Устройство для управления электродвигателем постоянного тока последовательного возбуждения

 

Союз Советски»

Социалистически»

Республик

О П И С А Н И Е „ 792520

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.06.73(21) 1938849/24-07 (51) М. Кл. (23) Приоритет - (32) 12.07. 72 (31)

Н 02 P 5/16

Государственный комитет

Саввта Мнннстров СССР ав делам нзаеретеннй и атнрытнй (43) Опубликовано30. 12.80.рюллетень № 48 (53) УДК 62-83.

:62 1.314. .5 (088.8) (45) Дата опубликования описания 02.01.81

Иностранец

Иван Николоф (ГДР) (72) Автор изобретения

Иностранное предприятие "ФЕБ Локомотивбау Электротехш ше

Верке "Ханс Баймлер (ГДР) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

ПОСТОЯННОГЭ ТОКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО

ВОЗБУЖДЕН ИЯ

Изобретение относится к алектроприводам постоянного тока с двигателями последовательного возбуждения, в частности к тяговым электроприводам, в которых двигатель работает в двигательном режиме 5 и в режиме торможения.

Известны устройства для управления алектродвигателем постоянного тока последовательного возбуждения, содержашие включенный последовательно с 10 якорем двигателя и сетью полупроводниковый преобразователь. В атом устройстве величина тока якоря измеряется датчиком тока якоря и сравнивается с заданной величиной, разность этих величин воздействует на регулятор тока якоря, выходное напряжение которого посредством блока управления изменяет продолжительность включения полупроводникового регулятора таким образом, что дости- 20 гается необходимое значение якорного тока (1) . Ослабление поля двигателя производится в зависимости от величины напряжения нп якоре. Для атого текущее значение якорного напряжения сравниваются с уставкой. Если оно превосходит уставку, то посредством блока управления регулятора поля обеспечивается такое ослабление поля, при котором напряжение на якоре приводится к значению, равному уставке. Регулирование тока якоря и зависяшее от напряжения на якоре ослабление поля осушествляется как в двигательном режиме, так и в тормозном. Для машин постоянного тока последовательного возбуждения, управляемых посредством полупроводниковых преобразователей постоянного тока, известна также возможность достижения смешанного режима торможения с возвратом .энергии источнику (сети) и с рассеиванием энергии на сопротивление. Регулирование обеспечивает при этом такую длительность торможения с возвратом энергии источнику, пока возможен процесс поступления энергии в питающую сеть. При возрастании напряжения до определенного значения происходит автоматич ское переключе792520 ние в режим торможения с рассеиванием энергии на со про тив лен ни.

При неизменном значении заданной величины напряжения на якоре при работе в режиме смешанного торможения в области ослабления поля необходимо при переключении от режима торможения с возвратом энергии в сеть к режиму торможения с рассеиванием энергии на сопротивлении и обратно обеспечивать изменение степени возбуждения. Это ведет к нежелательным переходным процессам, обусловленным, прежде всего, тем, что вследствие наличия постоянной времени обмотки возбуждения, переходной процесс будеФ замедленным. Поэтому регулирование напряжения на якоре выполняют зависимым от тока якоря. !

В известных устройствах: уменьшение рабочей частоты преобразователя цля регулирования тока якоря является контролируемым, Недостаток известных устройств для регулирования напряжения и тока якоря машин постоянного тока последовательного возбужцения предназначенных для работы в двигательном и тормозном режимах состоит в том, что при сохранении неизменного значения заданной величины напряжения якоря в двигательном режиме происходит изменение резерва регулирования тока якоря в зависимости or величины питающего напряжения.

Для того, чтобы воэможность уменьшить поле обеспечивалась в любом слу"чае, необходимо устанавливать значение заданной величины якорного напряжения исходя из наинизшего значения сетевого напряжения и с учетом необходимости наличия некоторого резерва регулирования якорного тока. Это обусловливает неблагоприятное использование преобразователя цля регулирования тока якоря при значениях напряжения сети, превышающих это наинизшее значение .

Если торможение с возвратом энергии в сеть происходит в области ослабления поля, то преобразователь цля регулирования тока якоря находится в состоянии максимального отрегулирования". Недостаток этого состоит в том, что при быстрых колебаниях напряжения якорный ток возрастает и регулирование может происходить только за счет уменьшения потока возбужцения машины. Поскольку уменьшение потока воэбужцения протекает относительно медленно, возникают нежелательные перехоцные процессы, 45

4 которые могут обусловить нестабильность регулирования якорного тока.

