Реверсивный электропривод с двухзонным регулированием частоты вращения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистические

Республик (ii) 780135 (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (5l )M. Кл.

Н 02 Р 5/06 (22) Заявлено 14,08.78 (21)2657489/24-07 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет (23) Приоритет (53) УДК 62-83:

:62 1.3 14. ..5(088.8) Опубликовано 15.11.80. Бюллетень ¹ 42 по делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 18.11.80 (72) Авторы изобретения

A. Г. Иванов, В. А. Беседин и В. А. Алексеев (73) Заявитель

/ (54) РЕВЕРСИВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ДВ

РЕГУЛИРОВАНИНЧ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ В П

Изобретение относится к области и реверсирует ток возбуждейия" ттвттт.втеттй; вентильного электропривоца (ВЭП) и В результате ЭДС двигателя меняет знак, предназначено цля регулирования частоты тиристоры якорного преобразователя певрашения электродвигателя постоянного ревоцятся в инверторный режим и осутока. ществляется рекуперативное торможейие

Известны структуры двухзонного ВЭП 5 двигателя. с реверсом поля электроцвигателя, содер» Указанный электропривоц обладает жашие нереверсивный якорный преабра- рядом недостатков: зователь с системой управления напряже- 1. Подключение системы управления ния якоря, реверсивный тиристорный возбуждением к выходу регулятора часто возбудитель с системой управления тока тоты вращения (канал регулирования напвозбуждения, электродвигатель, цатчик ряжения двигателя) ухудшает устойчивость частоты врашения, блок логики раздель- и снижает быстродействие электропривоного управления комплектами возбудите- да, так как выходной сигнал регулятора ля. Регулирование напряжения якоря . частоты вращения, являющийся задатсшим

15 двигателя осуществляется по системе сигналом для канала регулирования возпоцчиненного регулирования. На входе . буткдения (поля) двигателя, зависит от регулятора частоты врашения суммируют- управляющих и возмущаюших воздействий ся сигналы задания и обратной связи обоих каналов регулирования. по частоте вращения. Для осушествле20

При этом в цвухзонных электропривония торможения, как и для реверса, из- ° цах с .реверсом поля корректируюшая меняется знак выходного сигнала ре- КС-цепь усилителя регулятора частоты гулятора частоты вращения, что воздейст- врашения выбирается такой, чтобы выхоцBye% на систему управления возбуждения ной сигнал усилителя не изменял поляр3 780 13 ность при перерегулированиях в пусковых режимах или в режиме "сброса нагрузки; в противном случае изменяетСя знак "выходного напряжения усилителя регулятора частоты вращения, меняется поле двигателя, увеличивается, время регулированияя.

В результате приходится существенно эагрублять" коррекцию регулятора частоты вращения по сравнению с однозонным электроприводом (в котором отсутст:, . вует регу мрование поня), что резко снижает быстродействие двухзонного электро привода, особенно при работе в первой зоне с постоянйым. возбуждением, соответствующей регулированию частоты вращения двигателя от нуля цо номинального значения.

2. Подключение входа блока логики к выходу регулятора частоты вращения снижает быстродействие электропривода.

Это объясняется тем, что команда на переключение на вход блока логикк поступает не после изменения сигнала ошибки, а только после переключения выходного сигнала регулятора частоты вращения, как правило охваченного коррек-цией и имеющего низкое быстродействие.

Использование в качестве цатчика истинного значения тока возбуждения трансформаторов тока еще более усугубляетт описанный недостаток и снижает надежность ВЭП.

3. Существенным недостатком данного

ВЭП является отсутствие контура регулирования ЭДС двигателя, что не позволяет поддерживать ЭДС двигателя на заданном уровне и ограничивать ее максимальное значение. Поэтому в ВЭП в переходных режимах:,возможны аварийные режимы, в частности прорыв и опрокидывание ин вертора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электРо- 4 привод, состоаций иэ переверсивного якорного преобразователя с системой управ.ления напряжения якоря и реверсивного тиристорного возбудителя с системой управления тока возбуждения. Введением

50 контура регулирования ЭДС двигателя с обратной связью пО напряжению, переключаемой подключенным к тахогенератору нуль-органом, ликвидирован основ ной недостаток вышеописанной системы

ВЭП.

