Способ управления тиристорным электроприводом и устройство для его осуществления

Способ управления тиристорным электроприводом и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистических

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 0401.80 (21) 2865626/24-07

<11879723 (51)M. Кл 3 с присоединением заявки ¹

Н 02 P 5/16

Н 02 Р 13/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 07.1181 Бюллетень М9 41

Дата опубликования описания 071181 . (53) УДК 621. 316. 71 (088. 8) В.В.Аржанов, В.A.Бейнарович, Е.Л.Брагилевсфий, ;"„::»„ . :

Н.П.Кутлер и В. С.Фадеев

Р (72) Авторы изобретения

Научно-исследовательский институт автомат (71) Заявитель и электромеханики при Томском институте авто систем управления и радиоэлектроники а нных (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению автоматизированными электроприводами постоянного тока, и предназначено для управления быстродействующими широкорегулируемыми злектроприводами механизмов подач металлорежущих станков.

Известен способ управления электроприводом постоянного тока, заключающийся в том, что изменение выходного напряжения тиристорного преобразователя осуществляется путем изменения угла управления с помощью сис-. темы импульсно-фазового управления пропорционально входному сигналу, а 15 изменение полярности выходного напряжения обеспечивают путем переключения на второй комплект управляемого выпрямителя I1 j, Недостатком известного способа 20 управления электроприводом.постоянного тока является наличие большой зоны прерывистых токов, существующей в электроприводах 1с малоинерционными двигателями постоянного тока вплоть

25 до номинального значения тока.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления тиристорным электроприводом 21, при котором сравнивают ве- 30 личины сигналов, пропорциональных модулю напряжения на входе системы импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем и модулю напря,жения обратной связи по скорости электродвигателя, и изменяют в зависимости от разности указанных сигна.— лов угол управления тиристорным преобразователем.

Известный способ реализуется устройством, содержащим тиристорный преобразователь с системой импульсно-фазового управлегия, подключенный к электродвигателю постоянного тока электропривода, датчик тока электродвигателя, включенный в цепь нагрузки тиристорного преобразователя, и датчик скорости вращения электродвигателя постоянного тока.

Недостатком данного способа управления тиристорным электроприводом и реализующего его устройства является то, что устранение режима прерывистого тока на низких скоростях вращения при малых нагрузках сопровождается колебаниями угла управления от минимального до максимального значения.

Это приводит к возникновению субгармонических колебаний скорости и

879723 тока, ухудшающих статические характеристики и энергетические показатели электропривода. Возникающие при этом большие пульсации тока и скорости уменьшают диапазон регулирования скорости вращения электродвигателя за счет большой величины положительного статизма в электроприводе. Такая система электропривода требует специальных средств коррекции, снижающих ее динамические показатели.

Целью изобретения является улучшение динамических показателей элейтропривода.

Цель достигается за счет того, что согласно предложенному способу управления электроприводом дополнительно измеряют ток электродвигателями и при отрицательной разности сигналов, пропорциональных модулю напряжения на входе системы импульсно-фазового управления и модулю напряжения

20 обратной связи по скорости электродвигателя, и токах в силовой цепи тиристорного преобразователя, равных нулю, к электродвигателю подключают дополнительный неуправляемый источник питания, а при превышении током электродвигателя заданного значения дополнительный источник питания отключают, замыкая при токах в силовой цепи тиристорного преобразователя, равных нулю, цепь его нагрузки.

Отличается устройство для управления тиристорным электроприводом, тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные с входом системы импульсно-фазового управления регуляторы скорости враще ния и тока электродвигателя, вторые входы которых соединены соответственно с выходами датчиков скорости вращения и тока электродвигатеЛя, датчик состояния тиристоров, входы которого соединены с тиристорами преобразователя, сетевой неуправляемый выпрямитель, три управляемых ключа, два из которых включены по" следовательно между выходными зажимами неуправляемого выпрямителя и ти" ристорного преобразователя, шунтированного третьим управляемым ключом, и блок управления, входы ко" торого соединены с выходами датчиков скорости вращения и тока электродвигателя, состояния тиристоров преобразователя и выходом регулятора тока, а выходы - с управляющими входами указанных ключей, Блок управления составлен из двух выпрямителей, компаратора, релейного элемента, двух схем совпадения и элемента НЕ, причем первый вход компаратора через первый выпрямитель соединен с выходом pery60 лятора тока, второй вход через второй выпрямитель подключен к выходу датчика скорости. вращения, выход ком- 65 паратора соединен с первыми входами схем совпадения, вторые входы которых подключены к выходу датчика состояния тиристоров, третий вход первой схемы совпадения соединен с выходом релейного элемента, вход ко,торого подключен к выходу датчика тока, а выход первой первой схемы совпадения соединен с управляющими входами последовательных ключей и через элемент НŠ— с третьим входом втоРой . схемы совпадения, выход которой соединен с управляющим входом шунтирующего ключа.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для управления электроприводом, на фиг. 2 — функциональная схема блока управления; на фиГ. 3 — временная диаграмма работы электропривода. устройство содержит систему 1 (фиг. 1) импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем

2, -нагруженным на электродвигатель

3 с последовательным шунтом 4, соединенным с входом датчика 5 тока электродвигателя, датчик 6 скорости вращения электродвигателя, последовательно соединенные с входом системы 1 импульсно-фазового управления, регуляторы 7 и 8 скорости вращения и тока электродвигателя соответственно, вторые входы которых соединены с.выходами датчиков скорости вращения и .тока электродвигателя, три управляемых ключа 9, 10, 11, датчик 12 состояния тиристоров, трехфазный неуправляемый выпрямитель

13 и блок 14 (фиг. 2) управления, причем выход регулятора 8 подключен к входу системы 1 импульсно-фазового управления и к первому входу блока

14, к второму входу которого подсоединен датчик 6, к третьему входу подключен датчик 5.К четвертому входу блока 14 подсоединен выход датчика 12 состояния тиристоров, три входа которого подключены к фазам питающей сети переменного тока,а четвертый вход подсоединен к общему соединению катодной группы тиристорного преобразователя 2, при этом два выхода блока 14 связаны с входами управляемых ключей 9, 10, введенных в цепь между полюсами якоря электродвигателя 3 и трехфазным неуправляемым выпрямителем 13, а третий выход блока 14 подключен к входу управляемого ключа 11, шунтирующего выход тиристорного преобразователя 2.

Блок 14 управления состоит из двух выпрямителей 15, 16 (фиг. 2) компаратора 17, двух схем совпадения 18, 19, элемента НЕ 20, релейного элемента

21, причем первый вход компаратора

17 через первый выпрямитель 15 соединен со входом системы 1 импульснофазового управления, второй вход через второй выпрямитель 16 подключен

879723

Устройство, реализующее данный способ, функционирует следующим образом.

Последовательное соединение регулятора 7 скорости вращения, регулятора 8 тока, системы 1 импульсно-фазового управления, тиристорного 60 преобразователя 2, электродвигателя

3, датчика 5 тока и датчика 6 скорости вращения представляет собой двухконтурную систему подчиненного регулирования. 65

55 к выходу датчика 6 скорости вращения, а выход компаратора 17 соединен с первыми входами схем совпадения 18, 19, вторые входы которых подключены к датчику 12 состояния тиристоров, третий вход первой схемы совпадения 18 подсоединен к выходу релейного элемента 21, вход которого подключен к вы оду датчика 5, выход первой схемы совпадения 18 соединен с управляющими входами ключей 9, 10 и через элемент НЕ 20 — с третьим входом второй схемы совпадения 19, выход которой соединен с управляющим входом ключа 11.

Способ управления тиристорным электроприводом заключается в сле- 1S дующем.

В &лектроприводе с тиристорным преобразователем с импульсно-фазовым управлением происходит сравнение сигналов, пропорциональных модулю нап- gQ ряжения на гходе тиристорного преобразователя и модулю ЭДС электродвигателя. При положительном знаке разности между этими сигналами включают тиристорный преобразователь, а при отрицательном знаке разности между этими сигналами и уменьшении тока силовой цепи тиристорного преобразователя до нуля заполняют паузы тока тиристорного преобразователя в режиме прерывистого тока током дополнительного источника постоянного тока. При достижении током якоря электродвигателя уровня уставки тока, протекающего под действием ЭДС дополнительного источника постоянного тока, отключают упомянутый источник постоянного тока и заполняют паузы тока тиристорного преобразователя током, протекающим под действием ЭДС самоиндукции якоря 4О электродвигателя. Величина тока уставки составляет 10-15Ъ от номинального тока электродвигателя. Суммарный ток якоря электродвигателя носит непрерывный характер, т.е. в тирис- 45 торном электроприводе с указанным .способом управления исключается режим прерывистого тока и улучшаются динамические характеристики тиристорного электропривода. При этом в 50 электроприводе не возникают субгармонические колебания тока и скорос-ти.

