Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока

 

Союз Советски к

Социалистическик

Республик

Й АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.03.80 (21) 2899516/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) M. Кл.з

Н 02 К 13/14

Гееудеретеенный кемнтет

СССР (53) УДК 621.313..2 (088.8) Опубликовано 30.11.81. Бюллетень № 44 во лелем нзебретеннй н еткрытнй

Дата опубликования описания 30.11.81 (72) Авторы изобретения

А. И. Скороспешкин, Э. Г. Чеботков, В. А. Прудников,В. В, Трошин и Л. Я. Макаровский (71) Заявитель

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ

КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к средствам улучшения Процесса коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока с регулированием частоты вращения за счет изменения напряжения на якоре при постоянстве потока возбуждения и управления потоком возбуждения при постоянстве ЭДС якоря машины.

Известны устройства для улучшения коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока, содержащие регулируемый источник постоянного тока для управления током дополнительных полюсов, датчики в якорной цепи машины, датчики частоты вращения и другие элементы по функциональному назначению (1).

B данных устройствах регулирование потока дополнительных полюсов осуществляется в функции тока якоря, частоты вращения, величины магнитного потока и других величин. Имея сложную конструкцию и низкую надежность работы, устройства обладают низкими показателями по точности управления в статических и динамических режимах.

Известно и устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока, в котором управление потоком дополнительных полюсов осуществляется как по разности напряжения между сбегающим и набегающим краями щетки, так и от изменения нагрузочного тока. Устройство содержит регулирующий усилитель, подключенный к обмотке дополнительных полюсов, задатчик и датчик якорного тока машины, датчик напряжения меж10 ду сбегающим и набегающим краями щетки, а также сумматоры (2).

Недостатком устройства является то, что оно имеет значительную инерционность и низкую статическую точность при настройке

1 дополнительных полюсов. Значительная инерционность, вызванная запаздыванием регулирующего усилителя (постоянная времени регулирующего усилителя) и постоянной времени обмотки дополнительных полюсов, определяет низкое быстродействие в

® переходных процессах при управлении потоком дополнительных полюсов. Низкая же статическая точность при настройке дополнительных полюсов определяется тем, что

886155 устройство по существу представляет собой регулятор прямого действия и не имеет обратной отрицательной связи ни по одному из выходных параметров регулирующего усилителя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство, которое для компенсации одной большой постоянной времени дополнительных полюсов снабжено усилителем напряжения с пропорциональноинтегральным законом изменения выходного напряжения и отрицательной обратной связью по напряжению. При этом постоянная времени управляемого усилителя мощности устройством не компенсируется, т. е. устройство имеет ограниченную функциональную возможность. В общем случае обе постоянные времени дополнительных полюсов и управляемого усилителя мощности являются соизмеримыми величинами и необходима их одновременная компенсация, для чего требуется расширить функциональные возможности устройства при повышении быстродействия в переходных процессах и статической точности для регулирования потока дополнительйых полюсов коллекторных машин постоянного токаИ

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей для повышения быстродействия в переходных процессах и статической точности при регулировании потока дополнительных полюсов коллекторных электрических машин постоянного тока.

Указанная цель достигается тем, что в качестве усилителя напряжения применен усилитель с пропорционально-интегральнодифференциальным законом изменения выходного напряжения, два входа которого присоединены к элементам управления в якорной цепи машины, а третий вход подключен к выходу управляемого усилителя .мощности, причем выход усилителя напряжения подключен ко входу управляемого усилителя мощности.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство состоит из управляемого усилителя 1 мощности, регулирующего ток в обмотке дополнительных полюсов 2 коллекторной электрической машины 3 постоянного тока. Ко входу управляемого усилителя 1 мощности подключен выход усилителя 4 напряжения, который за счет схвата его цепочкой, состоящей из емкостей 5 и 6 и резисторов 7 и 8, обладает свойствами пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора. В качестве усилителя напряжения может быть применен операционный усилитель. Входная цепь усилителя напряжения, содержащая резисторы 9 и 10, подключена к якорной цепи машины 3 через управляющие элементы 11. На вход усилителя 4 напряжения через резистор 12 подается сигнал отрицательной обратной связи

25 зо

SS по напряжению дополнительных полюсов.

