Способ регулирования скорости электродвигателя постоянного тока

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

<о772507 (61) Дополнительный к патенту 1) „ „з (22) Заявлено 08.09. 78 (21) 2663638/24-07 (23) П >ио >итет (32} 08.09.77

Н 02 Р 5/16

Гоеударствеииый комитет. СССР по делам изобретений и открнти Й (3f ) 1086666/77 (33) Япония

Опубликовано 1 51 080, Бюллетень Мо 3 8

Дата опубликования описания 2ц1080 (З) ЮР< 621. з1з.

° 2-58 (088. 8) Иностранцы

Сигеки Кавада, Есики Фудэиока, Иицухико Хирота и Наото Ота (Япония) (72} Авторы изобретения

Иностранная фирма

"Фудзнцу Фанук Лимитед" (Ялония) (7f) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ПОСТОЯННОГО ТОКА!

Изобретение относится к способам регулирования скорости электродвига телей постоянного тока и может быть использовано в системах управления двигателями постоянного тока с посто- 5 янными магнитами в качестве полюсов возбуждения.

Известен способ регулирования скорости электродвигателя постоянного тока путем изменения напряжения 10 на якоре двигателя в соответствии с ограниченной величиной напряжения ошибки, равной разности между напряжениями, соответствующими заданной и действительной скорости N - 15

Недостаток этого способа заключается в том, что уровень ограничения напряжения ошибки — величина постоянная вне зависимости от реаль- 2й ной скорости двигателя, что ведет к размагничиванию постоянных магни-тов двигателя.

Целью изобретения является пре- . дохранение постоянных магнитов от 25 размагничивания.

Для достижения поставленной цели уровень ограничения напряжения ошибки увеличивают при изменении действительной скорости двигателя. 30

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего способу на фиг. 2-9 даны временные диаграммы, поясняющие предложенный способ регулированиями на фиг.10 н 11 — блоки регулирования ускорения и торможения, соответственно.

Электродвигатель 1 снабжен датчиком 2 тока якоря и датчиком 3 скорости. Задатчик 4 скорости через блок 5 запуска соединен с дифференциальным усилителем 6. Ко входу дифференциального усилителя 6 подключен также выход датчика 3 скорости.

Выход дифференциального усилителя 6 .подключен к блоку 7 фаэовой компенсации. Блок фазовой компенсации предназначен для устранения специфических частстных составляющих (шумов и т.п.) и обеспечивает напряжение ошибки, пропорциональное сигналу ошибки. К выходу блока 7 подключен блок 8 выделения модуля, обеспечивающий получение абсолютной величины напряжения ошибки и ограничивающий ее. Преобразователь 9 напряжение-фаза сравнивает напряжение ошибки с напряжением пилообр 1эной формы, имеющим тот же период, что и напряжение источника переменного

772507 тока. Преобразователь 9 через генератор 10 импульсов подключен к уп-. равляющим электродам преобразователя 11. Вход генератора 10 импульсов

:через преобразователь 12 знака связан с блоком 8. Ограничитель 13 свя; эан с датчиком 2 тока якоря. Устройство содержит также блок 14 управле. ния ускорением и блок 15 управления торможением.

На фиг. 2 изображена зависимость ошибки между заданной скоростью дви. гателя и его действительной скоростью от напряжения ошибки, которое подается на схему управления фазным углом зажигания тиристоров..

На фиг. 2 абсцисса представляет ошибку е между сигналом требуемой скорости и напряжением обратной связи, а ордината.представляет выходное напряжение V, приложенное к схеме управления фазным углом зажигания.

Напряжение V обеспечивается для схемы управления фаэным углом зажигания для включения тиристоров при фаз-ном угле, пропорциональном выходному напряжению V, что .будет. описано ниже.