Другой недостаток состоит в том, что при цостижении максимально возможного ослабления поля при регулировании тока якоря исчерпываются все резервы регулирования и поэтому в этой области режим торможения с возвратом энергии в сеть становится нестабильным.

Кроме того, когда достигается предел возможностей регулирования за счет ослабления поля, не остается возможностей ограничения величины якорного напряженияя.

В известных устройствах не учитывается сильная зависимость характеристик запирания преобразователя для регулирования тока якоря or сетевого напряже- . ния, вследствие чего область значений сетевого напряжения, в которой преобразователь сохраняет работоспособность, огр ан и чена.

При более длительпых периодах уменьшения напряжения и при фиксированном значении заданной величины якорного тока, преобразователь цля регулирования тока якоря и регулятор поля цостигают своих предельных возможностей регулирования и при быстрых изменениях питаю. щего напряжения больше не имеется резервов регулирования.

B известных устройствах регулирование тока якоря производится только посредством изменения длительности включения преобразователя, поскольку рабо35 чая частота контролируется. Вследствие этого могут возникать нежелательные скачки тока.

11елью изобретения является повыше40 ние быстродействия и расширение диапазона регулирования тока якоря в условиях значительных колебаний питающего и апр яжени я.

Цель достигается тем, что в устройстьо цля управления электродвигателем постоянного тока последовательного возбуждения, содержащее включенный последовательно с якорем двигателя и источником постоянного напряжения полупроводниковый преобразователь для регулирова50 ния тока якоря, включенный параллельно обмотке возбуждения полупроводниковый регулятор поля и регулятор торможения, включенный послецовательно с тормозным резистором, каждый из которых снабжен блоком управления, при этом вход блока управления полупроводникового преобразователя соединен с выходом регулятора тока якоря, ко входам которого поцключе792520

1О ны блок задания и датчик тока якоря, блок управления полупроводникового регулятора поля соединен с выходом регуля —тора; напряжения с ограничением, один из входов которого подключен к датчику напряжения на якоре, а блок управления регулятора торможения соединен с выходом регулируемого блока ограничения, входы которого подключены к датчику напряжения на конденсаторе фильтра источника и к блоку задания максималь ного напряжения, и блок переключения режимов, введены пропорциональный усилитель с ограничением, блок выбора минимального значения и пропорциональ- 15 ный усилитель, причем второй вход регулятора напряжения подключен через блок переключения режимов и пропорциональный усилитель с ограничением к датчику напряжения и конденсаторе фильтра и через 20 тот же блок переключения режимов — к выходу блока выбора минимального значения, входы которого соединены с соответсвенно через пропорциональный усилитель с блоком задания тока якоря и через д второй пропорциональный усилитель с с ограничением — с датчиком напряжения на„конденсаторе фильтра.

Цель достигается также тем, то в устройство введен второй регулируемый Зй блок ограничения, входы которого подкл ючечены к выходу регулятора напряжения и к эадатчику максимального значения, а выход соединен со вхоцом регулятора тока.

Кроме того, в устройство введены последовательно включенные пропорциональный усилитель с ограничением и регулируемый блок ограничения, вход первого из которых соединен с датчиком напряже- О ния на конденсаторе фильтра, а выход второго - со входом регулятора тока якоря, при этом второй вход регулируемого блока ограничения подключен к датчику тока якоря, а также вход регулятора напряжения через дополнительно введенный пропорциональный усилитель соединен с блоком задания тока якоря.

Выход регулятора тока якоря через дополни тельно введенные пропорциональный усилитель с ограничением и тактовый генератор соединен со входом блока управления полупроводникового преобразователя для регулирования тока якоря.

Этим обеспечивается то, что в двигательном режиме значение величины ограничения якорного напряжения зависит от величины сетевого напряжения, а в режиме торможения уровень ограничения заданной величины напряжения якоря запается посредством выбора минимальных значений, причем одно из выбираемых значений зависит от напряжения сети, а другое — от заданной величины тока якоря. В тормозном режиме заданная величина якорного напряжения ограничивается таким образом, что для быстродействующего преобразователя, регулирующего ток якоря, обеспечивается наличие резерва регулирования, а ограничение напряжения на якоре, когда возможности регулирования эа счет ослабления поля исчерпаны, производится уменьшением величины уставки тока якоря.

Далее, при понижении напряжения питания происходит понижение заданной величины тока, зависящее от сетевого напряжения, и текущего якорно о тока.

