SU656169A1 - Устройство дл регулировани тока кор электродвигател - Google Patents

Description

датчик тока  кор , узел сравнени  зада ного и фактического значени  тока и фильтр, включенный между узлом сравнени  и входом операционного усилител а также мостовую схему с ист НИКОМ опорного напр жени , служащую дл  ограничени  скорости нарастани  то ка и включенную своими входами переменного тока между входом и выходом операционного усилител  2. Это устройство имеет обший недоста ток всех контуров систем подчиненного регулировани  (кроме самого верхнего иерархическому уровню), а именно введение ограничени  регулируемой величи путем ограничени  уровн  сигнала на выходе регул тора наружного контура. Это введение огра ичёнк  по току путе ограничени  сигнала на выходе регул т ра скорости вызьюает отклонение от оп тимального переходного процесса регул ровани  скорости при изменении услови коммутации. В известном устройстве параметры регулировани  тока  кор  выбраны, исход  из двух возможных вариантов настройки , - переходного (модульного) оптимума и симметричного, оптимума. При переходном оптимуме скорость нарастани  тока невелика, что обусловливает неполное использование коммута ционных свойств электродвигател  по параметру SV . При настройке на сим метричный оптимум величина перерегулировани  по току  кор  электродвигател  велика (до 41%), Это ведет к недоиспользованию коммутационных свойств электродвигател  по величине тока  кор  в последующий период, так как максимум тока не должен превы шать допустимого по коммутации значени . При этом в контур регулировани тока вноситс  дополнительное интегрирующее звено, так как передаточна  функци  регул тора тока Wp( где Т( П Т  , а величина И определ етс  характером требуемой оптимиза ции переходного процесса Однако при возможных в процессе. работы изменени х величины I   требуема  оптимизаци  нарушаетс . Кроме того, в известном устройстве не предусмотрены изменени  ограничений величины тока  кор  в соответствии с законами коммутации, а также возможность уменьшени  величины тока  кор  при перегреве его обмоток и повышени  интенсивности работы и использовани  возможности электродвигател  при холодных обмотках. Целью изобретени   вл етс  повьшдениё стабильности токовых диаграмм в динамических режимах при более полном использовании возможности электродвигател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известное устройство, содержащее электродвигатель лосто нного тока, регулируемый вентильный преобразователь, регул тор тока  кор  и датчик тока  кор , введены эталонное апериодическое звено с обратными св з ми по коммутационным и динамическим параметрам и управл ющий элемент, включенный между выходом и входом регул тора тока, причем вход эталонного апериодического звена подсоединен ко аходу регул тора тока  кор , а выход упом нутого звена подключен к регулирующему входу управл ющего элемента, к которому через дополнительно введенный инвертирующий усилитель подключен датчик тока  кор . В цепь обратной св зи эталонного апериодического звена включен входами переменного тока диодный мост, к выходам посто нного тока которого встречно подключен выход суммирующего усилител , ко входам которого параллельно присоедийены дополнительный датчик модул  напр жени  на  коре через дополнительный первый блок нелинейности - датчик тока возбуждени , а также соединенный последовательно со сгабилигроном допо; нительный датчик температуры  корных обмоток. Управл киций элемент выполнен в виде блока умножени , один из входов которого  вл етс  регулируклиим. Упра л ющий элемент выполнен в виде диодно мостовой схемы с транзистором, причем :К выходам посто нного тока диодно-мостовой схемы подключен пер&ход эмиттерколлектор транзистора, переход эмитте| база которого служит регулирующим входом управл ющего элеменга. Дл  изменени  посто нной времени эталонного апериодического звена между его входом и выходом включены входы переменного тока второго диодного моста, к выходам посто нного тока которого присоединен переход эмиттер-коллектор дополнительного транзистора, а к переходу эмитте{ база последнего подключен дополнитель- ный суммирующий элемент, ко входу которого параллельно подключены датчик

модул  напр жени  на  коре и выход вто рого дополнительного блока нелинейности ко входу которого подключен выход датчика тока возбуждени . Ко входу дополнительного суммирующего элемента последовательно с пороговым элементом подключен датчик скорости нарастани  ускорени .

