SU1115188A1 - Электропривод посто нного тока - Google Patents

Abstract

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель, в цепь возбуждени  которого включен последовательно соединенные задатчи и регул тор частоты вращени  и последовательно соединенные регул тор потока возбуждени  и возбудитель, a также блок перемножени  и подключен ные к входам соответствующих регул  торов датчики частоты вращени  и потока возбуждени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности и точности стабилизации частоты вращени  при ударных нагрузках , в него введены последовательно соединенные инвертор с ограни чением и первый усилитель, последовательно соединенные инвертор и второй усилитель, a также датчик тока  кор , выход которого соединен с входами инвертора и первого усилител , при этом вход инвертора св зан с выходом регул тора частоты вращени , a выход первого усилител  подключен к входу регул тора потока возбуждени , третий и четвертый входы которого соединены соответственно с задатчиком частоты вращени  и с выходом второго усилител , вход которого св зан с выходом датчика частоты вращени , a входы инвертора подключены к выходам второго усилител  и блока перемножени , соединенного входами с датчиками потока возбуждени  и тока  кор .

Description

1 Изобретение относитс  к электротехнике и может найти применение в механизмах, требующих ВЬЕСОКОЙ точно ти стабилизации скорости при ударны нагрузках, например в многодвигательных приводах клетей непрерывных прокатных, трубопрокатных станов и других агрегатов, имеющих экономическую схему питани  от группового источника и индивидуальные возбудители . Известен электропривод посто нного тока, -содержащий включенные по схеме подчиненного регулировани  задатчик частоты вращени , регул тор частоты вращени , инвертор с ограничителем , регул тор тока, силовой пре образователь, двигатель и датчики обратных св зей по частоте вращени  току и напр жению двигател . При этом датчик тока подключен к входам инвертора и регул тора тока, а датчик напр жени  - к другому входу инвертора, так что инвертор выполн е функции пропорционального регул тора ЭДС двигател  СПОднако этот электропривод не обес печивает управлени  двигателем по це пи возбуждени  при экономичной схеме питани  от группового источника и быстродействующей отработки динамических провалов частоты вращени  при ударных приложени х нагрузки вследствие повышенной колебательности из-за наличи  в регул торе скорос ти интегральной части. Известен также электропривод посто нного тока, содержащий включенные по схеме подчиненного регулирова ни  задатчик частоты вращени , регул тор частоты вращени , регул тор тока, силовой преобразователь, двигатель и датчики обратных св зей по частоте вращени , току и моменту дви гател , причем датчик момента подключей по схеме положительной св зи к входу регул тора тока с21. Однако данный электропривод не обеспечивает управлени  двигателем по цепи возбуждени  при экономичной схеме питани  от группового источника , требует установки на передаточно валу от двигател  к механизму датчика момента, что усложн ет установку. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  электропривод посто нного тока, содержащий электродвигатель, в цепь возбуждени  которого включены последовательно соединенные задатчик и регул тор частоты вращени  и последовательно соединенные регул тор потока возбуждени  и возбудитель, а также блок перемножени  и подключенные к входам соответствующих регул торов датчики частоты вращени  и потока возбуждени  13. Недостатками извecтнoгoi электропривода  вл ютс  низка  надежность в св зи с отсутствием токоограничени  при перегрузках двигател , а так же низкие быстродействие и точность стабилизации частоты вращени  при ограничен«ости напр жени  возбудител  и соответственно форсировок возбуждени . Ограниченность форсировок возбуждени   вл етс  причиной того, что при ударном приложении нагрузки и отработке рассогласовани  по частоте вращени  регул тор потока возбуждени  не в состо нии скомпенсировать инерционность обмотки возбуждени  двигател  как объекта регулировани  потока возбуждени . Это вызывает возрастание эквивалентной инерционности внутреннего контура регулировани  потока возбуждени , а дл  обеспечени  устойчивости работы электропривода при этом необходимо соответственно увеличивать инерционность внеш- него контура регулировани  частоты вращени .-Это приводит к снижению быстродействи  электропривода, замедленной отработке динамических провалов частоты вращени  при ударных приложени х нагрузки и соответственно к понижению точности стабилизации частоты вращени . Цель изобретени  - повьшение надежности и точности стабилизации частоты вращени  при ударных нагрузках. Цель достигаетс  тем, что в электропривод посто нного тока, содержащий электродвигатель, в цепь возбуждени  которого включены последователь- но соединенные задатчик и регул тор частоты вращени  и последовательно соединенные регул тор потока возбуждени  и возбудитель, а также блок перемножени  и подключенные к входам соответствующих регул торов датчики частоты вращени  и потока возбуждени  , введены последовательно соединенные инвертор с ограничением

и первый усилитель, последовательно соединенные интегратор и второй усилитель , а также датчик тока  кор , выход которого соединен с входами инвертора и первого усилител , при 5 этом вход инвертора св зан с выходом регул тора частоты вращени , а выход первого усилител  подключен к входу регул тора потока возбуждени , третий и четвертый входы которого ю соединены соответственно с задатчиком частоты вращени  и с выходом второго усилител , вход которого св зан с датчиком частоты вращени , а входы интегратора подключены к вьгхо- J5 дам второго усилител  и блока перемножени , соединенного входами с датчиками потока возбуждени  и тока  кор .