Кроме того, значение заданной величины якорного напряжения зависит от заданной величины якорного тока и частота преобразователя для регулирования тока якоря изменяется в зависимости от величины выходного сигнала регулятора тока якоря.

На чертеже показана принципиальная схема устройства.

Через входной фильтр, состоящий из реактора 1 и конденсатора 2, и преобразователь 3 для регулирования тока якоря якорь 4 электродвигателя и его обмотка 5 возбуждения подключены к источнику питания. Якорь и обмотка возбуждения электродвигателя шунтированы диодом 6, а обмотка 5 возбуждения кроме того, регулятором 7 поля. Устройство содержит также последовательно включенные резистор 8 и регулятор 9 торможения. В устройстве имеется блок 10 переключения режимов работы (механическая связь коммутируюших элементов этого блока на чертеже не показана).

Блоки 11-13 управления предназначены соответственно для управления преобразователем 3, регулятором 7 поля и регулятором 9 торможения. Ко входам блоков 11 и 12 управления подключены соответственно выходы регулятора. 14 тока якоря и регулятора 15 напряжения, выход которого через регулируемый блок 16 ограничения соединен с регулятором 14 тока якоря. Устройство содержит также регулируемые блоки 17 и 18 ограничения, выход первого иэ которых соединен c регулятором 14 тока якоря, а выход aroрого — с блоком 13 управления. Ко входу регулируемого блока 17 ограничения

792520 подключен цатчик 19 тока якоря. Датчик

20 напряжения на якоре 4 соецинен со входом регулятора 15 напряжения, а датчик 21 напряжения на конценсаторе 2 фильтра — ко вхоцам пропорциональных усилителей 22, 23 и 24 с ограничением.

Выход усилителя 22 через блок 10 переключения режимов соецинен с регулятором 15 напряжения. К блоку задания тока якоря подключены пропорциональные усилителя 25 и 26, выход первого из которых соединен с регулятором 15 напряжения. Выход регулятора 14 тока через пропорциональный усилитель 27 с ограничением и датчик 28 тактовой частоты подключен к блоку 11 управления.

Входы блока 29 выбора минимального значения соединены с усилителями 23 и 26, а его выход через блок 10 переключения режимов подключен ко "входу регулятора 15 напряжения.

Через входной фильтр энергия в режиме торможения возвращается обратно в питающую сеть. Смешанный режим передачи мощности при торможении обеспечивается посредством регулирования ограничивающего минимальное напряжение на конденсаторе 2 входного фильтра.

Текущее значение напряжения на конденсаторе ф измеряется датчиком 2 1 напряжения и подводится к регулируемому блоку 18 ограничения, который осуществляет сравнение с эацанной величиной ф„„ „ . Когда имеет место превышение напряжения на конденсаторе нац заданной величиной, через блок 13 управления приводится в действие регулятор 9 торможения и избыточная энергия торможения преобразуется в тепло в резисторе 8.

Аналогичным образом происходит работа контура регулирования тока. Текущее значение тока якоря, измеренное датчиком 19 тока якоря, подводится к регулятору 14 тока, который сравнивает полученное значение с заданным и посредством блока 11 управления и преобразователя 3 производит регулирование тока якоря 4.

Переключение из двигательного режима в тормозной режим и обратно производится посредством блока 10 переключе ния. В обоих режимах ток якоря при запертом преобразователе 3 протекает через диод 6. Регулирование напряжения на якоре в соответствии с изобретением происходит следующим образом. При работе в двигательном режиме заданная величина Ц„ д напряжения на якоре, которую можно изменять, задается пропорциональным усилителем 22 с ограничением,. входной величиной которого является текущее значение напряжения на конденсаторе О, . В тормозном режиме заданная величина якорного напряжения (J обеспе9 Зад чивается блоком 29 выбора минимально,го значения. Входные величины этого блока поступают с пропорционального

10 усилителя 26, входной величиной которого является заданная величина

Ч Зад тока якоря, и с пропорционального усили,теля 23, выхоцное напряжение которого всегда меньше текущего значения напряжения на конденсаторе на величину резерва регулирования, необходимого цля быстродействующего преобразователя 3, и которое можно ограничивать в процессе регулирования. Наличие резерва регулирощо вания обеспечивает стабильность режима торможения в условиях кратковременных колебаний напряжения на фильтре.

Для лучшего использования возможностей преобразователя 3 служит пропорциональный усилитель 25, задающий дополнительное значение заданной величины для регулятора 15 напряжения в эависи мости от текущего значения тока. Текущее значение якорного напряжения U измеряется датчиком 20 напряжения. Регулирование якорного напряжения происходит тогда во всех случаях посредством блока 12 управления и регулятора 7 пол ц устанавливающего величину тока обмотки возбуждения.

