SU838990A1 - Способ регулировани частоты вращени элЕКТРОдВигАТЕл пОСТО ННОгО TOKA - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к способам регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока, и может быть использовано в электроприводных установках, где требуется регулирование частоты вращения в широких пределах.

Известен способ регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения, при котором в якорную цепь подают неизменный по величине ток, измеряют частоту вращения электродвигателя и формируют сигнал управления возбуждения в зависимости от отклонения величины сигнала, пропорционального частоте вращения электродвигателя от задающего сигнала {1 ].

Однако при таком способе регулирования электродвигателя необходимо наличие датчика частоты вращения в виде тахогенератора, вал которого соединяют с валом электродвигателя, поскольку при регулировании частоты вращения электродвигателя путем изменения потока возбуждения измерить частоту вращения косвенным путем, т.е. измерением ЭДС электродвигате2 ля, невозможно, так как ЭДС зависит как от частоты вращения, так и от потока возбуждения. Наличие тахогенератора в системе электропривода снижает ее надежность, а в электроприводах малой мощности использование тахогенератора затруднено, так как здесь его габариты могут быть сравнимы с габаритами самого электродвигателя, что приводит к увеличению момента инерции привода и дополнительной нагрузке на электродвигатель. Кроме того, такой способ управления, может служить только для стабилизации частоты вращения и не может быть использован, например, для стабилизации мощности на валу электродвигателя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока, при котором в якорную цепь подают неизменный по величине ток, измеряют ЭДС электродвигателя и формируют сигнал управления возбуждением [2].

При таком способе управления сигнал, пропорциональный ЭДС электродвигателя, не может быть использован для стабилизации частоты вращения, поскольку ЭДС электродвигателя зависит как от частоты вращения, $ так и от потока возбуждения, а последний изменяется при изменении момента нагрузки, т.е. одной и той же частоте вращения соответствуют различные величины ЭДС электродвигателя. ₁₀

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования частоты вращения электродвигателя.

Цель достигается тем, что дополнительно измеряют поток возбуждения электродвига- . теля, формируют сигнал, пропорциональный потоку возбуждения, сравнивают его с сигналом, пропорциональным ЭДС и полученным результирующим сигналом управляют возбуждением электродвигателя. 20

На фиг. 1 представлена функциональная схема для управления электродвигателем постоянного тока независимого возбуждения; на фиг. 2 — то же, для электродвигателя последовательного возбуждения. 25

Якорная обмотка электродвигателя 1 подключена к источнику 2 неизменного тока, а обмотка 3 возбуждения — к выходу регулятора 4 напряжения. На входы узла 5 сравне· ₃₀ ния от датчика ЭДС и датчика 7 потока возбуждения через соответствующие функциональные преобразователи 8 и 9 подаются сигналы, пропорциональные ЭДС и потоку возбуждения. Выходной сигнал узла 5 сравнения через функ- ₃₅ циональный преобразователь 10 подается на вход регулятора 4 напряжения.

преобразователем X, как некоторую функцию от действительного значения ЭДС

U) = fi (Е) = f | (с ф ие> ), так как Е =С. φίϋ, где U] - выходной сигнал функционального преобразователя 8;

Е — действительное значение ЭДС электродвигателя;

С - конструктивная постоянная электродвигателя;

Ф - поток возбуждения электродвигателя;

LSJ — частота вращения.

Величину сигнала, формируемого функциональным преобразователем 9 в некоторой функции от потока возбуждения, обозначим как и₂ = МФ), где U₂ — выходной сигнал функционального преобразователя 9.

Сигналы и, и U₂ подаются на входы узла 5 сравнения, где, в соответствии с требуемым законом сравнения, формируется выходной сигнал узла 5 сравнения

Ua =Ъ(и,; U₂) = Мсфш;Ф) = f₄ (Ф .«J ).

Выходной сигнал узла 5 сравнения U₃ подается на функциональный преобразователь 10, который формирует из этого сигнала, в соответствии с некоторым законом, сигнал управления регулятора 4 напряжения на обмотке 3 возбуждения, т.е.