На фиг. 1 приведена функциональ- JQ на  схема электропривода; на фиг.2 функциональна  схема регул тора частоты вращени , регул тора потока возбуждени , инвертора с ограничением и первого усилител ; на фиг. 3 и 4 - 25 диаграммы, по сн ющие работу электропривода .

Электропривод содержит электродвигатель с  корной обмоткой 1 и обмоткой 2 возбуждени , в цепь которой 30 включены последовательно соединенные задатчик 3 и регул тор 4 частоты вращени  и последовательно соединенные регул тор 5 потока возбуждени  и возбудитель 6, а также блок 7 пе- 35 ремножени  и подключенные к входам соответствующих регул торов датчики 8 и 9 частоты вращени  и потока возбуждени . Электропривод также содержит последовательно соединенные ин- 40 вертор 10 с ограничением и усилитель 11, последовательно соединенные интегратор 12 и усилитель 13, а также датчик 14 тока  кор , выход которого соединен с входами инвертора 10 45 и усилител  11, при этом вход инвертора 10 св зан с вькодом регул тора 4 частоты вращени , а выход усилител 

11 подключенк входу регул тора 5 потока возбуждени , третий и четвер- 50 тый входы которого соединены соответственно с задатчиком 3 частоты вращени  и с выходом усилител  13, вход которого св зан с выходом датчика 8 частоты вращени ,а входы интегратора 55

12 подключены к выходам усилител  13 и блока 7 перемножени , соединенного своими входами с датчиком 9 потока возбуждени  и датчиком 14 тока  кор . Якорь 1 электродвигател  приводит во вращение механизм с моментом нагрузки т, который может прикладыватьс  скачком (например, при входе металла в валки клети).

Регул тор частоты вращени  состои ( фиг. 2) из последовательно включенных сумматора 15, операционного пропорционального усилител  16 с входным резистором 17, линейным 18 и нелинейным 19 обратных св зей, а также бесконтактных ключей 20 и 21 и.peлef ного элемента 22. При этом бесконтактные ключи 20 и 21 включены ме;кду выходом операционного усилител  16 и выводами резисторов соответственно 18 и 19, к входам управлени  ключей 20 и 21 подключены соответственно инверсный и пр мой выходы релейного элемента 22, вход которого подключен к выходу сумматора 15. Выход операционного усилител  16  вл етс  выходом регул тора 4 частоты вращени .

Инвертор 10 с ограничением состоит из пропорционального инвертирующего операционного усилител  23 с входными резисторами 24 и 25 и резистором 26 обратной св зи. Параллельно операционному усилителю 23 инвертора 10 включено звено 27 ограничени , которое настроено на ограничение предельно допустимого тока  кор  двигател . Выход операционного усилител  23  вл етс  выходом инвертора 10 с ограничением.

Усилитель 11 состоит из пропорционально-дифференциального (ПЛ) операционного усилител . 28 с входными резисторами 29 и 30, резистором 31 и конденсатором 32 обратной св зи и резистором 33 помехозагдиты. Выход операционного усилител  28  вл етс  выходом усилител  11.

