Электропривод постоянного тока

Электропривод постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Р

РЕСПУБЛИК

„SIJ„„1022273

gag Н 02 Р 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCNOIIAf Саидатвъствм (21) 3290666/24 07. (22) 18.05.81 (46) 07.06.83. Бка. М 21 (72) М. В.. Мительман, И. Д. Такшин, Ю. П. Сердюков и В. А. Казначеев (53) 62-83:621.314.5(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ж 705632, кл. Н 02 P 5/06, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

М 653708, кл. Н 02 P 5/06, 1977. (54)(57) 1.. ЭЛЕКТРОПРИИЭЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвнгатель, регулятор частоты вращения; последовательно соединенные регулятор тока якоря и вентнльный преобразователь, пнтакнпий якорь эпектрощжгателя постоянного тока, снабженного последовательно соеднненнъмн компенсационной обмот» кой и обмоткой добавочным полюсов, а также .датчики частоты вращения и тока, подключенные к входам соетветствукмлик регуляторов, датчик нацражениа на якоре, диодный мост, корректнрукм ую обмотку компенсационной обмотки, подключенную через усиллтель н блок; перемножения к выходу первого функцнональиот о преобра», зевателя, о т л. н ч.а ю щ н и с а тем, что, с целью цовышення надежности и улучшения условий коммутации электродвигателя, в него введены операционный усилитель, четыре функциональных преобразователя, четыре бпока выделения модула четыре бпока сравнения, логические элементы И и ИЛИ, усилитель с под; ключенной к нему корректирующей обмоткой добавочных полюсов, трн пороговых элемента, два asia, регулятор нацряження-сравнения и цепочка из диода конденсатора и порогового элемента, при этом операционный усилитель включен. между выходом регулятора частоты вращения н входом регулятора тока якоря и в цепь его обратной csssa выводами переменного .тока включен днодный мост, выводы постоянного тока которого соединены с выходом регулятора напряженна сравнения, входы которого нодкпючены к . второму н третьему функциональным преобразователям, вход первого из которых соединен с датчиком напряжения на якоре, а вход второго — с входом йервого функционального преобразователя, который через первый диод соединен также с вы ходом первого блока сравнении; вкоды которого соединены с двумя бпокамн выделения модуля, первый нз которым подключен к датчику частоты врашения, а вто » рой к датчнку напряженна н& якоре, . введенный усилитель соединен своим входом с выходом упомянутого блока пере множения, входы второго блока сравнения соединены соответственно с выходами регулятора тока якоря н четвертого функцнонапьнозъ преобразователя, соедн:ненного входом с датчиком напряженая, ;а вымол указанного блока сравнення - с одним из входов логнческого элемента И, второй вход которого через первый пороговый элемент подключен к выходу третьего блока выделения модуля,. входом соединенного с датчиком тока якоря и вкодом блока перемноженна, причем упомянутый выход третьего блока выделения модуля вместе с выкодом пятого функционального преобразователя, включенного параллельно выходу регулятора напряжения сравнения, подключен к входу третьего блока сравнения, выход которого через второй диод связан с одним из входов логического элемента ИЛИ, другие вкоды которого соединены с выходом ло1022273

35 гического элемента И, через второй пороговый элемент - с выходом первого блока выделения модуля и через цепочку из диода, конденсатора, и порогового элемента - с выходом четвертого бпока сравнения, входы которого подключены к выходам третьего и четвертого блоков выделения модуля, вход последнего из которых включан паралелльно обмотке добавочных цлюсов и компенсационной обмотке, а выход логического элемента ИЛИ через третийно роговый элемент соединен с входом первого функционального преобразователя.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению частотой вращения электродвигателей постоянного .гока изменением как напряжения на якоре, так и тока возбуждения, и может быть применено. в электроприводе непрерывных прокатных и плюшильных станов, волочильных станков, а также буровых н металлорежуших станков.

У таких электроприводов диапазон регулирования частотЫ вращения и мгновенная мощчость на валу электродвигателя ограничиваются условиями коммутации на коллекторе (уровнем искрения под рабочими щетками) и условиями коммутационной прочности коллектора (т.е. вероятностью возникновения кругового огня).

Кроме того, у таких приводов отказ, в первую очередь, датчика частоты вращения приводит к тяжелым авариям, Оба коммутационных orðàíê÷eíèÿ связаны с тем, что борьба с этими явлениями в существующих конструкциях машин постоянного тока производится путем подавления искрения и искажения потенциальной диаграммы по коллектору при помоши обтекаемых током якоря обмоток добавочных полюсов и компенсационной обмотки.