Ф.= fs (Мз) = F($ ; и/ ) .

Так как момент электродвигателя постоянного тока определяется выражением

М = е I Ф 1 где I - неизменный по величине ток в якорной обмотке электродвигателя, откуда

Исходя из этого, можно записать

Схема для электродвигателя последовательного возбуждения отличается тем, что обмотка 40 3 возбуждения подключена последовательно с якорной обмоткой электродвигателя 1 к выходу источника 2 неизменного тока, а регулятор 4 напряжения своими выходными зажимами подключается параллельно обмотке 3 45 возбуждения.

Способ заключается в следующем.

По якорной обмотке электродвигателя 1 от источника 2 неизменного тока протекает неизменный по Величине ток. При работе электродвигателя датчики 6 и 7 ЭДС и потока возбуждения измеряют соответствующие величины. Выходные сигналы с датчиков 6 и 7 поступают на соответствующие функциональные преобразователи 8 и 9, которые формируют сигналы, пропорциональные ЭДС и потоку возбуждения электродвигателя. Обозначим величину’ сигнала, формируемого функциональным или

CD = (м) .

Таким образом, видно, что, изменяя функциональные зависимости f₄-f₅, можно получить механическую характеристику любого тре буемого вида. Принцип формирования требуемой характеристики проще всего рассмотреть на простейших примерах.

Пусть функциональные преобразователи 8 й 9 формируют сигналы, пропорциональные ЭДС и потоку возбуждения электродвигателя, таким образом, что на вход узла 5 сравнения поступают сигналы

Ui = Κ,Ε и U₂ = К, ф 1 где Κι и К₂ — постоянные коэффициенты; в узле 5 сравнения эти сигналы вычитаются, а функциональный преобразователь 10 и ре5

838990’ гулятор 4 напряжения поддерживают эту разность равной нулю.

Таким образом, получим

К,Е = К₂Ф

ИЛИ KjC Фио = К₂ Ф | откуда ии = γ-®- = const, т.е. частота вращения электродвигателя не зависит от момента нагрузки, механическая характеристика электродвигателя является теоретически абсолютно жесткой. Изменяя хотя бы один из коэффициентов К| или К₂, можно изменять заданную частоту вращения двигателя.

Если сигнал на выходе функционального преобразователя 8 не зависит от сигнала датчика ЭДС 6, т.е. U_t = K_lf а сигнал на выходе функционального преобразователя 9 связан с сигналом датчика 7 потока возбужде ния таким образом, что U₂ = К₂Ф,где К, и К₂ - постоянные коэффициенты, и в результате сравнения этих сигналов поддерживается их равенство, т.е.

	Ui = и2
или	К2Ф = К| ,
а также	ф= и сц
	К! с 1
получим
	К2
т.е. момент	электродвигателя одинаков на

любой частоте вращения, механические характеристики обладают нулевой жесткостью. Изменяя хотя бы один из коэффициентов Kj или К₂, можно изменять заданный момент электродвигателя.

В отличие от предыдущего примера Uj = = К, Е, a Uj = К₂ и при Uj = U₂

К₂Е = К₂ или К₂сфи) = К₂ ,

К I следовательно Mou= — = const.

Κι

т.е. электродвигатель работает с постоянной , мощностью на валу. Механические характеристики при этом имеют гиперболический характер.

Аналогично может быть показано, что, если поддерживать равенство сигналов U_t и U₂ с некоторой степенью точности и изменять пере даточную функцию функционального преобразователя 10, можно получить механические характеристики электродвигателя с любой требуемой жесткостью. Также может быть показано, что изменяя передаточные функции функциональных преобразователей 8 и 9, изменяя закон сравнения узла 5 сравнения 5, а также закон формирования сигнала управления функциональным преобразователем 10, могут быть получены характеристики электродвигателя любого требуемого вида.