Как только возможность регулирования якорного напряжения посредством регулятора 7 поля исчерпывается, происходит дальнейшее уменьшение напряжения посредством преобразователя 3. В качестве заданной величины для регулируемого блока 16 ограничения сохраняется постоянное напряжение U которое можно изменять и которое соответствует максимальному ослаблению поля. Если выходной сигнал регулятора 15 напряжения превосхоцит величину У„,с к, то от регулируемого блока 16 ограничения к регулятору 14 тока якоря поступает дополнительный сиги ал.

При понижении напряжения в питающей сети максимально цопустимый ток якоря соответствует характеристике гашения преобразователя 3.

Максимально допустимое значение якорного тока, задаваемое пропорциональ- ным усилителем 24, входной величиной которого является текущее значение напряжения Uy на конденсаторе, сравии792520

1. Устройство цля управления электродвигателем постоянного тока последоваФ тельного возбуждения, содержащее вклю-, ченный последовательно. с якорем электродвигателя и источником постоянного напряжения полупровоцниковый преобразователь для регулирования тока якоря, включенный параллельно обмотке возбуждения полупроводниковый регулятор поля и регулятор торможения, включенный послецовательно с тормозным резистором, ".ри этом полупроводниковый преобразователь цля регулирования тока якоря и каждый из учомянутых регуляторов снабжен бло- ком управления, вход блока управления полупроводникового преобразователя цля регулирования тока якоря соецинен с выходом регулятора тока якоря, ко входам которого подключены блок зацания и цатчик тока якоря, блок управления полупроводникового регулятора поля соединен с выходом регулятора напряжения с ограничением, оцин из входов которого подключен к цатчику напряжения на якоре, а блок управления регулятора торможения соединен с выхоцом регу4 лируемого блока ограничения, входы которого подключены к датчику напряженияна конденсаторе фильтра источника и к блоку задания максимального напряжения, и блок переключения режимов, о т л ич а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения диапазона регулирования тока якоря, в вается на входе регулируемого блока 17 ограничения с текущим значением якор— ного тока, Как только текущее значе— ние якорного тока превосхоцпт максималь— но допустимое значение тока якоря блок 17 ограничения выдает на регулятор

14 тока дополнительный входной сигнал, уменьшающий значение заданной величины якорного тока.

С помощью пропорционального усилителя 27, на вход которого поступает вьЖодное напряжение с регулятора 14 тока и который посредством датчика 28 тактовой частоты устанавливает частоту импульсов, обеспечивается возможность регулирования тока также и при измене ни и час то ты.

Формула изобретения него введены два пропорциональных усилителя с огра гниением, блок выбора минимального значения и пропоциональный усилитель, причем второй вход регулятора напряженияподключен через блок переключения режимов и пропорциональный усилитель б с ограничением к датчику напряжения конденсаторе фильтра и через тот же блрк переключения режимов — к входу блока выбора минимального значения„ ходы которого соединены соответственно через пропорциональный усилитель — с блоком задания тока якоря и через второй пропорциональный усилитель с ограничением — с датчиком напряжения на конденсаторе фильтра.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в него введен второй регулируемый блок. ограничения, входы которого подключены к выходу регулятора напряжения и к задатчику максимального значения, а выход соединен со входом регулятора тока, Э. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в него введены последовательно включенные пропорииональный усилитель с ограничением и регулируемый блок ограничения, вход первого из кото- . рых соединен с датчиком напряжения на конденсаторе фильтра, а выход второго— со входом регулятора тока якоря, при этом второй вход регулируемого блока ограничения подключен к датчику тока якоря.

3S

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е -е с я тем, что вход регулятора напряжения через дополнительно введенный пропорциональный усилитель соединен с блоком задания тока якоря.

5. Устройство по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что выход регулятора тока якоря через дополнительно введенные пропорциональный усилитель с ограничением и тактовый генератор соединен

S со входом блока управления полупроводникового преобразователя для регулирования тока якоря.

Источники информа ции, принятые во внимание при экспертизе

1. Книжная серия Союза немецких электротехников VDE том 11. Е егфееЯеЫгоМ% Und о еге еФае еРиИг 86 те Antriebe,1966, с. 4 72-486.

Составитель В. Кузнепова

Редактор A. Купрякова Техред М.Варга Корректор Л. Иван

Закаэ 9596/6 1 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР пп делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4