Ошибка е и выходное напряжение Ч находятся в пропорциональной взаимосвязи друг с другом, но когда ошибка е превышает некоторое значение, ныходное напряжение Ч не может далее возрастать и ограничивается у этого значения. Основная идея изобретения заключена в изменении верхнего предела напряжения ограниченияЧ, напряжения ошибки е,то есть фаэного угла зажигания тиристоров, в зависимости от действительной скорости двигателя постоянного тока.

На фиг. 3 показана взаимосвязь между скоростью двигателя (количество оборотов) и,напряжением ограничения V „, а абсцисса представляет скорость двигателя, а ордината — напряжение ограничения Н,„о„. Напряжение ограничения V „ соответствует максимальному фаэному углу 9 „ „ фаэного угла зажигания.

Раньше использовалось напряжение ограничения, укаэанное пунктирной линией д, на фиг. 3, у которого во всем диапазоне скоростей двигателя N поддерживался уровень управления V

С другой стороны, в системе настоящего изобретения при ускорении и в установившемся режиме напряжение ограничения устанавливается подверженным линейному изменению от уровня Vg до уровня Ч в ответ иа изменение скорости двигателя и от 0 до ее максимального значения йп1е„, укаэанному непрерывной линией

gq на фиг. 3. При торможении устачовка напряжения ограничения происходит так, как показано ломаной линией, например от уровня 0 до уров ня Ч1 и затем до уровня Ч в ответ на изменение скорости, двигателя и от максимального значения й„„ „ до О, как показано линией g на фйг. 3.

Описания фиг. 4-9 будут даваться с учетом установки значений напряжения ограничения, укаэанных непрерывными линиями g и g на фиг. 3.

В якоре двигателя постоянного тока индуцируется магнитодвижущая сила

Ей, пропорциональная скорости двигателя и (фиг. 4).

Как изображено на фиг. 5, при ускорении напряжение ограничения устанавливается равным 4V н области малых скоростей, например при ско15 рости двигателя Nl, и равным 7V при максимальной величине скорости двигателя, то есть при скорости й2.

Фазный угол зажигания тиристоров регулируется с учетом напряжения

2О ошибки Ч таким образом, как показано на фиг. 6. Тиристор включается н момент, когда напряжение ошибки V совпадает с пилообразным напряжением VK, линейно меняющимся от сво его максимального значения до нуля в диапазоне от +150 до -30 переменного напряжения VA источника энергии. Поэтому управление фаэным углом зажигания тиристоров нозможно в диапазоне от +150одо -ЗОО, но

ЗО в случае работы на малой скорости из-за малости величины магнитодвижущей силы якоря максимальное значение фазного угла зажигания ограничивается 6и . В этот момент к якорю подается только ток, указанный штриховкой в интервале работы диода 19 02. В изображенном на фиг. 6 случае меняемая ширина напряжения ошибки V ныбирается в диапа4О зоне от 0 до VmaxNi и устанавливается такой, чтобы фаэный угол зажигания мог достичь максимального значения О „, когда напряжение ошибки

Ч равно Ч„ д„й,. Поскольку магнитодвижущая сила якоря возрастает с увеличением скорости двигателя, соответствующим образом возрастает и напряжение ограничения.

Из фиг. 7 видно, что когда днигатель вращается с большой скоросО тью, магнитодвижущая сила якоря возрастает до Ей так, что диапазон управления фазным углом зажигания должен быть продлен далее в направления g. +1500 по сравнению

Ы с диапазоном управления в случае работы при малой скорости. В этом случае фиг. 7 величина напряжения ошибки Ч ограничивается у Н„, „ чтобы не превышалось максимальное фо значение фаэного угла зажигания

6 . В результате этого фазный угол зажигания может регулироваться в диапазоне 03, и к двигателю может быть подан ток, укаэанный штриховкой, в области 04.