Использование предлагаемого способа регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока расширяет функциональные возможности электродвигателя, так как есть возможность получить механическую характеристику любого требуемого вида. Кроме того, при реализации этого способа не требуется наличие в системе электропривода тахогенератора, что повышает надежность электропривода, а также нет необходимости в дополнительном регулируемом источнике стабилизированного задающего напряжения.

Claims (2)

1. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА При таком способе управлени  сигнал, пропорциональный ЭДС электродвигател , не может быть использован дл  стабилизации частоты вращени , поскольку ЭДС электродвигател  зависит как от частоты вращени , так и от потока возбуждени , а последний измен  етс  при изменении момента нагрузки, т.е. одной и той же частоте вращени  соответствуют различные велишны ЭДС электродвигател . Цель изобретени  - расширение диапазона регулировани  частоты вращени  электродвигател . Цель достигаетс  тем, что дополнительно измер ют поток возбуждени  электродвига-, тел , формируют сигнал, пропорциональный потоку возбуждени , сравнивают его с сигналом , пропорциональным ЭДС и полученным результирующим сигналом управл ют возбуждением электродвигател . На фиг. 1 представлена функциональна  схема дл  управлени  электродвигателем посто нного тока независимого возбуждени ; на фиг. 2 - то же, дл  электродвигател  последовательного возбуждени . Якорна  обмотка электродвигател  1 подключена к источнику 2 неизменного тока, а обмотка 3 возбуждени  - к выходу регул тора 4 напр жени . На входы узла 5 сравн ни  от датчика ЭДС и датчика 7 потока во буждени  через соответствующие функциональ ные преобразователи 8 и 9 подаютс  сигналы пропорциональные ЭДС и потоку возбуждени  Выходной сигнал узла 5 сравнени  через фун циональн ш преобразователь 10 подаетс  на вход регул тора 4 напр жени . Схема дл  электролригател  последовательного возбуждени  отличаетс  тем, что обмотк 3 возбуждени  подключена последовательно с  корной обмоткой электродвигател  1 к выходу источника 2 неизменного тока, а регул тор 4 нгшр жени  своими выходными за мами подключаетс  параллельно обмотке 3 возбуждени . Способ заключаетс  в следующем. По  корной обмотке электродвигател  1 о источника 2 неизменного тока протекает неизменный по Величине ток. При работе электродвигател  датчики 6 и 7 ЭДС и потока возбуждени  измер ют соответствующие вели ны. Вь1ходныс сигналы с датчиков 6 и 7 по ступают на соответствующие функциональные преобразователи 8 и 9, которые формируют сигналы, про1юрциона.пьные ЭДС и потоку во буждени  электродвигател . Обозначим велич ну сигнала, формируемого функциональным 4 преобразователем X, как некоторую функцию т действительного значени  ЭЛС и, f, (Е) f, (с ф1 ), так как Е Сфи, где U - выходной сигнал функционального преобразовател  8; Е - действительное значение ЭДС электродвигател ; С - конструктивна  посто нна  электродвигател ; . Ф - поток возбуждени  электродвигател ; ii) - частота вращени . Величину сигнала, формируемого функциональным преобразователем 9 в некоторой функции от потока возбуждени , обозначим как U2 f2(O), где Uj - выходной сигнал функционального преобразовател  9. Сигналы и, и Ui подаютс  на входы узла 5 сравнени , где, в соответствии с требуемым законом сравнени , формируетс  выходной сигнал узла 5 сравне1ш  из f3(U,;U2) fз(cфU);cl)) f4 (.J ). Выходной сигнал узла 5 сравнени  Us подаетс  на функциональный преобразователь 10, который формирует из этого сигнала, в соответствии с некоторым законом, сигнал управлени  регул тора 4 напр жени  на обмотке 3 возбуждени , т.. Ф. fs(U3) Р(ф ; ui) ). Так как момент электродвигател  посто нного тока определ етс  выражением М е 1Ф1 где I - неизменный по величине