Тиристорный электропривод постоянного тока с микропроцессорным управлением

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к областям автоматизированного электропривода и преобразовательной техники. Устройство содержит электродвигатель, соединенный соответственно с якорным тиристорным преобразователем и тиристорным возбудителем, силовые входы которых подключены к питающей сети, а их управляющие входы через импульсные трансформаторы соединены с выходами блока микропроцессорного управления, входы которого подключены к выходам датчиков контролируемых величин электропривода, к аналоговому тахогенератору и к пульту управления, аналоговый регулятор скорости, входы которого подключены соответственно к тахогенератору и аналоговому выходу пульта управления, а выход - к аналоговому входу микропроцессорного блока управления, при этом цифровой вход последнего соединен с цифровым выходом пульта управления. В устройстве аналоговый регулятор скорости может выполняться программируемым с управлением от блока микропроцессорного управления.

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к областям автоматизированного электропривода и преобразовательной техники.

Известен электропривод с микропроцессорной системой управления (МПСУ) тиристорным электроприводом [1], содержащий тиристорный преобразователь, МПСУ, датчики регулируемых величин (тока, скорости двигателя и др.) и пульт управления. В МПСУ реализуются система импульсно-фазового регулирования угла управления тиристорного преобразователя, регуляторы тока и скорости, устройства раздельного управления комплектами тиристоров преобразователя и устройства защиты. В качестве датчика скорости используется аналоговый тахогенератор, подключенный к МПСУ через АЦП.

Недостатком данного устройства является ограниченный диапазон регулирования минимальной скорости двигателя, который имеет место из-за недостаточной точности измерения при помощи АЦП сигналов низкого уровня, например, 1-10 мВ.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению и взятым за прототип является тиристорный электропривод по [2]. Функциональная схема данного электропривода приведена в [2] на стр.174. Здесь реверсивный тиристорный преобразователь ТП подключен к сети и

двигателю постоянного тока М через датчик тока ДТ. Микропроцессорная система обеспечивает регулирование угла управления ТП, тока i и скорости двигателя n, а также выбор работающей группы тиристоров. Управление скоростью двигателя осуществляется с пульта, в качестве датчика скорости используется аналоговый тахогенератор BR, подключенный к микропроцессору через блок преобразования «напряжение-код» ПНК (или АЦП).

Недостаток прототипа заключается в ограниченном диапазоне регулирования минимальной скорости, обусловленной погрешностью блока ПНК при измерении малых сигналов, что ухудшает статические характеристики электропривода. Например, для стандартного тахогенератора типа ТП-80, имеющего выходное напряжение 20 В при скорости 1000 об/мин и погрешности ПНК в 10 мВ, ориентировочно имеем минимальное измеряемое напряжение тахогенератора с погрешностью 10%

Этому напряжению в данном примере соответствует предельная минимальная скорость двигателя

Ниже значения n_мин скорость не может регулироваться с требуемой точностью. Однако в системах широкорегулируемого электропривода

требуются более низкие скорости, например, n_мин0,1 об/мин. Это принципиально невозможно получить в данном случае.

Технический результат заявляемого решения - улучшение статических характеристик электропривода.

Технический результат достигается тем, что в тиристорный электропривод постоянного тока с микропроцессорным управлением, содержащий электродвигатель, соединенный соответственно с якорным тиристорным преобразователем и тиристорным возбудителем, силовые входы которых подключены к питающей сети, а их управляющие входы через импульсные трансформаторы соединены с выходами блока микропроцессорного управления, входы которого подключены к выходам датчиков контролируемых параметров электропривода, к аналоговому тахогенератору и к пульту управления, дополнительно введен внешний аналоговый регулятор скорости, входы которого подключены соответственно к тахогенератору и аналоговому выходу пульта управления, а выход - к аналоговому входу блока микропроцессорного управления, при этом цифровой вход последнего соединен с цифровым выходом пульта управления. В устройстве аналоговый регулятор скорости может выполняться программируемым с управлением от микропроцессорного блока.

Отличительной особенностью полезной модели является то, что улучшение статических характеристик электропривода достигается за счет подключения к блоку микропроцессорного управления и пульту управления

аналогового регулятора скорости, который обеспечивает качественное регулирование скорости при широком изменении входных сигналов до 0,1 мВ.

На фиг.1 приведена схема заявляемого устройства, где приняты следующие обозначения:

1 - электродвигатель;

2 - обмотка возбуждения электродвигателя;

3 - якорный тиристорный преобразователь;

4 - тиристорный преобразователь для питания обмотки возбуждения электродвигателя (тиристорный возбудитель);

5, 6 - импульсные трансформаторы;

7 - датчики контролируемых параметров электропривода;

8, 9 - датчики тока соответственно якорного преобразователя и тиристорного возбудителя;

10 - датчик проводимости тиристоров преобразователя 3 (только в реверсивных электроприводах);

11, 13 - датчики температуры соответственно тиристоров преобразователя 3 и якоря двигателя 1;

12 - датчик напряжения;

14 - блок микропроцессорного управления, имеющий управляющие входы «Упр. вх.1» - для ввода аналогового сигнала и «Упр. вх.2» - для цифрового сигнала;

15 - внешний аналоговый регулятор скорости, например, пропорционально-интегрального типа, который может быть программируемым;

16 - аналоговый тахогенератор;

17 - пульт управления с выходами U_з и i _з.в;

U_з - задающее напряжение, величина и знак которого определяют уровень скорости и направление вращения электродвигателя;

U_рс - аналоговый сигнал с выхода внешнего регулятора скорости 15;

i_з.в - задающий сигнал в цифровой форме, определяющий ток возбуждения электродвигателя.