772507

io

25 ,30

Как говорилось выше, в случае, когда двигатель работает на малой скорости, верхний предел фазного угла зажигания может быть малым, а с увеличением скорости двигателя требуется больший фаэный угол управления зажиганием. Если при работе на малой скорости напряжение ошибки аномально возрастает из-за плохой работы ограничителя тока или по аналогичной причине, зажигание тиристоров имеет место при большом фазном угле, в двигатель подается большой ток, приводящий к размагничиванию постоянных магнитов. Но если верхний предел фазного угла зажигания фиксируется в угловом положении, наиболее подходящем для работы на малой скорости, диапазон управления фазным углом зажигания при работе на больших скоростях оказывается очень узким, и управление током оказывается невозможным.

В изобретенной системе при управлении ускорением напряжение ограничения или максимальный фаэный угол устанавливается малым в диапазоне . низких скоростей и большим в диапазоне больших скоростей.

Обратимся к фиг. 8 и 9, с помощью которых будет описано управление торможением.

Как показано на фиг. 8 в случае управления торможением уровень ограничения устанавливается для посте пенного возрастания от нуля, поскольку скорость двигателя меняется от области больших скоростей до области малых скоростей. В изображенном на фиг. 8 примере, когда скорость двигателя равна М>,, напряжение ограничения не превышает V ц„д

В случае торможения двйгателя, работающего при большой скорости, полярность напряжения ошибки V инвертируется, и фазное регулирование осуществляется на отрицательной полуволне источника энергий переменного тока. В этот момент полярность магнитодвижущей силы якоря Ей меняется на противоположную от напряжения переменного тока VA так, что оказывается возможным достаточное протекание тока, даже если диапазон фазного угла зажигания относительно уже. В соответствии с приведенными на фиг 8 и 9 примерами, когда скорость двигателя равна Ny, напряжение ограничения устанавливается у

Ч„, „ н верхний предел регулирования фаэного угла зажигания устанавливается у 8 > . Иначе говоря, управление фаэным углом зажигания возможн6 в диапазоне Q5. Это делается для того, чтобы во время торможения двигателя, работавшего на большой скорости, фазный угол зажигания не возрос аномально, что привело бы к протеканию по якорю черезмерного тока.

Устройство, изображенное на фиг.1, :известно в основной своей части.

Фаэный угол зажигания тиристоров регулируется таким образом, что напряжение управления Ус и напряжение обратной связи rio скорости Чц согласованы друг с другом, и двигатель управляется для получения требуемой скорости. Благодаря петле обратной связи по току, в состав которой входят датчик тока якоря и ограничитель тока, при управлении ток якоря не превышает предопреде- ленной величины.

Однако в настоящем изобретении по вышеуказанным причинам диапазон изменения напряжений ошибки регулируется блоком управления ускорением и блоком управления торможением, которые реагируют на сигнал датчика скорости двигателя.

Блок управления ускорением или разгоном двигателя 14 устанавливает уровень ограничения напряжения ошибки Ч в соответствии со скоростью двигателя, как указано спло 1ной линией 92 на фиг. 3, а схема управления торможением 15 устанавливает уровень ограничения напряжения ошибки V в соответствии со скоростью двигателя, как указано сплошной линией 9ъ на фиг. 3.

На фиг. 10 изображен пример схемы управления разгоном 14, которая содержит операционные усилители 16 и 17, диоды 18-20 и резисторы 21 и 22.

Первая половина этой схемы составляет схему выделения модуля, и когда на вход этой схемы подается входное напряжение, то есть напряжение пропорциональное скорости двигателя, схема вырабатывает Ug, пропорциональное модулю скорости двига- теля. Другая половина схемы образует схему сдвига уровня, которая сдвигает выходное напряжение при нулевой скорости на величину, определенную фиксированным напряжением Ч и резисторами 21 и 22, то есть — (ЧВ)

Выходное Рапряжение равно +v 22

Ъы».— (vf vB>

Выход блока управления разгоном

14 соединен со входом преобразователя 9 (фиг. 1), но так как по отношению к выходной клемме в обратном направлении подключается диод

20, выходное напряжение блока выделения модуля и ограничения 8 (фиг. 1), то есть напряжение ошибки

V, ограничивается выходным напряжением ЧЬы„ схемы управления ускорением 14.