Регул тор 5 потока возбуждени  состоит из интегрально-пропорционального (ИП) операционного усилител  34 с входными резисторами 3537 , резистором 38 и конденсатором 39 обратной св зи, а также нелинейного преобразовател  40, образующего зaдaюD ий сигнал потока возбуждени  р5 и реализующего функциональную зависимость SiaJj, вход которого подключен к задатчику 3 частоты вращени , а выход - к входу операционного усилител  34, выход которого  вл етс  выходом регул тора 51 5 noTOKJa возбуждени  ( k - посто нный коэффициент; (t) - задающий сигнал скорости), Электропривод работает следующим образом. Инвертор 10 с огр аничением инвер тирует знак сигнала тока гq от дат чика 14 тока  кор , не измен   его величины, так что на входе усилител 11. сигналы от датчика 14 тока  кор  взаимно компенсируютс . При этом ПД-усилитель 11  вл етс  составной частью регул тора 4 частоты, вращени  и обеспечивает компенсацию элек тромагнитной посто нной времени  корной цепи электродвигател  в линейной зоне работы системы. Если то двигател  .io| достигает предельно допустимой дл  электродвигател  величины tq то звено ограничени  27 инвертора 10 вступает в работу и ог раничивает выходной сигнал инвбртора 10 на уровне Ц;. При этом инвер тор 10 становитс  задатчиком тока 1 1(ц дл  усилител  11, и последний начинает выполн ть функции регул то ра тока, ограничива  ток г электро двигател  на предельно допустимом уровне io,y(. Усилитель 34 регул тора 5 потока возбуждени  обеспечивает в линейной зоне работы системы компенсацию посто нной времени обмотки 2 возбуждени . Задатчиком 3 частоты вращени  задаетс  величина скорости . CaJi,, котора  должна поддерживатьс  (стабилизироватьс ) с высокой точно стью, т.е. действительна  скорость СО электродвигател  должна быть равна заданной скорости (s)-, (C4(Oj), а отклонени  д и) ()j-6o при ударных приложени х момента нагрузки .Пс должны быть минимально возможными иотрабатыватьс  за минимально возможное врем . Это способствует улучшению качества выпускаемой продукции (например, проката) бумаги и другого непрерывного материала). При отсутствии момента нагрузки () на входе регул тора 4 частоты вращени  сигналы задающей и обратной св зи равны (), выходной сигнал регул тора 4 - нулевой , соответственно равны нулю сигналы Afc с выхода усилител  11 и ДЛ с. выхода усилител  13. Задающим сиг налом( регул тора 5 потока возбуждени  при этом  вл етс  только сигнал с выхода задатчика 3 частоты вращени , пропущенный через линейный преобразователь 40 регул тора 5 Заданное значение потока возбулсдени  .( ft -в/С-Ш где е - ЭДС электродвигател ; с - посто нна  электродвигател . При регулировании скорости Сд изменением возбуждени  ф ЭДС е поддерживаетс  посто нной (приШс 0), поэтому нелинейный преобразователь 40 реализует функциональную зависимость фз К/( При наличии момента нагрузки т заданное значение потока возбуждени  t| в установившемс  режиме должно быть.уменьшено на величину Лфс (в относительньпс единицах, где fc - относительна  посто нна  величина сопротивлени  цепи  кОр  электродвигател ) , чтобы частота вращени  ui не изменилась, т.е. осталось неизменным равенство 60 (iOj. Сигнал А получаетс  с помощью усилител  13, который вместе с интегратором 12 образует контур, функционирую1Щ1й согласно уравнению .bool-U i де K,,,Unb коэффициент усилени  и выходной сигнал усилител  13; vi«i-vp - выходной сигнал блока 7 перемножени , пропорциональный электромагнитному моменту электродвигател ; Ъц2 - посто нна  времени интегратора; 1/р - символ интегрировани . Из уравнени  (1) :U,i-(i -pt42(s)V(.2/к«). Если посто нную времени г прин ть равной инерционной посто ннойj электродвигател , т.е. 451 то числитель выражени  (2) становитс  равным величине статического момен-. та Wf, так как vtic«m-p ai). 7 где р - символ дифференцировани . Тогда выражение (2) можно записать в виде . . U -Wc/OVt.l/M, ( , т.е. сигнал на выходе усилител  13 i пропорционален моменту wie. При отсутствии момента нагрузки и и/1% 0, т.е. выходной сигнйл усилите л  13 также равен нулю. Сигнал дft получаетс  на входе регул то ра 5 потока возбуждени  соответству ющим выбором сопротивлени  резистора 37 регул тора 5 по входу усилител  13. При ударном приложении к электро двигателю момента нагрузки (фиг. 3) на интервале времени Оа происходит нарастание с крутизной VYi электромагнитного момента w электродвига тел  до величины т,. Крутизна гп на растани  момента п двигател   вл ет с  предельно возможной и ограничиваетс  величиной форсировки возбуждени  электродвигател  или максимальным напр жением возбудител  6 UfM.,: vfi--CiUeM где С - конструктивна  посто нна  электродвигател . Пока электромагнитный момент ю электродвигател  меньше момента нагрузки Y1e (Л1.|/У)| интервал времени OQ происходит снижение частоты вращени  (jj электродвигател  и увеличение рассогласовани  4.й), из уравнени  (3) при w-tWc знак динамического момента (o отрицательный, ускорение электродвигател  соответственно отрицательное и имеет место , снижение 6в. В момент времени ci (фиг. 3) величина m достигает величины We, снижение скорости прекраща етс  (рассогласование не увеличиваетс ) . Дл  последующей отработки рассогласовани  л(а , достигшего к моменту времени а максимальной величины, ди намический момент должен стать положительным , чтобы обеспечить рост частоты вращени  (а до первоначально величины (dj и соответственно дл  све дени  рассогласовани &щ к нулю. Таким образом, на. интервале времени аЬ Нйобход1тмо так управл ть ди 8-.8 намической составл ющей момента т электродвигател , чтобы ко времени 6 полностью свести рассогласование к нулю. При этом крутизна изменени  момента т должна быть предельное возможной. Чтобы управл ть динамической составл ющей момента электродвигател  с обеспечением предельной по быстродействию отработки рассогласовани  Лоа в предлагаемом электроприводе на операционный усилитель регул тора 4 частоты вращени  в отличие от известного электропривода возложена функци  управлени  только динамической составл ющей момента, т.е. выходной сигнал операционного усилител  16 регул тора 4 частоты вращени  соответствует заданию динамической составл ющей момента пПо,. Соответствующий величине тд задающий сигнал Д(, поступающий с выхода усилител  11 на вход регул тора 5 потока возбуждени  и измен ющий задание потока возбутадени  электродвигател , пропорционален заданию rrv в соответствии с выражением А-фст оРа (в относительных величинах ) . Таким образом, результирующее изменение задающего сигнала bvf регул тора 5 потока возбуждени  от усилителей 11 и 13 u(f - ДЦ) -pa{nic. пропорционально изменению полного омента m электродвигател  vwrnc Wo в процессе отработки рассогласоани  iU) (интервал времени аЬ, фиг.З) арактеристика операционного усиител  регул тора 4 частоты вращеи  соответствует выражению П )- SM u(d to обеспечивает управление динамиеской составл ющей момента электровигател  lu оптима льным по быстроействию способом, т.е. изменение с редельно возможной крутизной т и ереключением в точке г(фиг. 3) на нижение момента rOf до нул  в точке . Характеристика операционного усиител  16 регул тора 4 частоты враени  приведена на фиг, 4. В зоне ж, т.е. при малых рассогласоваи х , характеристика соответствует