Таким образом, в электрической машине постоянного тока как бы существуют две системы автоматического регулирования (CAP) с регулированием по возмущению, которые обеспечивают процесс коммутации. CAP только по возмущающему фактору имеет ограниченный дианазон и точность регулирования, в особенности в нелинейных системах с запаздыванием, 2. Электропривод по и, 1, о т и ич а ю ш и Й с я тем, что в него введены поспедовательно соединенные блок сравнения, диод и блок задержки, а также автоматический выключатель с расцепителем, при этом входы введенного блока сравнения соединены с выходами первого и второго блоков выделения модуля, а выход блока задержки подключен к входу логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с распепителем автоматического выкшочателя.

2 а именно такие условия существуют в электрической машине.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, коллектор которого снабжен дополнительными измерительными щетками., которые через блок нелинейности подключены к блоку ограничения и включенному в цепь обратной связи регулятору частоты вра10 щения.

Добавочные полюса электродвигателя снабжены в этом.электропроводе корректирующей обмоткой,,подключенной к вы- ха у усилителя, входы которого соедине15 .ны с измерительными щетками и блоком определения скорости изменения тока якоря P).

Известный электропривод не обеспечивает требуемой коммутационной прочности при глубоком регулировании величины магнитного потока и зашит при отказах датчика, так как в нем не преду сматриврется корректировка потенциаль- ной.диаграммы напряжений на коплекторе»

Кроме того, наличие дополнительных измерительных щеток, снимающих малые напряжения, вызывает усложнение конструкции шеточного аппарата машины.

Наиболее близким, к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является электропривод постоянного тока, содержащий регулятор частоты вращения, последовательно соединенные регулятор тока якоря и вентильный преобразоватепь, питающий якорь электродвигателя постоянного тока, снабженного последовательно соединенными компенса3 :1022 ционной обмоткой и обмоткой добавочных полюсов, а также датчики частоты вращения и тока, подключенные к входам соответствующих регуляторов, датчик напряжения на якоре, диодный мост, корректирующую обмотку компенсационной обмот ки, подключенную через усилитель и блок перемножения к выходу функционального преобразователя (2).

Недостатками этого электропривода 10 являются недостаточная. надежность и ухудшенные условия коммутации, что обусловлено отсутствием корректировки мат нитного потока добавочных полюсов, необходимой при глубоком (более 3:1+4:1) 15 ослабпении магнитного потока, отсутствием корректировки токоограничения в функ» ции изменения величины. потока, а также отсутствием зашиты при анормальных режимах электродвигателя. 20

Цель изобретения - повышение надеж- . ности и улучшение условий коммутации электродвигателя.

Указанная цель достигается тем, что в электропривод постоянного тока, сойер- 2 жаший электродвигатель, регулятор частоты вращения, последовательно соединенные регулятор тока якоря и вентильный преобразователь, питающий -якорь электродвигателя постоянного тока, снабженного последовательно соединеннвМи компенсационйой обмоткой и обмоткой добавочных полюсов, а также датчики частоты вращения и тока; подключенные к входам соответствующих регуляторов, датчик напряжения на якоре, циодный мост, корректи35. руюшую обмотку компенсационной обмотки, подключенную через усилитель и блок перемножения к. выходу первого функционального преобразователя, введены опера циоиюый усилитель, четыре функциональ40 ных преобразователя, четыре блока выделения модуля, четыре блока сравнения, логические элементы И и ИЛИ, усилитель с подключенной к нему корректирующей обмоткой добавочных полюсов, три поро- 45 говых элемента, два диода, регулятор напряжения сравнения и цепочка иэ диода; с конденсатора и порогового элемента, цри этом операционный усилитель включен между выходом регулятора частоты вращения и входом регулятора тока якоря и в цепь его обратной связи выводами переменного тока включен диодный мост, выводы постоянного тока которого сое» динены с выходом регулятора напряжения H сравнения, входы которого подключены к второму и третьему функциональным преобразователям, вход первого иэ которых