Сравнение величины, пропорциональной току  кор  с напр жением эталонного звена позвол ет уменьшить вли ние изменений параметров контура регулир1 вани   кор  от нагрева и изменени  маг нитного потока,

Обратные св зи эталонного звена по току возбуждени  и напр жению на  коре ограничивают предельную величину напр жени  эталонного звена в функции этих величин. Величина напр жени  эталонного звена, а следовательно, и величина тока  кор  уменьшаетс  теисже при перегревах обмотки 51кор  вследствие действи  датчика температуры обмоток,

Вьтолнение управл ющего элемента в виде блока умножени , ко входу которого подключены встречно включенные выходы эталонного звена и инвертирующего усилител  и второй вход которого подключен к выходу регул тора тока  кор , а выход - ко входу последнего, лозвол ет при напр жении на выходе эталонного звена, большем напр жени  на выходе инвертирующего усилител  (г.е. при гоке  корной цепи, не достигшем тока задани ) иметь положительную обратную св зь между выходом и входом регул т1 ра тока  кор  и получать благодар  максимальное напр жение на его выходе , так как коэффициент усилени  его при этом возрастает, а при достижении током величины задани  обратна  св зь становитс  отрицательной, напр жение регул тора тока  кор  уменьшаетс , и величина тока ограничиваетс , В резуль- тате величина тока  кор  строго следует заданию на выходе эталонного звена.

Когда в качестве управл ющего элемента используетс  диодно-мостова  схема, количество элементов, участвующих в управлении, меньше, но коэффицвенг усилени  регул тора тока мен етс  от нул  до некоторой конечной величины , меньшей, чем при использовании блока умножени .

Поскольку схема не имеет интегри- руклиих звоньев, ее быстродействие увеличиваетс . Шунтирование эталонного звена входами переменного тока диодного моста, к выходам посто нного тока которого подсоединен транзистор, используемый в качестве регулируемого сопротивлени , дл  чего к его переходу база-эмиттер через cyм иpyющий эл&мент присоединены обратные св зи по току возбуждени  и напр жению на  коре , обеспечивает изменение посто нной времени эталонного звена в функции ооновных параметров, определ юших коммутацию , что, в свою очередь, позвол ет регулировать скорость нарастани  тока  кор  электродвигател .

Таким же образом ограничиваетс  скорость нарастани  ускорени . Включение на вход суммирующего элемеита датчика скорости нарастани  ускорени  (например , рабочего органа на тросовой поавеске - ковша экскаваторее-драглайка) дает возможность избежать чрезмерной скорости нарастани  тока и больших динамических нагрузок на электродвигатель и механизм в т желых режимах и более полно использовать возможности электро двигател  в остальных режимах,

На фиг. 1 изображено устройство дл  регулировани  тока  кор  электродвигател ; на фиг, 2 - вариант вьтолнени  управл ющего элемента в виде диодно-

з мостовой схемьи

Устройство содврх ит  корь 1 электродвигател , регулируемый преобразователь 2, регул тор 3 тока 51кор , эталонное апериодическое звено 4, управл кндий

У элемент 5, а также датчик 6 тока  кор , датчик 7 модул  напр жени  на  коре , датчик 8 тока возбуждени , датчик 9 температуры  корных обмоток, вкл1Оченный последовательно с пороговым элементом, например со стабилитроном 10, датчик 11 скорости нарастани  ускорени , включенный последовательно с пороговым элементом, например стабилитроном/ 12, Якорь 1 8лектродвиг 5 тел  присоединен с регулируемому преобразователю 2 последовательно с датчиком 6 тока  кор .

Ко входу преобразовател  2 присоединен выход регул тора 3 тока  кор   

0 один из входов (управл ющий) управл ющего элемента 5, к другому кз входов (регулирувдщему) его присоединена обша  точка резисторов 13 и 14, Второй конец резистора 13 соединен с выходом эта5 лонного апериодического звена 4, вход которого через резистор 15 включен на вход регул тора тока  кор . На входе регул тора 3 тока вклкиен резистор 16..

Датчик 6 тока  кор  через инверт ру1ощий усилитель 17 подключен к резистору 14, Между выходом и входом эталонного звена 4 включены входы переменного тока диодного моста 18, к выходам посто ного тока которого подсоединен встречно выход суммирующего усилител  19. Ко входам усилител  19 подсоединены параллельно датчик 7 модул  напр жени  на  коре 1, через первый блок 20 нелинейнскгги датчик 8 тока возбуждени , через стабилитрон 1О датчик 9 температуры Якорных обмоток.

Дл  изменени  посто нной времени эталонного звена 4 между его входом и выходом включены входы переменного тока второго диодного моста 21, К выходам посто нного тока последнего присоединен переход эмитте5 -коллектор транзистора 22, К переходу эмиттербаза транзи.стора 22 подключен дополнительный суммирукаций элемент 23, например магнитный усилитель с высокой частотой питани , ко входам которого параллельно подключены датчик 7 модул  напр жени  на  коре 1, через второй блок нелинейности 24 подключен датчик 8 тока возбуждени , а также череда пороговый элемент, возможным вариантом которого может быть, например стабилитрон 12, датчик 11 скорости нарастани  ускорени  рабочего органа на гросбч вой подвеске, например ковша экскаватора-драглайна .

