Электропривод постоянного тока

 

788321

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 270977 (21) 2526393/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 151280, Бюллетень М9 46

Дата опубликования описания 181280 (5t)M, Кл.з

Н 02 P 5/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (5Ý) УДК 621 316 . 718. 5 (088. 8) (72) Автор . изобретения

В.Я. Ткаченко I

1 : 1!

I, Московский ордена Трудового Красного З амейи - инженерностроительный институт им. В.В. Куйбышейа (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроприводам, склонным к колебаниям под действием управляющих и возмущающих воздействий.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий двигатель, питаемый от управляемого преобразователи, подключенный к управляющему входу преобразователя, тахогенератор, соединенные последовательно датчик тока с фильтром, фазосмещающий элемент, представляющий собой реальное дифференцирующее звено, и усилитель, образующие цепь отрицательной обратной связи, обеспечивающей компенсацию ко- 15 лебаний электропривода (1) .

Недостатками этого устройства являютСя увеличенное время переходных процессов, вызываемых наличием непре-2О рывной линейной гибкой обратной связи по току и уменьшающее производи-. тельность, а также инерционность используемого реального дифференцирующего звена в цепи обратной связи по 25 току, что ухудшает демпфирующие свойства электропривода.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату злектропривод постоянного 3g тока, содержащий питающий двигатель преобразователь, соединенные последовательно регуляторы тока и частоты вращения с включенными на их входах элементами сравнения и подключенными к входам элементов сравнения датчиками тока и частоты вращения, а также. датчик производной тока (или датчик производной частоты вращения), выполненный в виде дифференцирующего звена, включенного между выходом датчика тока и входом элемента суммирования регулятора тока 2 .

Недостатком известного электропривода является уменьшенное быстродействие вследствие наличия непрерывной линейной гибкой обратной связи по току якоря, затягивающей переходные процессы при управляющем воздействии, и недостаточная эффективность демпфирования колебаний вследствие неизбежной при реализации датчика производной тока в виде дифференцирующего звена инерционности реального блока дифференцирования, постоянная времени которого сравнима с коэффициентом усипения сигнала гибкой обратной связи, и определяемой этим недостаточной точности дифференцирования.

788321

Цель изобретения — повышение быстродействия и эффективности демпфирования колебаний электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий подключенный к двигателю с обмоткой дополнительных полюсов и компенсационной обмоткой преобразователь, соединенные последовательно регуляторы тока и частоты вращения с включенными на их входах элементами сравнения и подключенными ко входам элементов сравнения датчиками тока и частоты вращения, а также датчик производной тока, введены включенный между выходом датчика производной тока и входом регулятора тока операционный усилитель, блок выделения модуля и блок перемножения, причем выход блока перемножения подключен ко входу операционного усилителя, а два его входа соединены соответственно с выходом 20 операционного усилителя и через блок выделения модуля — c выходом элемента сравнения регулятора тока.

Достижение указанной цели обеспечивается также выполнением датчика производной тока (в электроприводе с включенными в цепи якоря двигателя обмотками дополнительных полюсов и компенсационной) либо в виде двух резисторов, соединенных последовательно и включенных параллельно обмоткам дополнительных полюсов и компенсационной, и усилителя, вход которого подключен к средним точкам между указанными обмотками и резисторами, либо в виде двух последовательно соединенных опе- 35 рационных усилителей, в цепи обратной связи первого из которых включен терморезистор, и подключенного к зажимам указанных выше обмоток дополнительных полюсов и компенсационной потенциаль- 4О ного разделителя, выход которого соединен со входом второго операционного усилителя, а вход первого операционного усилителя соединен с выходом датчика тока.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого электропривода, на фиг. 2 и 3— варианты выполнения датчика производной тока.

Электропривод содержит питающий 5О двигатель 1 преобразователь 2, соединенные последовательно регуляторы тока 3 и частоты вращения 4 с включенными на их входах элементами 5 и 6 сравнения и подключенными ко входам элементов сравнения датчиками тока 7 и частоты вращения 8, а также датчик

9 производной тока. B электропривод введены включенный между выходом датчика 9 производной тока и входом регулятора 3 тока операционный усилитель 40

10, блок 11 выделения модуля и блок 12 перемножения, причем выход блока 12 перемножения подключен ко входу операционного усилителя 10, а два его входа соединены соответственно с выходом g5 операционного усилителя 10 и через блок 11 выделения модуля с выходом элемента 5 сравнения регулятора тока.

Для электропривода с включенными в цепи якоря двигателя обмотки 13 дополнительных полюсов и компенсационной обмотки 14 предложено два варианта выполнения датчика 9 производной тока.

В соответствии с первым вариантом (фиг.,2) этот датчик выполнен в виде двух резисторов 15 и 16, соединенных последовательно и включенных параллельно обмоткам дополнительных полюсов 13 и компенсационной 14, и усилителя 17, вход которого подключен к средним точкам между указанными обмотками 13 и 14 и резисторами 16 и 15.