273 соединен с датчиком напряжения на якоре, а вход второго - с входом первого функционального преобразователя, который через первый диод соединен также с выходом первот э блока сравнения, входы которого соединены с двуми блоками выделения модуля, первый из которых подключен к датчику частоты вращения, а второй — к датчику напряжения на якоре, введенный усилитель соединен своим входом с выходом упомянутого блока, перемножения, входы второго блока сравнения соединены соответственно с выходами регулятора тока якоря и четверто. го функционального преобразователя, соединенного входом с датчиком напряжения, а выход указанного блока сравнения - с одним из входов логического элемента И,: второй вход которого через первый пороговый элемент подключен к выходу третьего блока выделения модуля, входом соединенного с датчиком тока якоря и входом блока перемножения, причем упомянутый выход третьего блока выделния модуля вместе с выходом пятого функционального преобразователя, включенного параллельно выходу регулятора напряжения сравнения, подключен к входу третьего блока сравнения, выход которого через второй диод связи с одним из входов логического элемента ИЛИ, другие входы которого соединены с выходом логического элемента И, через второй пороговый элемент - с выходом первого блока выделения модуля и через цепыку иэ диода, конденсатора и порогового элемента - с выходом четвертого блока сравнения, входы которого подключены к выходам третьего и четвертого блоков выделения модуля, вход последнего иэ которых включен параллельно обмотке добавочных полюсов и компенсационной обмотке, а выход логического элемента ИЛИ через третий пороговый элемент соединен с входом первого функционального преобразователя.

Кроме того, в электропривод введены последовательно соединенные блок сравнения, диод и блок задержки, а также автоматический выключатель с расцепителем, цри этом входы введенного блока сравне ния соединены с выходами первого и вто,рого блоков выделения модуля, а выход бпока задержки подключен к входу логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с расцепителем автоматического выключателя.

На чертеже изображена схема электропривода постоянного тока.

5 10222

Электропривод постоянного тока содер жит регулятор l частоты вращения, последовательно соединенные регулятор 2 тока якоря и вентильный преобразователь

3, питакиций якорь 4 электродвигателя постоянного тока, снабженного последовательно соединенными компенсационной обмоткой 5. и обмоткой 6 добавочных полюсов, а также датчик 7 частоты вращения и датчик 8 тока якоря, подключенные к входам соответству1оших ре« гуляторов 1 и 2,. датчик 9 напряжения на якоре, диодный мост 10,,корректирующую обмотку 11 компенсационной обмот-! ки 5, подключенную через усилитель 12 1 и блок 13 перемножения к выходу функционального преобразователи 14, Между выходом регулятора 1 частоты врашения и входом регулятора 2 тока якоря включен операционный усилитель 15 и s цепь его обратной связи выводами переменного тока включен диодный мост 10, выводы постоянного тока которого соединены с выходом регулятора 16 напряжения сравнения, входы которого- подключены к второму 17 и третьему 18 функци ональным преобразователям, вход первого из которых соединен с датчиком 9 напряжения на якоре, а вход второго - с входом функционального преобразователя

14 который через диод 19 соединен так30 же с выходом блока 20 сравнения, входы . которого соединены с двумя бпоками 21 и 22 выделения моауля; первый иэ которых, подключен к датчику. 7 частоты -" врашения, а второй — к датчику 9 нацря- З> жения на якоре. Введенный усилитель 23 с корректирующей обмоткой 24 аобавоч» ных полюсов соединен своим входом с вы ходом блока 13 перемножения, входы второго блока 25. сравнения соединены coot-щ ветственно с выходами регулятора 2 тока якоря и четвертого фун щионального преобразователя 26, соединенного входом с датчиком 9 напряжения, а выход бпока

25 сравнения - с одним .иэ входов логи- ц ческого элемента И 27,. второй вход которого через первый пороговый элемент

28 подключен к выходу третьето блока

29 выделения модуля; входом соединенного с аатчиком 8 тока якоря и входом блока 13 перемножения, причем упомянутый выход бпока 29 выделения модуля вместе с выходом пятого функционального преобразователя ЭО включенного параллельно выходу регулятора 16 напряжения сравнения, подключен к входу третьего блока 31 сравнения, выход которого через диод 32 связан с одним иэ вхо- дов логического элемента ИЛИ 33, дру73 е гие входы которого соединены с выхоаом логического элемента И 27, через второй пороговый элемент 34 — с BblxoAoM блока 21 выделения модуля и через цепочку из диода 35, конденсатора 36 и порогового элемента Э7 - с выходом четвертого блока 38 сравнения, входы которого подключены к выходам блока 29 и

39 выделения модуля, вход носледнего из которых включен параллельно обмоткам 6 и 5 добавочных попюсов и компенсационной, а выход логического элемента ИЛИ

33 через третий пороговый элемент 40 соединен с входом функционального преобразователя 14, Электропривоа содержит также последовательно соединенные блок 41 сравнения, диод 42 и блок 43 задержки, а так же автоматический выключатель 44 с расцепителем 45, .при этом входы блока

4l сравнения соединены с выходами блоков 21 и 22 выделения модуля, а выход блока 4Э задержки подключен к входу логического элемента ИЛИ 33, выход которого соединен с расиепителем 45 автоматического выключателя 4 4.

