредственно на вход звена 12 с ограничением.

При больших рассогласованиях выходного сигнала U< регулятора 5 частоты вращения, выходного сигнала Б нелинейного блока 15 возведения в квадрат модуля входного сигнала звено 12 с ограничением находится в зоне насыщения, а его выходное напряжение ()) равно напряжению ограничения П . При этом дифференциальное уравнение, характеризующее изменение задающего сигнала U, имеет вид т„„

U . = U signU, (2)

1 где Т1 — постоянная времени блока 14 интегрирования; передаточный коэффициент блока 13 деления.

При малых значениях рассогласования входных сигналов звена 12 с ограничением выходного, напряжение этого звена U 2 определяется линейным участком его характеристики. При этом изменение задающего сигнала 1) характеризуется нелинейным дифференциальным уравнением

Т,, dU < U — Q — "-+U = — -э1Я nU (3) к1ак1ък15 (t бФ Ъ кю It где К z — передаточный коэффициент звена 12 с ограничением на линейном участке его характеристики.

В режиме разгон- на первом этапе движения выходной сигнал U регулято736320

2кл 5 "оГр 9 2т ) (4) Соответствующее полученному выражению изменение задающего сигнала U на первом этапе движения характеризу3 ется графиком 16 на фиг. 2. 15

14 (05 КЛ2 2О л 2к к к 1 0 ) ()

1Ъ л6 Ofp

0 +л= к 0,- к"

М,= К U Ä (8) Формула изобретения

Устройство для управления электроприводом постоянного тока с нереверсивным преобразователем в цепи якоря и реверсивным преобразователем в цепи возбуждения двигателя, содержащее контур регулирования частоты вращения двигателя с регулятором и датчиком частоты вращения и подчиненные ему контур регулирования магнитного потока с регулятором и датчиком магнитного по1ока и контур регулирования тока якоря с блоком выделения модуля на его входе, регулятором и ра S, частоты вращения существенно превышает выходной сигнал U блока 15 лб I поэтому звено 12 с ограничением находится в зоне ограничения. При этом решение нелинейного дифференциального уравнения (2) при нулевых начальных условиях представляет собой следующее выражение, характеризующее изменение задающего сигнала U на первом этапе движения

Первый этап движения заканчивается при переходе на линейный участок характеристики звена 12 с ограничением в момент времени когда задающий сигнал U достигает значения

Решение нелинейного дифференциального уравнения (3) с учетом полученных начальных условий дает следующее выражение, характеризующее изменение задающего сигнала U (и его переход к установившемуся значению) на втором этапе движения

У Ц Л1 Ю Л5

2К К К I(2 35

Ъ К КК "Р т

<5 12. л5 44

Поскольку выходной сигнал блока 14 интегрирования представляет собой задание как для контура регулирования тока, якоря, так и для контура регулирования магнитного потока двигателя, а моме)лт двигателя пропорционален произведению тока якоря и магнитного потока, заданное значение момента двигателя пропорционально квадрату этого сигнала где К вЂ” коэффициент пропорциональности. °

Тогда заданное значение момента двигателя И, а также его производная ам — —, определяющая величину рывка в механизме, на первом этапе движения характеризуются зависимостями

Кк ь0 4 (9)

Йму 2 — — „Оот (1O) И а на втором этапе движения эти зависимости имеют вид

К 0 2К К К

К-К, О, Е Р (t-t, ) (12) Как следует из приведенных выражений, величина изменения заданного значения момента двигателя и длительность переходного процесса на втором этапе движения зависят от величины передаточного коэффициента К звена

Л2

12 с ограничением на линейном участке

его характеристики и увеличением Кл

Л2 могут быть практически сведены к нулю.

Практически во время всего переходного процесса благодаря укаэанному выше нелинейному характеру изменения сигнала U задания для контуров регулирования тока якоря и магнитного потока двигателя обеспечивается линейный характер изменения задания момента двигателя и постоянное значение его производной (соответственно графики 16, 17, 18, фиг. 2), в то время как в случае линейного характера изменения сигнала задания для контуров регулирования тока якоря и магнитного потока двигателя задание момента двигателя изменяется нелинейно с возрастающей крутизной, причем при одинаковой длительности переходного процесса величина его производной перед переходом к установившемуся значению практически в два раза превышает среднее зйачение, равное поддерживающему на постоянном уровне значению этой производной в предлагаемом устройстве.

Бследствие указанного в предлагаемом устройстве уменьшаются перерегулиро- вания и колебательность переходных процессов в электроприводе, а при одинаковых максимальных значениях скорости изменения задания момента двигателя возможно сокращение длительности переходных процессов.

Таким образом, устройство обеспечивает уменьшение перерегулирований и колебательности переходных процессов в электроприводе в режимах управления, что повышает надежность электропривода, и механизма, а также позволяет повысить производительность эа счет сокращения длительности переходных процессов.

736320

Фа.2. Я

Составитель В . Кузнецова

Редактор М. Ликович Техред М.Кузьма Корректор Г. Решетник

Эаказ 2284/11 Тираж 783

Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 датчиком тока якоря, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения перерегулирования и колебательности переходных процессов в электроприводе, в него введены звено с ограннчением, блок деления и блок интегрирования, а также нелинейный блок возведения в квадрат модуля зходного сигнала, причем соединенные последовательно звено с ограничением, блок деления и блок интегрирования включены между выходом регулятора частоты вращения и входами контуров регулирования тока якоря и магнитного потока, нелинейный блок возведения в квадрат модуля входного сигнала включен:. между выходом блока интегрирования и входом звена с ограничением, а вход делителя блока деления соединен с выходом включенного на входе контура регулирования тока якоря блока выделения модуля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ж. ВВ(-Nachrichten, 9 4, 8, 1976, с. 153-160.

2. Ж. Brown Boveri Review, 9 3, 63, 1976, с. 188-194 (прототип) .