Электропривод постоянного тока с минимизацией потерь в двигателе

Электропривод постоянного тока с минимизацией потерь в двигателе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз С,зветскнх

Социалистических

Реслублнк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 17.02.77 (21) 2452840/24 — 07 с присоединением зяавки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

Н 02 P 5/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий .

Опубликовано 15.05.79. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 20.05.79 (53) УДК 661.316. .718.5 (088.8) В. Л. Кацевич, С. Д. Муллаканд, А. А. Никольский и В, И. Чулин (72) Авторы изобретения

Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА С МИНИМИЗАЦИЕЙ

ПОТЕРЬ В ДВИГАТЕЛЕ

Изобретение относится к области регулируемого электропривода постоянного тока и может быть использовано в электроприводах различных мощных машин и механизмов, для которых характерны преимущественно статические режимы работы, например, в электроприводах непрерывных прокатных станов, электроприводах тягодутьевых устройств, аэродинамических труб, в судовых и в транспортных электроприводах.

Применение предлагаемого электропривода позволит уменьшить потери электроэнергии и повысить производительность механизмов.

Известен вентильный электроприводпостоянного тока с двухзонным регулированием скорости, содержащий регулятор угла управления вентилями, охваченный цепью обратной связи через блок ограничения с характеристикой типа «зона нечувствительности» и регулятор возбуждения двигателя, причем выход блока ограничения угла управления соединен со входом регулятора возбуждения 11).

В известном электроприводе весь диапазон регулирования разделен на зоны, в каждой из которых регулирование ведется по одному каналу: или напряжением в якорной цепи при скорости ниже основной, или возбуждением при скорости выше основной.

Вместе с тем, минимум потерь в двигателе во всех режимах работы может быть достигнут лишь при одновременном регулировании привода потоком возбуждения и напряжением. Минимум потерь в двигателе при заданной скорости и некотором моменте статистического сопротивления на валу будет достигаться при выполнении условия: йл+,(4 ).К Q +й >+(Iайв) =О, где <в — угловая скорость, с ; (г)

1и — ток в якорной цепи двигателя, А;

R — внутреннее сопротивление якорной цепи двигателя;

G< (в ) —, переменный коэффициент, характеризующий зависимость потерь в стали от скорости гп G (((y ) = Q Рр.р /К 2 ф

К вЂ” конструктивный коэффициент двигателя; Р— поток возбуждения двигателя, Вб;

h Р т — потери в стали двигателя, Вт;

663052 разам.

1в — ток возбуждения двигателя, А;

Rs — сопротивление обмотки возбуждения двигателя, Ом.

Для линейного участка кривой намагничивания 1в = f (@) справедливо более простое, линейное условие минимума потерь в двигателе

Ку =1Я д/ г(), (2) где (4 (а ) = (i (cu ) + R s К, /К а К =(а- в ) g o

Наиболее близким по технической сущи ности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является электропривод постоянного тока с минимизацией потерь электроэнергии, содержащий датчики тока возбуждения и напряжения на якоре, последовательно соединенные датчик скорости, функциональный преобразователь, блок перемножения с подключенным к его второму входу датчиком тока якоря, ограничитель сигнала и включенный на его выходе регулятор возбуждения, выполненный как регулятор потока с датчиком потока, а ко входу регулятора возбуждения через элемент с зоной нечувствительности подключен выход датчика напряжения на якоре (2).

К недостаткам этого электропривода следует отнести необходимость в специальном сложном датчике потока возбуждения, который нужен для работы регулятора потока возбуждения, а также невысокую точность минимизации потерь в двигателе, связанную с приближенной, линейной (по формуле (2))аппроксимацией нелинейных (в общем случае по формуле (1) ) оптимальных соотношений между током и потоком возбуждения, которая реализуется в данном электроприводе.

Цель изобретения — упрощение элек3$ тропривода и повышение точности минимизации потерь энергии.

Для достижения указанной цели в электроприводе, включающем датчики тока возбуждения и напряжения на якоре, последовательно соединенные датчик скорости, функ- 40 циональный преобразователь, блок перемножения с подключенным к его второму входу датчиком тока якоря, а так же регулятор возбуждения, ко входу регулятора возбуждения подключен блок интегрирования с

45 тремя входами, которые соединены соответственно с выходом блока перемножения, с выходом датчика напряжения на якоре и с выходом датчика тока возбуждения.

Такое выполнение электропривода позволяет обеспечить существенно более точ- so ную, чем линейная, аппроксимацию опти мальных нелинейных соотношений между током в якорной цепи и потоком возбуждения, весьма близко приближающуюся к выполнению точного условия минимума потерь (1), а также исключить необходимость использования сравнительно сложного датчика потока возбуждения. Регулятор возбуждения в этом случае может быть выполнен проще, например как регулятор тока возбуждения. Возможно также использование разомкнутой системы регулирования возбуждения.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого электропривода; на фиг. 2 — соотношения между якорным током и потоком возбуждения.