В соответствии со вторым вариантом (фиг. 3) датчик производной тока выполнен в виде двух последовательно соединенных операционных усилителей

18 и 19, в цепи обратной связи первого из которых включен терморезистор

20, и подключенного к зажимам указанных выше обмоток дополнительных полюсов 13 и компенсационной 14 потенциального разделителя 21, выход которого соединен со входом второго операционного усилителя 19, а вход перво-го операционного усилителя 18 соединен с выходом датчика 7 тока. Резисторы 22,. 23, 24 и 25 включены в цепях входов и обратных связей операционных усилителей 18 и 19.

Электропривод работает следующим образом.

На выходе регулятора 4 частоты вращения формируется сигнал задания тока в функции разности заданного и фактического (c выхода датчика 8) значений частоты вращения, определенной с помощью включенного на входе этого регулятора элемента 6 сравнения.

Сигнал на выходе элемента 5 сравнения пропорционален разности заданного (с выхода регулятора 4 частоты вращения) и фактического (с выхода датчика 7 тока) значений тока. В функции этого сигнала регулятор 3 тока осуществляет воздействие на питающий двигатель 1 преобразователь 2, обеспечивая приближение фактического значения тока к его заданному.

При наличии колебаний в электроприводе на выходе датчика 9 производной тока появляется характеризующий эти колебания сигнал, поступающий через операционный усилитель 10 на вход регулятора 3 тока и обеспечивающий демпфирование этих колебаний. В отличие от известных технических решений той же задачи, степень указанного демпфирующего воздействия изменяется обратно пропорционально величине модуля отклонения тока от его заданного значения. При больших величинах модуля отклонения тока от его заданного

788321 значения Пропорциональный ему сигнал с выхода блока 11 выделения модуля, умноженный на выходной сигнал операционного усилителя 10, с выхода блока 12 перемножения поступает на вход операционного усилителя 10, причем поскольку знак выходного сигнала блока 12 перемножения всегда противоположен знаку сигнала с выхода датчика

9 производной тока, воздействие с выхода операционного усилителя 10 на вход регулятора тока существенно

10 уменьшается. При этом регулятор 3 тока осуществляет воздействие на питающий двигатель 1 преобразователь 2 практически только н функции сигнала, поступающего с выхода элемента 5 15 сравнения и пропорционального отклонению тока от заданного значения, обеспечивая быстрое приближение величины тока к его заданному значению, а сигнал с выхода операционного уси- gp лителя 10, вследствие его малости, не препятствует быстрому изменению тока, определяемому настройкой контура тока, что способствует уменьшению длительности переходного процесса и повышению быстродействия электропривода.

При приближении к нулю модуля отклонения тока QT его заданного значения приближаются к нулю также выходные сигналы блока 11 выделения модуля и блока 12 перемножения, а выходной сигнал операционного усилителя 10 возрастает, увеличивая демпфирующее воздействие на вход регулятора 3 тока, что препятствует появлению сущест-З5 венного перерегулиронания тока и увеличивает эффективность демпфирования колебаний электропривода. йналогично может быть реализовано предложение при использовании вместо датчика 9 производной тока якоря датчика производной частоты вращения, при этом блок выделения 11 модуля подключается к выходу элемента сравнения регулятора частоты вращения. Таксе выполнение устройства целесообразно в случае, если период колебаний электропривода больше времени разгона и реверса двигателя.

Таким образом, предлагаемое уст- 5О ройство позволяет существенно уменьшить противоречивость решений, вытекающих из необходимости обеспечения высокого быстродействия электропринода, с одной стороны, и необходимости . обеспечения высокой эффективности демпфирования колебаний, с другой, и благодаря этому повысить как быстродействие, так и эффективность демпфирования колебаний. Решению этой задачи способствуют также предложенные 60 ныполнения датчика 9 производной тока, не требующие введения реальных дифференцирующих звеньев.

При выполнении датчика 9 производтока н соответствии с фиг. 2 в 65 электропринод с вклю «нием н цепи якоря днигателй обмотками дополнительных полюсов 13 и компенсационной 14 введены дна дополцительных резистора 15 и 16 и усилитель 17. При этом выходное напряжение 0 датчика 9 производной тока 3 при выборе величин резисторов 15 и 16 н соотнетстнии с условием

Rtg R)4 = Ъ В) где R,R 6 — сопротивления резисторов

15 и 16;

R,R 4 — сопротивления обмоток дополнительных полюсов 13 и компенсационной 14, определяется зависимостью

Кч ° К р (2)

Ап 1 - рт где

R I5 14 Rlb !Ъ

R 3 !4 5" !6

T (4) д4 14" н+,6

Здесь L y, L (4 — индуктивности обмоток 13 и 14;

К вЂ” коэффициент усиления усилителя 17; р — оператор дифференциронания.