На вход компаратора 17 предназначенного для определения соотноше ния 0ВХ17 > 08Х47 или 03 <7 àU 17 х вх л (фиг. 3), подаются два сигнала: первый — с выхода регулятора 8 тока через первый выпрямитель 15, осуществляющий получение по модулю входного сигнала системы 1 импульсно-фазового управления -)U Я j 08 47

ЭХ и второй — с выхода датчика 6 скорости вращения электродвигателя через второй выпрямитель 16, осуществляющий получение по модулю сигнала, пропорционального скорости вращения электродвигателя 3, — 08 44 U g@ 47@

Если 08„)7„> 08„ 7 то Режима пРерывистого тока нет и на выходе компаратора 17 сигнал "0", а если 08 17

0Вх f7<, то возможен режим прерывйстого тока и на выходе компаратора 17 сигнал "1" ° Выходной сигнал компаратора 17 поступает на первые входы схем совпадения 18, 19. На вторые входы схем совпадения 18, 19 поступает сигнал с датчика 12 состояния тирис торов, осуществляющий определение состояния тиристорного преобразователя 2: либо в открытом состоянии находится какой-либо тиристор и ток протекает через электродвигатель 3, либо тиристоры в закрытом состоянии и тока через электродвигатель 3 нет.

При этом, когда тиристорный преобразователь 2 закрыт, на выходе датчика 12 состояния тиристоров сигнал

-"1", а когда какой-либо тиристор тиристорного преобразователя 2 открыт, сигнал на выходе датчика 12 состояния тиристоров "0". На третий вход первой схемы совпадения 18 подается сигнал с релейного элемента 21, выдающий сигнал "0" при превышении тока якоря электродвигателя 3 уровня уставки, и сигнал "1", если ток якоря электродвигателя 3 меньше уровня уставки. Выходной сигнал схемы совпадения 08ЫХ q4< и 08ых 14 подается на управляемые ключи 9 и 10, осуществляющие подключение к якорю электродвигателя 3 трехфазного неуправляемого выпрямителя 13. Выход схемы совпадения 18 подключен также к третьему входу схемы совпадения

19 через элемент НЕ 20, осуществляющий инвертирование выходного сигнала схемы совпадения 18. Сигнал с выхода второй схемы совпадения 19

0, ХЯ подается на управляемый ключ

11, шунтирующий выход преобразователя 2. В режиме прерывистого. тока в моменты отсутствия тока через электродвигатель 3 на выходе компаратора 17,датчика 12 состояния тиристоров и релейного элемента 21 сигналы соответствуют "1" и управляемые ключи 9 и 10 открываются и подключают трехфазный выпрямитель 13 к якорю электродвигателя 3. Ток через якорь электродвигателя 3 начинает нарас879723 тать. В это же время с выхода первой схемы совпадения 18 сигнал "1" подается на вход элемента НЕ 20, а на его выходе при этом сигнал "0", управляемый ключ 11 закрыт. Как только ток якоря электродвигателя 3, протекающий под действием напряжения трехфазного неуправляемого выпрямителя 13, достигает уровня уставки

3ggg, составляющей 10-15% от номинального тока якоря электродвигателя ! 10

3, на выходе релейного элемента 21 возникает сигнал "0", поступающий на третий вход схемы совпадения 18.

При этом на выходе схемы совпадения

18 сигнал "0" и управляемые ключи

9 и 10 закрываются. На третий вход второй схемы совпадения 19 поступает "1" через элемент НЕ 20 и на выходе схемы совпадения 19 сигнал "1".

При этом управляемый ключ 11 включается и ток якоря электродвигателя 10

3, протекающий под действием ЭДС самоиндукции, спадает до нуля. И так процесс циклически повторяется до того момента, когда кончается бестоковая пауза в режиме преРывистого 5 тока, т,е. либо .сигнал на выходе датчика 12 состояния тиристоров "0", либо сигнал на выходе компаратора

17 "0". При этом на выходе схем совпадения 18, 19 сигналы "0" и управляемые ключи 9, 10, 11 закрываются.

На фиг. За показано выходное напряжение тиристорного преобразователя 2, На фиг. 3 б показан ток 3Л, протекающий под действием ЭДС тиристорного З5 преобразователя 2. В моменты времени

Сй- 6, 7 - сЛЛ возникает бестоковая пауза в режиме прерывистого тока.