9. 1

зоне .линейности. При увеличении рассогласовани AM в точке ж харатеристика переключаетс  и становитс  нелинейной (интервал зи). Последн   описьгеаетс  функцией (6).

Переключение характеристик операционного усилител  16 осуществл етс  с помощью релейного звена 22 (фиг. 2), управл ющего по сигналу сумматора 15 ключами 20 и 21. При малых величинах &&i) в обратную св зь операционного усилител  16 ключом 20 вводитс  линейный резистор 18, при больших AW ключом 21 вводитс  нелинейный резистор 19 (или нелинейный преобразователь). Таким образом, вместо ИП-регул тора скорости у известного электропривода в предлагаемом электроприводе примен етс  пропорциональный нелинейный регул тор 4 частоты вращени , который в неустановившихс  режимах управл ет через поток возбуждени  соответственно динамической составл ющей момента тд двигател . Применение контура, образованного усилителем 13 и интегратором 12 и управл ющего через поток возбуждени  соответственно статической составл ющей момента iTflc,

8810

обеспечивает астатическое регулирование скорости, т.е. в установившихс  режимах обеспечивает независимо от величины нагрузки равенствой йОз, или нулевую статическую ошибку.

ИП-регул тор частоты вращени  (или регул тор с интегральной частью) у известного электропривода совмещает функции управлени  статической и динамической составл ющими момента двигател , что вызывает повьш1енную колебательность скорости при отработке рассогласовани  и в св зи с .

этим не обеспечивает быстродействующей отработки рассогласовани  Д(а) при ударном приложении нагрузки.

Благодар  разделению функции по управлению потоком возбуждени  соответственно статической и динамической т составл ющими момента гг электродвигател  в данном элекаропри-, воде обеспечиваетс  предельна  по быстродействию отработка динамических просадок скорости при ударных приложени х нагрузки, соответственно повьш1аетс  точность стабилизации скорости электропривода и качество производимой продукции.

тд

и J

/

й)

Claims (1)

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель, в цепь возбуждения которого включены последовательно соединенные задатчик и регулятор частоты вращения и последовательно соединенные регулятор потока возбуждения и возбудитель, а также блок перемножения и подключенные к входам соответствующих регуля торов датчики частоты вращения и потока возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности стабилизации частоты вращения при ударных нагрузках, в него введены последовательно соединенные инвертор с ограни чением и первый усилитель, последовательно соединенные инвертор и второй усилитель, а также датчик тока якоря, выход которого соединен с входами инвертора и. первого усилителя, при этом вход инвертора связан с выходом регулятора частоты вращения, а выход первого усилителя подключен к входу регулятора потока возбуждения, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с задатчиком частоты вращения и с выходом второго усилителя, вход которого связан с выходом датчика частоты вращения, а входы инвертора подключены к выходам второго усилителя и блока перемножения, соединенного входами с датчиками потока воз Суждения и тока якоря.

   9ut!