В схему включены датчик скорости 1, функциональный преобразователь 2, блок перемножения 3> блок 4 интегрирования стремя входами 4, регулятор возбуждения 5, датчик 6 тока якоря 6, датчик 7 тока возбуждения 7, датчик 8 напряжения на якоре 8. Ki, К, Кз — коэффициенты интегрирования по входам блока интегрирования.

Все элементы предполагаемого электропривода являются обычными элементами аналоговой техники, широко используемыми в современных электроприводах.

На фиг. 2 кривые 9 и 10 являются оптимальными по минимуму потерь в двигателе соотношениями между якорным током 1я и потоком возбуждения ф; полученными из условия (1). Кривые 11 и .12 соответствуют приближенному линейному условию минимума потерь (2). Кривые 13 и 14 аппраксимируют оптимальные кривые 9 и 10 и представляют собой соотношения между током якоря и потоком возбуждения, которые имеют место в предлагаемом электроприводе при некотором выборе коэффициентов К, и Кз, Предлагаемый электропривод содержит последовательно соединенные датчик скорости 1, функциональный преобразователь 2, блок перемножения 3, соединенный своим. вторым входом с датчиком тока якоря 6, к выходу блока перемножения 3, подключенный первым входом блок интегрирования 4 с тремя входами, и регулятор возбуждения 5.

Блок интегрирования 4 подключен своим вторым входом к выходу датчика 8 напряжения на якоре двигателя, а третий его вход связан с датчиком 7 тока возбуждения;

Электропривод работает следующим обСигнал с датчика скорости поступает на вход функционального преобразователя 2, предназначенного для воспроизведения нелинейной функции скорости G3(ю )..

Блок перемножения 3 осуществляет непрерывное перемножение двух сигналов — поступающего от датчика 6 тока якоря и поступающего от функционального преобразователя 2. На выходе блока перемножения при этом формируется сигнал бз (а ) I ÿ, поступающий со знаком плюс и с коэффициентом К1 на первый вход блока интегрирования 4. На второй его вход со знаком минус и с коэффициентом К поступает с датчика 8 сигнал, пропорциональный напряжению U, приложенному к якорю двигателя, а на его третий вход со знаком минус

6630 (К /K<)- со <

6з(гл> - (К $„/К ) и д

Формула изобретения ином

@vs. 7

ЦН ИИ П И Заказ 2723/57 Тираж 856 Подписное

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 н с коэффициентом Ка поступает сигнал, пропорциональный току возбуждения двигателя 1 в от датчика 7.

Очевидно, что при наличии блока интегрирования установившийся режим в электроприводе возможен лишь при равенстве нулю алгебраической суммы всех поступающих на блок интегрирования сигналов, т. е. при выполнении условия: з(со) 1я К вЂ” U Кг — Is. Кз =0. (3)

Учитывая, что напряжение на якоре двигателя в установившемся режиме равно

1-1=К4 го +1я Йд, из формулы (3) получается следующая зависимость якорного тока 1 я от потока возбуждения ф, реализующаяся в предлагаемом электроприводе в установившемся режиме: 4S

+ <к,/к i

G з (.с >) — (, К«./К<) ° Rд

= А (со ) ° Ф + В (со ) . 1 в (Ф ) . (4)

Из последней формулы видно, что в предлагаемом приводе обеспечивается аппроксимация оптимальных соотношений между током и потоком возбуждения, которая сочетает в себе возможности линейной и нелинейной аппроксимации.

Обращает на себя внимание большое сходство оптимальных зависимостей . тока зо в якоре от потока возбуждения, рассчитанных по условию (1) (кривые 9 и 10 на фиг. 2) с кривой намагничивания двигателя Is (ф). Это явление, отражающее нормальный характер связи кривой намагничивания и оптимальных кривых I„ = — Ц<ро„,), $$ показывает, что нелинейная аппроксимация оптимальных зависимостей I оп« = f (Роя ), достигаемая в предлагаемом электроприводе (формула (4), может иметь значитель52

6 но большую точность, чем простая линейная аппроксимация этих соотношений по формуле (2) . Точность аппроксимации зависит от выбора коэффициентов Ki К и Кз.

В предлагаемом электроприводе при соответствующем выборе коэффициентов интегрирования поддерживается минимальное значение потерь в двигателе во всем диапазоне изменения тоКа якоря и потока возбуждения. Использование предлагаемого электропривода постоянного тока может дать значительный экономический эффект, возрастающий с ростом единичной мощности электропривода. При этом эффект достигается либо за счет снижения расхода электроэнергии, либо за счет возможного повышения производительности механизма.

Электропривод постоянного тока с минцмизацией потерь в двигателе, содержащий датчики тока возбуждения и напряжения на якоре, последовательно соединенные датчик скорости, функциональный преобразователь и блок перемножения с подключенным к его второму входу датчиком тока якоря, а также регулятор возбуждения, отлйнающийся тем, что, с целью повышения точности минимизации потерь электроэнергии и упрощения электропривода ко входу регулятора возбуждения подключен блок интегрирования с тремя модами, которые соединены соответственно с выходом блока перемножения, с выходом датчика напряжения на якоре и с выходом датчика тока возбуждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 388336, кл. Н 02 P 5/06, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР № 388338, кл. Н 02 P 5/06, 1969.