Но данный электропривоц, как и вышеуказанное устройство, имеет тот недостаток, что управление возбуждением осуществляет5 4 ся s функции полярности выходного сигнала регулятора частоты вращения, что выполняется за счет соединения выхода регулятора частоты вращения через нуль-орган и потенциометр со входом системы управ- .

)жния возбуцителя. Даже незначительные изменения частоты вращения в переходных процесса приводят к изменению поляр ности выходного сигнала регулятора частоты вращения, реверсированию нуль-органа и, соответственно, изменению возбуждения двигателя.

Этот недостаток приводит к увеличению переходных процессов, а в ряде случаев — к потере устойчивости, Вторым недостатком является подключение блока логики к выходу регулятора

ЭДС, входящего в состав системы управления возбудителя. Это снижает быстродействие электропривода, так как реверсирование двигателя начинается только после снижения цо нуля выходного напряжения регулятора ЭДС, как правило имеющего корректирующие звенья и низкое быстродействие, Целью изобретения является повышение устойчивости и быстродействия электропривода за счет обеспечения режимов электрического подтормаживания двигателя только при значительных отклонениях частоты вращения от заданной величины, а электрического торможе-> ния и реверсирования двигателя — при любых уровнях частоты вращения..

Поставленная цель достигается тем, что реверсивный электропривод с двухзонным регулированием частоты вращения, содержащий питающий якорь электродвигателя, нереверсивный тиристорный преобразователь, в цепь управления которого включен регулятор частоты вращения с подключенными к его входам задатчиком и датчиком частоты вращения, второй иэ которых через нуль-орган соединен с управляющим входом блока переключения обратной связи по ЭДС, вход которого подключен к выходу нереверсивного преобразователя, а выход — ко входу реверсивного преобразователя, питающего обмотку возбуждения электродвигателя, блок регулирования возбуждения с подключенными к нему блоком логики и датчиком состояния вентилей, и второй нуль-орган, введены два нелинейных звена с характеристиками типа зона нечувствительности" и насыщение, входы zoTopblx подключены к датчику частоты вращения, а выходы - к цвум входам

5 780 второго нуль-органа, третий ахоп которого соединен с задатчиком частоты вращения, а выход — со входом блока логики. где 11 уст. - установившееся значение частоты вращения, соответствующее задающему напряжению Q>, не превосходит зоны нечувствительности },д Ц 1, определяемой сигналами до }ц } }ц }-}у о} (g) то электрическое торможение двигателя отсутствует; если перерегулирование час-: тоты вращения велико и

ll } }ди}, (2) то происходит электрическое поцтормаживание двигателя. При этом на выходе

В укачестве второго нелинейного звена может быть использован диодный ограничитель регулятора частоты вращения.

На фиг. 1 приведена схема электропривода;1на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу. о

В данном устройстве входы регулятора 1 частоты вращения, содержащего усилитель 2, резисторы 3-5, конденсатор

6, диодный ограничитель с диодами 7 и 8 подключены к зацатчику 9 частоты

35 вращения и датчику 10 частоты вращения, а выход — к системе управления якорного преобразователя 11. На выход преобразователя 11 подключен электродвигатель 12, а обмотка 13 возбуждения двигателя— на выход преобразователя 14. Входы системы управления преобразователя 14 соединены, соответственно, через потенциометр 15, являющийся эацатчиком ЭДС, с с выходом нуль-органа 16, с выходом переключателя 17 обратной связи по

ЭДС двигателя, входы которого подключены к выходу якорного преобразователя

11, а переключение контактов осуществляется подключенным к датчику 10 частоты вращения нуль-органом 18. Входы нуль-органа 16 подключены непосрецственно на выход задатчика 9 частоты вращения и через нелинейные звенья 19 и 20— к датчику 10. Блок 21 логики подключен и к выходу задатчика ЭДС двигателя 15 и при наличии сигнала разрешения от датчика

22 состояния вентилей в соответствии с полярностью сигнала зацатчика 15 выбирает требуемое направление spume- 4O ния, воздействуя на систему управления якорного преобразователя 11 и преобразователь 14.