ток в  корной обмотке электродвигател , откуда ф- М С Исход  из этого, можно записать 1А / W г- / W - F(-p- ; uj) или а) Р(М). Таким образом, видно, что, измен   функциональные зависимости f4-fsi можно получить механическую характеристику любого тре буемого вида. Принцип формировани  требуемой характеристики проще всего рассмотреть на простейших примерах. Пусть функциональные преобразователи 8 и 9 формируют СИГ1Ш1Ы, пропорциональные ЭДС и потоку возбуждени  электродвигател , таким образом, что на вход узла 5 сравнени  поступают сигналы и, К,Е и Uj К, ф , где KI и Kj - поото нные коэффициенты; в узле 5 сравнени  эти сигналы вычитаютс , а функциональный преобразователь 10 и регул тор 4 |гапр жсни  поддерживают эту разность равной нулю. Таким образом, получим К,Е КзФ или К1сФаи Kj Ф) откуда tiJ тг const, т.е. частота вращени  элек1;родвигател  не зависит от момента нагрузки, механическа  характеристика электродвигател   вл етс  теоретически абсолютно жесткой. Измен   хот  бы один из коэффициентов К, или Kj, можно измен ть заданную частоту вращени  двигател . Если сигнал на выходе функционального преобразовател  8 не зависит от сигнала датчика ЭДС 6, т.е. U, KI , а сигнал на выходе функционального преобразовател  9 св зан с сигналом датчика 7 потока возбуж ни  таким образом, что Uj , где К К.-2 - посто нные коэффициенты, и в резул тате сравнени  зтих сигналов поодерживаетс  их равенство, т.е. Ui Щ илиKjCt) К| , а такжеФ - К, с I получимМ const, т.е. момент электродвигател  одинаков на любой частоте вращени , механические харак теристики обладают нулевой жесткостью. Из мен   хот  бы один из коэффициентов Kj или KJ, можно измен ть заданный момент электродвигател . В отличие от предыдущего примера Uj К,Е, а Uj KJ и приUi Uj К, Е KJ или . К1сФ(.и KJ , Мои -KzJ- следовательно Т.е. электродвигатель работает с посто нной , мощностью на валу. Механические характери стики при этом имеют гиперболический хара тер. Аналогично может быть показано, что, есл поддерживать равенство сигналов Uj и Uj с пекоторой степенью точности и измен ть пере даточную функцию функционального преобразовател  10, можно получить механические характеристики электродвигател  с любой требуемой жесткостью. Также может быть показано, .что измен   передаточные функции функциональных преобразователей 8 и 9, измен   закон сравнени  узла 5 сравнени  5, а также закон формировани  сигнала управлени  функциональным преобразователем 10, могут быть получены характеристики электродвигател  любого требуемого вида. Использование предлагаемого способа регулировани  частоты вращени  электродвигател  посто нного Тока расшир ет функциональные возможности электродвигател , так как есть возможность получить механическую характеристику любого требуемого вида. Кроме того, при реализации этого способа не требуетс  наличие в системе электропривода тахогенератора , что повыщает надежность электропривода , а также нет необходимости в дополнительном регулируемом источнике стабилизированного задающего напр жени . Формула изoбpeт eни  Способ регулировани  частоты вращени  электродвигател  посто нного тока, при котором в  корную цепь подают неизменный по величине ток, измер ют ЭДС электродвигател  и формируют сигнал управлени  возбуждением , отличающийс  тем, что, с целью расширеир  диапазона регулировани , дополнительно измер ют поток возбуждени  электродвигател , формируют сигнал , пропорциональный потоку возбуждени , сравнивают его с сигналом, пропорциональным ЭДС и полученным результирующим сигналом, управл ют возбуждением электродвигател . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Мил к А. Н., и Волков И. В. Системы неизменного тока на основе индуктивно-емкостных преобразователей Киев, Наукова Думка, 1974, с. 205-207.
2. 2.Элeктpoтexннкai 1974, № 10, с. 45-48.

   3 7