На фиг, 2, где представлен вариант выполнени  управл ющего элемента 5, изображена диодно-мостова  схема 25, подключенна  входами переменного тока между выходом и входом регул торй 3 тока  кор . К выходам посто нного тока диодно-мостовой схемы 25 подключен переход эмиттер-коллектор транзистора 26, а его переход эмиттер-база служит регулирукииим входом управл ющего элемента 5. К переходу эмиттер-база, транзистора 26 через диодный мост 27 подсоединен выход потенциального разделител  28, Входы переменного тока диодного моста 29 подсоединены между резисторами 13 и 14, а его выходы посто нного тока через-диоды ЗО и 31 ко входу потенциального разделител  28 Один из выходов переменного тока диодной мостовой схемы 29 соединен с резистором 32 и анодом диода ЗО, а другой соединен с резистором 33 и катодом диода 31, Вторые (КОНЦЫ резисторов 32

и 33 соединены между собой и обшей точкой схемы.

Устройство работает следующим образом ,

При отсутствии сигнала на его входе

напр жение на выходе регул тора 3 тока  кор  и напр жение на выходе эталонного звена 4 равно нулю, а выход моста 18 заперт благодар  наличию опорного напр жени  на выходе суммирук дего усилител  19, Ток  кор  равен нулю, поэтому напр жение на выходе инвертирующего усилител  17 также равно нулю; При этом напр жение на регулирующем входе управл ющего элемента 5 также равно нулю, что независимо от исполнени  этого элемента, определ ет коэ фициент усилени  регул тора тока 3,

При поступлении на вход устройства сигнала задани , например положительного , отрицательное напр жение на выходе эталонного звена 4 начинает расти со скоростью, определ емой посто нной времени этого звена.

Одновременно по вл етс  отрицательное напр жение на выходе регул тора 3 тока  кор  и напр жение на выходе регулируемого преобразовател  2, Под действием напр жени  на выходе преобразовател  2 по обмотке  кор  1 электродвигател  потечет ток, вследствие чего по вл етс  отрицательное напр жение на вьЬсоде датчика.6 тока  кор  и положительное напр жение на выходе инвертирующего усилител  17, Если ток  кор  при этом по модулю меньше задаваемого напр жени  на выходе эталонного звэна 4, то управл ющий элемент 5 ув&личивает коэффициент передачи регул тора тока 3, что приводит к увеличению напр жени  вентильного преобразовател  2 и тока  кор  1 до достижени  задан ной величины. При этом существуют раэ , личи  в режимах работы схемы, когда используетс  в качестве управл ющего элемента 5 блок умножени  или схема фиг, 2, При использовании варианта схемы с блоком умножени  в качестве

управл кидего элемента при напр жении на выходе эталонного Звена по модулю больше, чем напр жение на выходе инвертирующего усилител  17, положительном сигнале задани  на управл ющем

входе блока умножени  начинают действовать отрицательные напр жени , что приводит к преобразованию знака сигнала и знака обратной св зи, осуществл емой через блок умножени , В этом случае.

который соответствует отставанию в&личины тока  корной цепи от задани , регул тор 3 тока под действием образовавшейс  положительной обратной св зи выходит на уровень ограничени  напр жени  усилител , т.е. ведет себ  как релейный элемент.

При использовании в качестве управл ющего элемента 5 схемы фиг. 2 и тех же соотношени х модулей и знаков напр жений потенциал на общей точке катода диода 30 и резистора 32 становитс  по отношению к общей точке схемы отрицательным, что приводит к подаче на базу транзистора 26 через потенциальный разделитель 28 и диодный мост 27 положительного потенциала и увеличению эквивалентного сопротивлени  транзистора 26, уменьшению обратной св зи между аходом и выходом регу л тора 3 и увеличеншо напр жени  на ег выходе. При этом регул$ггор 3 может оставатьс  на линейной части характеристики или перейти на режим насьпце- ни , т.е. вести себ  как релейный элемент в зависимости от выбранного соотношени  параметров.

Под действием увеличенного напр жени  на аходе преобразовател  2 увеличиваетс  ток  кор  1, напр жение на выходе датчика тока  кор  6 и инвертирующего усилител  17.