Рассмотрим работу электропривоца в следующих режимах: 45 а) Пуск на номинальную скорость (работа в 1-ой зоне).

При подаче задающего напряжения на эацатчик 9 на выходе регулятора

1 и нуль-органа 16 появляются сигналы. 5о

Полярность выхоцного сигнала нуль-органа 16 определяет срабатывание трехпоэиционного блока 21 логики из нулевого положения в одну из позиций, например на вращение двигателя влево . 55 (Блок 21 логикиимеет слецующие позиции: 0 (нулевое); вращение цвигателя вправо" или влево ). В функции сигналов блока 2 1 логики срабатывают сле135 6 дующие ключи . в системах управления якорного преобразователя 11 и преобразователя 14, которые обеспечивают прохождение сигнала с зацатчика 15 ЭДС на вход преобразователя 14 и выходного сигнала регулятора 1 на вход якорного преобразователя 11. В результате происходит нарастание тока возбуждения и напряжения на якоре двигателя до номинальных вел ичин. В процессе пуска ток якоря ограничивается устройством токоограни чения, входящим в состав преобразователя 11, и двигатель разгоняется до номинальной частоты вращения. При этом си палы на входе нуль-ергана 16 устанавливаются до значений, указанных на фиг. 3 а (здесь )JAN Ц,> Ц модули напряжений, соответствейно, на выходе эадатчика 9 и нелинейных звеньев 19 и 20, характеристики которых в функции частоты вращения двигателя 12 приведены на фиг. .3 б}, Нелинейное звено 19 имеет характеристику типа зона нечувствительности .

Уровень зоны выбирается пропорциональным допустимой величине абсолютного значения динамической ошибки по частоте вращения, т.е. по допустимому перерегулированию при пуске, реверсе, сбросе и т.д., В пределах этой динами ческой ошибки относительно инерционный канал регулирования возбуждения двигателя не должен оказывать регулирующее воздействие, в прогивном случае увеличивается общее время регулирования частоты вращения двигателя. Нелинейное звено 20 имеет характеристику типа

"насыщение ° Уровень напряжения насыще ,ниявыбираетсяиэ условия обеспечения тор-, можения двигателя вплоть цо малых скоростей. В случае появления перерегулирования частоты вращения {скорости) двигателя при пуске происходит следующее:

- если модуль перерегулирования скорости }"}=} ®-,.1, 7 780 1

" нуль-органа 16 изменяется полярность и преобразователь 14 блоком 21 логики переключается на противоположное направление работы — происходит реверс тока возбуждения в обмотке 13, ЭДС двигателя 12 изменяет знак и осуществляет электрическое торможение с перехо- дом преобразователя 11 в инверторный режим и рекуперацией энергии двигателя в сеть. Торможение происходит, пока вы- 10 полняется условие (2), При )n )Z trull происходит переключение блока 21 ° логики в прехснее положение, и ток возбуждения восстанавливает свою прежнюю (заданную) полярностьj 15 б) Торможение с номинальной скорости. При торможении Ц =О сигналы Д

9 1 определяют йолярность выходного напряжения нуль-бргана 16, и блок 21 реверсирует ток возбуждения и ЭДС дви- 20

rателя. В результате происходит торможение с рекупераиией энергии s сеть, " аналогично м4пеиза иенному. Характерной особенностью дайного электропривода является то, что, несмотря на наличие 25 зоны неЧувствительйости, определяемой звеном 19, электрическое торможение "протек ает-вплоть "до очень низких- скорос" тей. Этот эффект Молучей за счет звена 20 (фиг, 3 б) " при ьысокйх скоростях . 30 двигателя напряжение йат4ика 10 часто "ты"вращения велим, в результате. на нуль-орган 16 воздействуют оба" сигнала

Q

При реверсирьвании задающего напряжения Uy сигналы @q 1 Ugy определяют полярность вьаодного напряжеяйя нуль-ор« гана 16, и блок 21 логики реверсирует ток возбуждения и ЭДС двигатели. Происходит электрическое торможение двигателя 12 с переходом якорного преобразователя 11 в инверторный режим и рекуперацицией энергии двигателя в сеть. При изме- ° нении полярности сиГнала тахогенератора 50 при помощи переключателя 17 происходит. переключение обратной связи по ЭДС двигателя. Вначале происходит нарастание напряжения на якоре и частоты вращения двигателя до номинальных значений, затем до заданной частоты вращения при ослаблении поля с поддержанием

ЭДС двигателя (COrsyt во второй зоне. Поддержание ЭДС В"-С бФ осущест35 8 вляется имеющимся в системе управления возбудителя 18 регулятора ЭДС.