Операционный усилитель 15, диодный мост 10, регулятор 16 напряжения сравнения и функциональные преобразователи

17 и 18 образуют регулятор 46 максимального тоКа.

Электропривод постоянного тока работает следуюшим образом.

При поступлении сигнала задания по частоте врашения на вход регулятора 1 частоты врашения на его выходе появляется сигнал, являющийся заданием на ток якоря, необходимый для достижения или поддержания заданной частоты врашения.

Этот сигнал в случае, если это задание на ток якоря определяет ток, больший допустимого, ограничивается по величине в регуляторе 46 максимального тока якоpQ,:

Сигнал с выхода регулятора 46 через регулятор 2 тока якоря и вентильный преобразователь 3 приводит к форсиро ванному росту напряжения на якоре 4 . электродвигателя и тока якорной цени.

Этот ток вызывает появление сигнала обратной связи по: току на выходе датчика 8 à якоря. Воздействуя на вход регулятора 2 тока якоря, сигнал обратной связи обеспечивает поддержание тока якоря не выше заданного уровня.

Под действием тока якорь 4 разго- няется, что приводит к появлению сигнала на выходе датчика 7 частоты врашения и выделитепе 21 модуля сигнала, На выходе регулятора 16 получают сигнал подпора, который, воздействуя на выход постоянного тока диодно-мостовой схемы 10, препятствует образованию дополнительной сильной отрицательной связи между входом и выходом операционного усилителя 15 до достижения сигналом задания предельно допустимого уровня тока якоря. При достижении предельного уровня сигнал задания нв ток якоря ограничивают, что ограничивает уровень искрения на коллекторе; Сигнал задания на максимально допустимый ток якоря с вы:хода регулятора 16 ограничивают с помощью функционального преобразователя

30 (блока нелинейности) и на входе блока 31 сравнения сравнивают с сигналом ,на выходе блока 29 выделения модуля, :пропорциональным модулю гока якоря. . При превышении сигналом, пропорциональным модулю тока якоря, сигнала, пропорционально максимально допустимому зна» чению тока якоря (что связано с нвруше ° .ниями САР.тока якоря}, на выходе блока

31 сравнения появляется сигнал, вызывающий отключение преобразователя 3. При превышении модудем тока якоря некоторого минимального уровня возникает режим прерывистых токов: В этих условиях пороговый элемент 28 становится проводящим и на одном из входов логического элемента И 27 появляется сигнал. При

7 10222 пропорционального частоте,вращения. Сигнал с выхода датчика 7, воздействуя на вход регулятора 1 частоты вращения, вызывает снижение задания на ток якоря.

Разгон якоря 4 приводит также к рос- 5 ту напряжения на нем и, следовательно, к росту сигнала на выходе датчика 9 напряжения на якоре и появлению сигнала пропорционального этому напряжению, на блоке 22 выделения модуля сигнала. Сиг-10 нади с выхода блока 22 выделения модуля сигнала, пропорционапьного напряжению на якоре и блока. 21 выделения модуля сигнала, нропорционального частоте вращения, сравниваются при помощи бло- 15 ков 20 и 41 сравнения. Если сигнал с блока 22 выделения модуля превышает сигнал с блока 21 на величину, .большую допустимого уровня, цо цепит диод 42блок 43 задержки — логический элемент З1

ИЛИ 33 формируется сигнал на срабаты» ванне расцепителя 45 и аварийное отключение автоматического выкпючателя 44, т.е. срабатывает зашита от нарушения якорной цепи. Превышение модулем сиг- i$ нала нв выходе блока 2.1 выделения модуля сигнала на выходе блока 22 при неизменном токе якоря однозначно свя.,зано с величиной ослабления магнитно- . го потока. Поэтому этот сигнал с выхо- щда диода 19 используется как для управ пения работой электродвигателя, так и для формирования сигналов на защитные отключения, С помощью функционального преобразователя 14 (блока нелинейности) и бпо3S ка 13 перемножения, к одному иэ входов которого подводят сигнал с выхода датчика 8 тока якоря, формируется сигнал ддя корректировки магнитного поля электродвигателя. Этот сигнал допбанитедьно