Поскольку передаточный коэффициент К схемы, нключающей резисторы 15 и 16 и обмотки 13 и 14, как следует из выражения (3), практически не зависит от величин сопротинлений резисторов 15 и 16 (величина R (g + R )g значительно больше величины R > + R 4, а изменение величины резисторов 15 и 16 при соблюцении условия (1) при этом приводит к пропорциональному изменению числителя и знаменателя выражения (3), увеличением сопротивлений резисторов 15 и 16 можно обеспечить достаточно малое значение постоянной времени Т, существенно меньше периода колебаний электропринода, в результате чего напряжение практически пропорционально производной тока

u><= к„ кр (5)

При этом температурный режим двигателя практически не сказывается на точности определения производной тока как вследствие укаэанной выше практической независимости коэффициента К от величин сопротивлений обмоток 13 и 14, так и вследствие того, что указанные обмотки находятся н одинаковом температурном режиме, что обеспечивает выполнение условия (1) при коЛебаниях температуры этих обмоток.

Если в электроприводе в качестве преобразователя 2 применен генератор, вместо обмоток 13 и 14 двигателя (или вместе с ними при последовательном их соединении) могут быть использованы аналогичные обмотки генератора, включенные в цепь якоря. При выборе

788321 обмоток для использования в датчике произнодной тока следует принять во внимание, что коэффициент усиления этого датчика тем больше, чем больше разность постоянных времени используемых обмоток. Если допустимо некоторое снижение жесткости механической характеристики электропривода и увеличение потерь в якорной цепи, для увеличения этого коэффициента вместо одной из обмоток можно использовать включенный в якорную цепь и установленный в одинаковых с обмоткой температурНых условиях резистор.

Второй вариант выполнения датчика 9 производной тока (фиг. 3) требует введения потенциального раздели- 15 теля 21 и двух операционных усилителей 18 и 19, в цепи обратной связи первого из которых включен терморезистор 20.

В датчике осуществляется вычита- щ ние напряжения, снимаемого с обмоток дополнительных полюсов 13 и компенсационной 14 и включающего составляющую, пропорциональную производной тока, и выходного напряжения датчика 7 тока.

Параметры входящих в датчик 9 элементов выбираются согласно условию

Rg R24 КпР()3" R)q )) а22 Кгд Кдг где К„,К вЂ” передаточные коэффициенвр ты потенциального разделителя 21 и датчика 7 тока, а индексы резисторов соответствуют их номерам в схеме.

При этом выходное напряжение U пропорционально производной тока

U q = К ц р 3

) (7)

Ац К» (3 L 4 ) (8)

Rgg

R24

Включение в цепь обратной связи операционного усилителя 18 терморезистора 20, установленного в одина- 4$ ковых с обмотками 13 и 14 температурных условиях, обеспечивает сохранение условия (б) при колебаниях температуры, что способствует обеспечению высокой точности определения произ- щ0 водной и высокой эффективности демпфирования колебаний. Второй вариант выполнения датчика пр(эиэводной тока требует большего количества элементов по сравнению с первым, но обеспечивает получение большей (без учета дополнительного усиления в первом варианте) величи. ны выходного сигнала.

Оба варианта выполнения датчика щ производной тока не требуют введения реальных дифференцирующих звеньев с присущими им недостатками и обеспечивают высокую точность без существенной инерционности, а это позволяет у5 вводить близкую к идеальной гибкую обратную связь по току, что повышает эффективность демпфирования колебаний.

Таким образом, предлагаемый электропривод повышает быстродействие и эффективность демпфирования колебаний электропринода, что способствует повышению производительности, увеличению надежности и долговечности электропривода и связанного с ним механизма.

Формула изобретения

1. Электропривод постоянного тока, содержащий подключенный к двигателю с обмоткой дополнительных полюсов и компенсационной обмоткой преобразователь, соединенные последовательно регуляторы тока и частоты вращения с включенными на их входах элементами сраннения и подключенными ко входам элементов сравнения датчиками тока и частоты вращения, а также датчик производной тока, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и эффективности демпфирования колебаний электропринода, в него введены включенный между выходом датчика производной тока и входом регулятора тока операционый усилитель, блок выделения модуля и блок перемножения, причем выход блока перемножения подключен ко входу операционного усилителя, а два его входа соединены соответственно с выходом операционного усилителя и через блок выделения модуля — с выходом элемента сравнения регулятора тока.

2. Электропривод по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что датчик производной тока выполнен в виде двух резисторов, соединенных последовательно и включенных параллельно обмотке дополнительных полюсов и компенсационной обмотке двигателя, и усилителя, вход которого подключен к средним точкам между указанными обмотками и резисторами.

3. Электропривод по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что датчик производной тока выполнен в виде .двух последовательно соединенных операционных усилителей, в цепь обратной снязи первого из которых включен терморезистор, и подключенного к зажимам обмотки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки двигателя потенциального разделителя, выход которого соединен со входом второго операционного усилителя, а вход первого операционного усилителя соединен с выходом датчика тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 339342, кл. H 02 P 5/00, 1968.

2. "Электротехническая промышленность". Сборник. Сер. "Электропривод", 1975, Р б (41), с. 5-7, рис. 1.