Усилитель 1 мощности настраивается таким образом, что при прямолинейной коммутации, когда сигнал с элементов 11 управления, характеризующих величину добавочного тока при ускоренной или замедленной коммутации, равен нулю, усилитель 1 мощности обеспечивает начальный ток, соответствующий настройке дополнительных полюсов на середину зоны безыскровой работы.

При изменении характера коммутации изменяется сигнал с управляющих элементов 11, например бесконтактного датчика, который через резисторы 9 и 10 подается во входную цепь усилителя напряжения. Пропорциональ ная, интегральная и дифференциальная составляющие усиленного сигнала подаются на вход усилителя 1 мощности и регулирование тока дополнительных полюсов последним происходит до тех пор, пока не обеспечится их автоматическая настройка на работу машины в середине безыскровой зоны.

Введение интегральной и дифференциальной составляющих в закон изменения выходного напряжения усилителя напряжения сводит ошибку в регулировании тока дополнительных полюсов в статическом режиме к нулевому значению. Быстродействие в переходных процессах установки соответствующего тока дополнительных полюсов при отсутствии обратной связи по напряжению дополнительных полюсов и усилителя напряжения определяется постоянными времени дополнительных полюсов и усилителя мощности. Придание усилителю напряжения пропорционально-интегрально-дифференциальных свойств и введение отрицательной обратной связи по напряжению дополнительных полюсов приводит к существенному снижению результирующей постоянной времени, а следовательно, и к повышению быстродействия, что объясняется форсированным изменением выходного напряжения усилителя напряжения и компенсацией запаздывания, вносимого усилителем мощности и дополнительными полюсами. Пропорционально-интегрально-дифференциальный усилитель напряжения компенсирует две большие постоянные времени дополнительных полюсов и управляемого усилителя мощности, а длительность переходного процесса определяется малой постоянной времени. 3а счет одновременной компенсации двух постоянных времени дополнительных полюсов и управляемого усилителя мощности предлагаемое устройство имеет расширенные функциональные возможности для повышения быстродействия в переходных процессах и статической точности при настройке дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны. Пропорционально-интегрально-дифференциальный усилитель напряжения позволяет настраивать контур управления на оптимум по модулю и симметричный

886155

ВНИИПИ Заказ 10554/73 Тираж 733 Подписное

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 оптимум. При настройке на оптимум по мо; дулю две постоянные времени усилителя напряжения равны соответственно постоянным времени усилителя напряжения, равны соответственно постоянным времени: дополнительных полюсов и усилителя мощности, а длительность переходного процесса при управлении током дополнительных полюсов составляет величину, превышающую малую постоянную времени в 8,5 раз, а перерегулирование не превышает 4,3%. При настройке на симметричный оптимум одна постоянйая времени усилителя напряжения равна постоянной времени дополнительных полюсов, а вторая — четверенному значению постоянной времени управляемого усилителя мощности. При такой настройке длительность переходного процесса при управлении током дополнительных полюсов составляет величину,. превышающую малую постоянную времени в 16,5 раз, а перерегулирование— не более 43,5 /о. Настройка усилителя напряжения с пропорционально-интегральнодифференциальным законом изменения выходного напряжения на оптимум по модулю или симметричный оптимум расширяет функциональные возможности для повышения быстродействия в переходных процессах и статической точности при настройке дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны.

Формула изобретения

Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока, содержащее управляемый усилитель мощности, подключенный к обмотке дополнительных полюсов, элементы управления в якорной цепи и усилитель напряжения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при повышении быстродействия в переходных процессах и статической точности при настройке дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны, в качестве усилителя напряжения применен усилитель с пропорционально-интегрально-дифференциальным законом изменения выходного напряжения, два входа которого присоединены к элементам управления в якорной цепи машины, а третий вход подключен к выходу управляемого усилителя мощности, причем выход усилителя напряжения подключен ко входу управляемого усилителя мощности.

zo Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 463200, кл. Н 02 К 23/28, 1975.

2. Патент ФРГ № 1200930, кл. 21 д 28, 1965.

3. Авторское свидетельство СССР № 2724292/24-07, кл. Н 02 К 13/14, 1979 (прототип) .