После достижени  током  кор  заданной величины мен етс  направление тока в резисторах 13 и 14 и потенциал их общей точки.

В этом случае на управл ющий вход блока умножени , используемого в качестве управл ющего элемента 5, поступает положительный сигнал, а на второй вход - отрицательный. Поэтому межйу выходом и входом регул тора 3 образуетс  отрицательна  обратна  св зь, величина которой будет тем больше, чем больше превышение тока  кор  над заданным уровнем. Таким образом, компенсируетс  любое отклонение параметров контура регулировани  тока  кор , т.е. осуществл етс  его адаптивное регулирование. В этом же случае, если в качестве элемента 5 используетс  схема фиг. 2, на общей точке резистора 33 в катода диода 31 возникает положительный потенциал, поэтому на вход потенциального разделител  28 напр жение не попадает и транзистор 26 под действием отрицательного смещени  на базе уменьшает свое эквивалентное

сопротивление, увеличиваетс  отрицательна  обратна  св зь между выходом и входом регул тора 3 и ограничиваетс  величина тока  кор . Таким образом, и в этом случае обеспечиваетс  адаптивное регулирование тока  кор . Если при применении в качестве элемента .5 блока умножени  поддерживаетс  значение тока  кор  немного большее определ емого

0 напр жением на выходе эталонного звена 4, то благодар  нелинейным свойствам диодов мостовой схемы 29 и диодов ЗО и 31 в случае использовани  в качестве управл кчцего элемента 5 схемы

5 фиг. 2 значение тока  корной цепи поддерживаетс  меньшее.

Напр жение на выходе эталонного звена 4 определ етс  после достижени  уровн  напр жени  ограничени  напр жением

0 подпора на выходах посто нного тока диодной мостовой схемы 18. Это напр жение подпора создаетс  на выходе суммирующего усилител  19 в соответствии с законами коммутации в функции напр 5 жени  на выходе первого блока 20 нелинейности , т.е. в функции тока возбуждени , измер емого датчиком 8   модуле напр жени  на  коре электродвигател , измер емого датчиком модул  7 напр О жени .

Кроме изменени  напр жени  эталонного звена по законам коммутации возможно уменьшение напр жени  эталонного звена 4 и, следовательно, тока  кор  электродвигател  при перегревах обмотки, когда напр жение на выходе датчика 9 станет больше напр жени  открьшани  стабилитрона 10.

Скорость изменени  напр жени  на выходе эталонного звена, а следовательно , и тока  кор  электродвигател , регулируетс  изменением эквивалентного сопротивлени  транзистора 22. t Изменение эквивалентного сопротив- лени  транзистора 22 происходит вследствие изменени  напр жени  на выходе усилител  23 в соответствии с законами коммутации, так как ко аходу усилител  23 присоединены выход датчика модул  напр жени  на  коре 7 и через второй блok 24 нелинейности датчик тока возбуждени . Кроме того, недопустима  высока  скорость нарастани  ускорэни  может привести к р щу повреждений, в том числе муфты электродвигател , поэтому скорость нарастани  тока ограничиваетс - и по этому параметру при помощи датчика 11 и стабилитрона 12

При достижении напр жением на выхоД9 эталонного звена 4 максимально допустимого значени  нанр жеэние на выходе диодного моста 18 становитс  больше напр жени  на вьрсоде суммирующего усилител  19, вследствие чего через внутреннее сопротивление последнего потечет ток и, в результате образовавшейс  обратной отрицательной св зи между входом и выходом эталонного звена 4 его напр жение перестает расти. Эталонное звено 4 в этом режиме играет роль источника переменного напр жени  сравнени , В результате и в этом режиме величина тока  кор  ограничиваетс  в функции параметров, подведенных ко входам суммирующего усилител  19, а именно: модул  напр жени  на  коре, снимаемого с выхода датчика 7, величины магнитного потока, формируемого на выходе первого блока 20 нелинейности и подключенного своим входом к датчику 8 тока возбуждени , превьпиени  температуры обмоток  корной цепи, вьщел еМой в виде напр жени  датчиком 9.