При этом в моменты времени t < - t, ф 5 ° 1 t8> 9 "ЛО Л2 1Э еЛ и так далее на выходе первой схемы совпадения 18 сигнал "1", включаются управляемые ключи 9, 10 и ток

3g якоря электродвигателя 3 (фиг.Зд) начинает протекать под действием напряжения трехфазного неуправляемого 45 выпрямителя 13. При этом на выходе второй схемы совпадения 19 сигнал

"0" и управляемый ключ 10 закрыт,Как только ток Д < достигает уровня уставки З - (в моменты времени

8 ло слэ tл5 " т.Д.) сигнал на выходе первой схемы совпадения 18

"0" и управляемые ключи 9, 10 закрываются. При этом в моменты времени 3 "4 t8 t6 8 "9 ло-слл, тли Л4 55

tqg - tq и так далее на выходе второй схемы совпадения 19 сигнал "1", и включен управляемый ключ 11, а ток

3, протекающий под действием ЭДС самоиндукции, спадает до нуля (фиг.

Зе). Суммарный ток 3, якоря электро- 60 двигателя 3 (фиг. Зж) получается непрерывным и устраняется режим прерывистого тока, не внося субгармонических колебаний скорости вращения и тока. 65

Данное устройство может быть выполнено на различных известных элементах, широко применяемых в современной науке и технике. Так, регуляторы 7, 8 скорости вращения и тока электродвигателя целесообразней выполнять пропорционально-интегральными °

Быстродействующий электропривод постоянного тока, выполненный по данному способу управления, имеет высокие динамические свойства за счет исключения режима прерывистых токов и снижения влияния субгармонических колебаний скорости и тока,а именно большую величину полосы пропускания электропривода и большой диапазон регулирования скорости вращения за счет уменьшения положительного статизма, достигаемый за счет увеличения в

2 раза частоты пульсации тока якоря электродвигателя и снижения при этом суммарной амплитуды пульсации тока и скорости электродвигателя.

Формула изобретения

1. Способ управления тиристорным электроприводом, при котором сравнивают величины сигналов, пропорциональных модулю напряжения на входе системы импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем и модулю напряжения обратной связи по скорости вращения электродвигателй, и изменяют в зависимости от разности указанных сигналов угол управления тиристорным преобразователем, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических показателей электропривода, дополнительно измеряют ток электродвигателя и при отрицательной разности указанных сигналов и токах в силовой цепи тиристорного преобразователя, равных нулю, к электродвигателю подключают дополнительный неуправляемый источник питания, а при превышении током электродвигателя заданного значения дополнительный источник питания отключают, замыкая при токах в силовой цепи тиристорного преобразователя, равных нулю, цепь его нагрузки.

2. Устройство для управления тиристорным электроприводом, содержащее тиристорный преобразователь с системой импульсно-фазового управления на входе подключенный к электродвигателю постоянного тока электропривода, датчик тока и датчик скорости вращения электродвигателя постоянного тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических показателей электропривода, в него дополнительно введены последовательно соединенные с входом системы импульсно-фазового управле879723

10 ния регулятора скорости вращения и тока электродвигателя, вторые входы которых соединены соотсетственно с выходами датчиков скорости вращения и тока электродвигателя, датчик сос1 тояния тиристоров, входы которого соединены с тиристорами преобразователя, световой неуправляемый выпрями тель, три управляемых ключа, два из которых включены последовательно между выходными зажимами неуправляемого выпрямителя и тиристорного преобразователя, шунтированного третьим управляемым ключом,и блок управления, входы которого соединены с выходами датчиков скорости вращения и тока электродвигателя, состояния тиристоров преобразователя и выходом регулятора тока, а выходы — с управляющими входами указанных ключей.

3. Устройство по п. 2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, блок управления составлен из двух выпрямителей, компаратора, релейного элемента, двух схем совпадения и элемента

НЕ, причем первый вход компаратора через первый выпрямитель соединен с выходом регулятора тока, второй— через второй выпрямитель подключен к выходу датчика скорости вращения, выход компаратора соединен с первыми входами схем совпадения, вторые входы которых подключены к выходу датчика состояния тиристоров, третий вход первой схемы совпадения соединен с выходом релейного элемента, вход которого подключен к выходу датчика тока электродвигателя постоянного тока, а выход первой схемы совпадения соединен с управляющими входами последовательных ключей и через элемент HE — с третьим входом второй схемы совпадения, выход ico15 торой соединен с управляемым входом шунтирующего ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Щ 1. Каган В.Г,, Качубевский Ф.Д., Шугрин В.М, Нелинейные системы с тиристорами. М., "Энергия", 1968 с. 22-27.

2. Авторское свидетельство СССР

9 484615, кл. Н 02 P 13/16, 1972.

879723

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 г1 gi гФ а 8r 44 4 я 1б

Фж. J

Составитель В.Самохин

Редактор T.Ýàãðåáåëüíàÿ Техред А.Бабинец

Заказ 9737/26 Тираж 733

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор Ю.Иакаренко

Подписное