B целом процесс реверса включает as себя процессы торможения и пуска. Выше в пп. а), б) была рассмотрена работа нелинейных звеньев 19 и 20 в режимах пуска и торможения. Поэтому в случае перерегулирования частоты вращения двигателя при пуске, торможении и реверсе на скоростях выше основной, работа нелинейных звеньев 19 и 20 и реверса в целом аналогична вышеизложенной.

Следует отметить, что данный электропривод может выполняттся и без переключателя 17, но с сохранением алгоритма работы эа счет введения других элементов.

В ряде случаев звено 20 может быть исключено, а его функции совмещены с диодным ограничителем 7 и 8 регулятора 1, Тогда при торможении (Цд =О), особенно в зоне малых скоростей двигателя, когда Q y =О, на вход нуль-органа 16 поступает сигнал датчика 10 через резисторы 3 .и 4; при этом его максимальная величина ограничена падением напряжения на диодах 7 и 8. Такое сов.мещение возможно при определенных seличинах резисторов 3 и 4 .

Данный электропривод обеспечивает электрическое торможение двигателя вплоть до нулевото значения частоты вращения, а подтормаживание лишь при изменении задающего сигнала на величину, превышающую зону нечувствительности.

При этом торможение обеспечивается (при отключении задающего напряжения) за счет нелинейного звена с характеристикой тида "насыщение . В результате, несмотря на наличие зоны нечувствительности при нодтормаживании, для, тормозных режимов последняя исключается, и торможение имеет место при любых уровнях ч"..стоты вращения двигателя. При этом по сравнению с известными приводами данный электропривод имеет более высокое быстродействие и большие области устойчивости, так как управление полем не определяется полярностью входного напряжения регулятора l, которая может изменяться при малых значениях по абсолютной величине перерегулирова-. ния скорости. Это позволяет в данном электроприводе иметь "легкую" корректирующую RC-цепь (элементы 5 и 6), В прототипе использование такой коррекции приводило к реверсированию поля, которое при малых уровнях скорости ока9 780 эывается неэффективным, так как приводит к увеличениюобщего времени регулирования. Подключение блока 21 логики к выходу нуль-органа 16 позволило повысить быстродействие привода при реверсе поля.

Использование изобретения позволит повысить быстродействие алектроприводов с реверсом поля. Это приводит к уменьшению времени. реверсирования двигателя и, в конечном итоге, повышает производительность механизма.

Формула изобретения

Реверсивный электропривод с двухзонным регулированием частоты вращения, содержащий питающий якорь электродвига-. 20 теля нереверсивный тиристорный преобразователь, в цепь управления которого включен регулятор частоты вращения с

135 10 подключенными к его входам задатчиком и датчиком частоты вращения. второй из которых через нуль-орган соединен с управляющим входом переключателЯ обРатной свнзи по ЭДС, вход которого подключен к выходу нереверсивного преобразователя, а выход - ко входу реверсивного преобразователя, питающего обмотку возбуждения электродвигателя, блок регулирования возбуждения с подключенными к нему блоком логики и датчиком состояния вентилей, и второй нуль-ор ган,отличающийся тем,что, с целью повышения устойчивости и быстродействия.алектропривода, в него введены два нелинейных звена с характеристиками типа эона нечувствительности" и насыщение, входы которых подключены к дат-, чику частоты вращения, а выходы — к двум входам второго нуль-органа, третий вход которого соединен с задатчиком частоты вращения, а выход — со входом блока логики»

780 135

Составитель В. Кузнецова

Редактор Г. Прусова Техред М.Табаковнч Корректор И, Муска

Заказ 9339/21 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ 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