На фиг. 11 изображен пример схемы управления торможением 1 5. Псэиции 23-25 указывают на операционные усилители; позиции с 26 по 29 обо772507 значают диоды Зенера; позиции с 30 по 32 определяют резисторы, а диоды обозначены позициями 33 и 34.

На вход блока подается напряжение. датчика скорости двигателя V<, и выход блока подключается ко входу блока 8 (фиг. 1). Выходное напряжение операционного усилителя 23 ме" няется с наклоном %„„/R пропорционально входному напряжению Чц, когда это напряжение меньше некоторой величины, и возрастает линейно, но более медленно с наклоном gy/R,когда выходное напряжение превышает эту величину. Напряжения с выходов операционных усилителей 24Ч и 35Ч» меняется так, как показано на фиг.11.

Когда Ч принимает отрицательные значения и двигатель постоянного тока приводится во вращение в пря,мом направлении,то есть в отрицательной области напряжения Ч,, величина напряжения VD возрастает от нуля в отрицательном направлении, поскольку абсолютная величина напряжения Чц сдвигается от нуля в сторону его максимального значения, и напряжение Ч > становится отрицательным напряжением, что согласуется с зенеровским напряжением Vzg когда напряжение Vg достигает нуля.

Выходное напряжение ЧЕ меняется в положительном направлении. Когда двигатель постоянного тока приводится во вращение в обратном направлении, то есть в положительной области напряжения Чо, напряжение меняется и достигает нулевого уровня, когда напряжение, является максимальным, затем постепенно возрастает, достигая напряжения V, когда напряжение Чц равняется нулю.

Выходы усилителей 24 и 25 подключены к выходу через диод 33, включенный в прямом направлении, и диод 34, включенный в обратном направ. лении. Поэтому напряжение ошибки на выходе блока 7 (фиг. 1) становится отрицательным, когда напряжение управления уменьшается для торможения двигателя, вращающегося с большими оборотами в прямом направлении, но это напряжение ограничивается напряжением ограничения Ч и поэтому не может скачком достичь большого отрицательного уровня напряжения.

Следовательно, оказывается возможным предупредить внезапное возрастание фазного угла зажигания, которое может привести к токовой перегрузке.

Когда абсолютное значение напряжения управления уменьшается для торможения двигателя, вращающегося на большой скорости в обратном направлении, напряжение ошибки на выходе блока 7 становится положительным, но ограничивается напряжением

Ч на выходе усилителя 25, поэтому оказывается невозможным скачкообразное возрастание фазного угла зажигания для получения большого тока. Причиной того, что при торможении уровень ограничения делается нелинейным, является необходимость делать фазный угол малым при торможении высокоскоростного двигателя, но те же результаты могут быть получены, если уровень ограничения будет линейным.

2О Как уже говорилось ранее, в настоящем изобретении верхний предел напряжения ошибки или фазного угла зажигания ограничивается в соответствии с действительной скоростью

Q$ двигателя, поэтому оказывается возможным предупредить черезмерное возрастание тока якоря, которое может привести к размагничиванию постоянных магнитов. A также, когда ограниЗО читель тока не работает или оказывается слишком инерционным, токовой перегрузки можно избежать.

Формула изобретения

Способ регулирования скорости электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами путем изменения напряжения на якоре двигателя О в соответствии с ограниченной величиной напряжения ошибки, равной разности между напряжениями, пропорциональными заданной и действительной скорости, о т л и ч а ю45 шийся тем, что, с целью предохранения постоянных магнитов от размагничивания, уровень ограничения напряжения ошибки увеличивают при изменении действительной скорости

$Q двигателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лебедев Е. Д. и др., управление вентильными электроприводами д. постоянного тока. N., "Энергия", 1970, с. 38.

772507

Тираж 7 3 Подписное

ВНИИПИ 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

Редактор Т. Лошкарева

Заказ 68 7

Составитель И. Коротеева

Техред Н. Барадулина Корректор М. Пожо