При достижении заданной частоты вращени   корем 1 электродвигател  начинает уменьшатьс  сигнал задани  на входе всей схемы. При уменьшении сигнала задани  до уровн  не вызываюшего запирани  диодной схемы 18, напр жение на выходе эталонного звена 4 не мен етс , а на входе регул тора тока

3уменьшаетс  Поэтому происходит перестройка режимов управл ющего элемента 5, уменьшение обратной св зи между В.ХОДОМ и выходом регул тора 3, котора  обеспечивает с некоторой точностью поддержание тока  кор  1 на уровне, опр&дел емом услови ми коммутации и нагрева . Таким образом обеспечиваетс  лучшее заполнение токовых диаграмм

При дальнейшем уменьшении сигнала задани  напр жение на выходе эталонного звена 4 становитс  меньше, диодньй мост 18 запираетс  и сигнал на выходе эталонного звена 4 уменьшаетс . Скорость изменени  этогонапр жени  определ етс  посто нной времени эталонного звена и скоростью изменени  напр жени  на входе.

При переходе в тормозной режим процессы протекают идентично, но пол рности отличаютс . Никаких особенностей предлагййма  схема в этом режиме, как

4в .тормозном режиме, не имеет.

Характер процессов определ етс  параметрами модели. Поэтому процессы инвариантны по отношению к изменению параметров контура тока  кор . Изменение статического момента на валу вли ет на продолжительность процесса разгона и торможени  электродвигател . На величину предельного тока статический момент вли ет только при перегревах.

Положительный эффект, достигаемый в результате использовани  устройства дл  регулировани  тока  кор , состоит в сведении к минимуму отклонени  тока  кор  от оптимального и обеспечении инвариантности регулировани  тока  кор  компенсировании в практически возможном диапазоне изменений и возмущений, действуюмдих на контур регул тора тока  кор ; учета коммутационньос ограничений дл  тока  кор  и предельном использовании коммутационных возможностей электродвигател  и при двухзонном управлении скоростью и возможности изменени  скорости нарастани  тока и момент электродвигател  в широких пределах в зависимости от погребности.

Claims (6)

1. Формула изобретени 

   1, Устройство дл  регулировани  тока  кор  электродвигател , содержащее электродвигательпосто нного тока, р&гулируемый вентильный преобразователь, регул тор тока  кор  и датчик тока  кор , отличающеес  тем, что, с целью повышени  стабильности токовых диаграмм в динамических режимах при более полном использовании возможнсхзти электродвигател , в устройство введены эталонное апериодическое звено с обратными св з ми по коммутациойным и динамическим пара-

   метрам и удравл ющий элемент, вклк ченный между выходом и входом регул тора тока  кор , причем вход эталонного ., апё|:)иодического звена подсоединен ко Ёходу регул тора тока  кор , а

   выход упом нутого звена подключен к регулирующему входу упр1авл киаего элемента , к которому через дополнительно введенный инвертирующий усилитель подключен датчик тока  кор .
2. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а - ю щ е е с   тем, что в цепь обратной св зи эталонного апериодического звена входами переменного тока включен диод136 ный мост, к выходам посто нного тока которого встречно подключен выход суммирующего усилител , ко входам котореьго параллельно присоединены дополнительный датчик модул  напр жени  на  коре, через дополнительный первый блок нелинейности - датчик тока возбуждени , а также соединенный последовательно с пороговым элементом дополнительный датчик температуры  корных обмоток.
3. 3.Устройство по пп- 1 и 2, отличающеес  тем, что управл ющий элемент выполнен в виде блока умножени , один из входов которого  вл етс  регулирующим
4. 4.Устройство по пп. 1 и 2, о тличающеес  тем, что управл ю щий элемент вьшрлнен в виде диодно мостовой схемы с транзистором, причем к выходам посто нного тока диодно-мостовой схемы подключен переход эмиттерколлектор транзистора, переход эмиттербаза которого служит регулирующим входом управл ющего элемента.
5. 5.Устройство по пп. 1-4, отличающеес  тем, что, с целью и; менени  посто нной времени эталонного 9 апериодического звена, между его входом и выходом включены входы переменного тока второго диодного моста, к выходам посто нного тока которого присоединен переход эмиттерн-коллектэр дополнительного транзистора, а к переходу эмиттербаза последнего подключен дополнительный суммирующий элемент, ко входу которого параллельно подключены датчик модул  напр жени  на  коре к выход второго дополнительного блока нелинейности , ко В.ХОДУ которого подключен датчик тока возбуждени .
6. 6. Устройство по пп. 1-5, отличающеес  тем, что ко аходу дополнительного суммирующего элемента последовательно с пороговым элементом подключен датчик скорости нарастани  ускорени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Журнал Летеп Zeitschrtfi В 42, 1968, № 9, 765-868. 2,Гарпов В. К. и др. Унифицированные системы автоматического управлени  электроприводом в металлургии , М,, Металлурги , 1971, с. 84-86.

   efV i

   fui. 2