40 обрабатывают цри помощи усилителей 12 и 23 с учетом особенностей действия комйенсационной обмотки 5 и; обмотки

6 добавочных попюсов и подводят соответственно к корректирующим магнитный

4s поток обмотке ll компенсационной обмотки 5 и обмотке 24 добавочных полюсов»

В результате корректируется действие ос новной компенсационной обмотки 5 и основной обмотки 6 добавочных полюсов в 56 функции величины магнитного потока главных полюсов и обеспечивается инвариант ность управления коммутационными процессами.

$$

Сигнал с выхода блока 20 сравненияпри недопустимом оснаблении магнитного потока воздействует через пороговый эле. мент 40 на вход логического элемента .

73 8

ИЛИ 33 и обеспечивает аварийное отключение якоря 4 электродвигателя при нарушении системы регудирования тока возбуждения или ° обрыве в цепи обмотки воэбужйейия, действие этой важной зашиты для достижения необходимого дпя ответственных приводов уровня надежнос-, ти дублируется срабатыванием порогового элемента 34, осушествпяюшего зашитное отключение электродвигателя при превышении модулем сигнала, пропорционального частоте вращения, допустимого уровня.

Регулятор 46 максимадьного тока ограничивает ток якоря в функции парамет-. ров режимов, влияющих на коммутацию. ,Пля этого к входам регулятора 16 напряжения сравнения, являющегося частью регулятора 46, подводят с выхода датчика

9 напряжения. на якоре обработанный с помощью функционального преобразоватедя 1Т (блока нелинейности) сигнвд, пуюнорционвльный напряжению на якоре, и сигнал, функциенвльно связанный с величиной магнитного потока и обработанный при помощи функционального преобразователя 18 (блок нелинейности).

9 102227 превышении модулем сигнала на входе преобразователя 3 модуля сигнала на выходе датчика 9 напряжения, обработанного функциональным преобразователем 26 для учета нелинейности характеристики 3 вход-выход преобразователя 3> на выходе блока 25 сравнения,.a следовательно, на:. втором входе и выходе логического элемента И 27 появляется сигнал. Так как такое соотношение сигналов саиде« тепьствует о нарушении работы преобразователя 3 (например, о неполнофазном режиме), то сигнал с выхода логического. элемента И 27 воздействует на вход логического элемента ИЛИ 33 и вызыва- 1> ет отключение преобразователя 3.

Сигнал, пропорциональный модулю падения напряжения на компенсацйонной обмотке 5 и обмотке 6 добавочных полюсов и выделенный блоком 39 выделения модуля, м содержит две составляющие, первая из которых, медленно меняющаяся, пропорциональна произведению тока якоря на величину активного сопротивления, а вторая составляющая является относительно 25 быстро меняющейся с частотой, большей нескольких герц. Выбор коэффициентов передачи блока 39 выделения модуля ,осуществляют таким образом, чтобы медленно меняющаяся составляющая сигнала

3 10 на его выходе была равна сигналу на выходе блока 29 выделения модуля. Тогда после сравнения сигналов на выходе блоков 39 и 2 9 с помощью блока 38 сравнения на выходе диода 35 появляется сигнал, пропорциональный перегреву обмоток якорной цепи, т.е. этот сигнал однозначно связан с нагревом обмоток якоря 4.

При этом относительно быстро меняющуюся составляющую отфильтровывает конденсатор 36. При опасном перегреве срабатывает пороговый элемент 37, что приводит к отключению преобразователя 3, Таким, образом, обмотки якоря 4 и другие обмотки якорной цепи надежно защищены от перегрева, Технико-экономическими преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с известными является улучшение условий коммутации и повышение надежности электродвигателя за счет многократного использования одних и тех же сигналов, полученных от датчиков. Эти сигналы используются для ограничения регулируемых величин, для сравнения между собой и выработки отключающих воздействий, причем управляющие воздействия используются для управления процессом коммутации на коллекторе.

l022273

ВНИИПИ Заказ 4062/47 Тираж 687 Подписное

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