На фиг.2 приведена одна из возможных функциональных схем блока микропроцессорного управления 14 применительно к нереверсивному электроприводу, выполненная на программном уровне, где:

18, 19 - система импульсно-фазового управления соответственно преобразователей 3 и 4;

20, 21 - регуляторы тока соответственно якоря и обмотки возбуждения;

22-25 - аналогово-цифровые преобразователи (АЦП) выходных сигналов соответственно регулятора скорости 15 и датчиков контролируемых параметров электропривода 7;

26 - устройство защиты, на вход которого подаются сигналы с соответствующих АЦП.

Для реверсивного электропривода функциональная схема блока 14 дополняется устройством раздельного управления реверсивным якорным тиристорным преобразователем 3 и др. вспомогательными узлами.

В предлагаемом устройстве якорь электродвигателя 1, имеющего обмотку возбуждения 2, подсоединен к якорному тиристорному преобразователю 3, а обмотка возбуждения - к тиристорному возбудителю 4, тиристорные преобразователи 3, 4 подключены к питающей сети, входные цепи тиристоров через соответствующие импульсные трансформаторы 5 и 6 подсоединены к выходам блока микропроцессорного управления 14, входы которого соединены с выходами датчиков контролируемых параметров тока 8, 9, проводимости тиристоров 10, температуры 11, 13 и напряжения 12, управляющий вход блока микропроцессорного управления 14 соединен с выходом внешнего аналогового регулятора скорости 15, входы которого подключены к аналоговому тахогенератору 16 и к аналоговому выходу пульта управления 17, цифровой выход пульта 17 подключен к цифровому входу блока микропроцессорного управления.

Устройство (фиг.1, фиг.2) работает следующим образом.

На входы аналогового регулятора скорости 15 подаются сигналы с пульта управления 17 и аналогового тахогенератора 16. С пульта управления подается напряжение U_з , задающее величину скорости двигателя и его направление вращения. Напряжение на выходе тахогенератора U_BR соответствует истинной скорости вращения двигателя. Напряжение на выходе регулятора скорости

где к - коэффициент передачи;

Т - постоянная интегрирования, является сигналом задания тока двигателя и подается на управляющий вход 1 блока микропроцессорного управления 14. На цифровой управляющий вход 2 блока микропроцессорного управления подается задание тока возбуждения двигателя i _з.в с выхода пульта управления. Выходной сигнал U _PC и аналоговые сигналы контролируемых параметров электропривода преобразуются в цифровой вид с помощью соответствующих АЦП 22-25.

Блок микропроцессорного управления на программном уровне выполняет следующие рабочие алгоритмы управления:

- по сигналам задания тока возбуждения i_з.в и датчика тока 9 тиристорного возбудителя 4 выполняет алгоритм пропорционально-интегрального регулятора тока возбуждения двигателя 21 и системы импульсно-фазового управления 19. Выходные сигналы системы 19 (управляющие импульсы) подаются на тиристорный преобразователь 4 через импульсные трансформаторы 6. В результате ток возбуждения двигателя устанавливается на уровне заданного i_з.в с нулевой статической ошибкой;

- по сигналам с выхода аналогового регулятора скорости U_PC и датчика тока 8 якорного тиристорного преобразователя 3 выполняет алгоритм пропорционально-интегрального регулятора тока якоря двигателя 20 и системы импульсно-фазового управления 18. Выходные сигналы

системы 18 подаются на якорный преобразователь 3 и в обмотке якоря устанавливается ток на уровне заданного U_PC с нулевой статической ошибкой.

В целом аналоговый регулятор скорости и программный регулятор тока обеспечивают высокое качество статических характеристик электропривода, как в области сверхмалых, так и больших скоростей. Данный результат достигается за счет эффективного аналогово-цифрового управления электропривода, при котором аналоговый регулятор скорости обеспечивает высокую точность ошибки отклонения по скорости, а программный регулятор тока - высокое качество регулирования тока двигателя с учетом специфических свойств тиристорного преобразователя: полууправляемость, нелинейность и дискретность управления.

Регулятор тока возбуждения обеспечивает постоянство тока возбуждения двигателя в однозонном электроприводе и изменяющий ток возбуждения в двухзонном электроприводе.

Программный блок защиты 26 выполняет алгоритм защитного отключения электропривода при аварийных ситуациях, таких, как короткое замыкание, превышение максимальной или заданной скорости вращения, перегрев двигателя или преобразователя и др. При этом используются соответствующие датчики тока, напряжения и температуры и АЦП для преобразования аналоговых сигналов в цифровой вид.

Следует отметить, что при отсутствии аналогового регулятора скорости и замене его аналогом в программном виде электропривод будет

иметь меньший диапазон регулирования скорости и худшие статические характеристики, как это имеет место в прототипе.

Для обеспечения функции самонастройки электропривода в устройстве может использоваться аналоговый программируемый регулятор скорости с входами установки величины коэффициента передачи и постоянной интегрирования с управлением от микропроцессорного блока управления.

Источники известности:

[1] В.Г.Файнштейн, Е.Г.Файнштейн. Микропроцессорные системы управления тиристорными электроприводами. М: Энергоатомиздат, 1986, 240 с.

[2] В.М.Перельмутер, В.А.Сидоренко. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока. М: Энергоатомиздат, 1988, 303 с.

1. Тиристорный электропривод постоянного тока с микропроцессорным управлением, содержащий электродвигатель, соединенный соответственно с якорным преобразователем и тиристорным возбудителем, силовые входы которых подключены к питающей сети, а их управляющие входы через импульсные трансформаторы соединены с выходами блока микропроцессорного управления, входы которого подключены к выходам датчиков контролируемых величин электропривода, к аналоговому тахогенератору и к пульту управления, отличающийся тем, что в него дополнительно введен внешний аналоговый регулятор скорости, входы которого подключены соответственно к тахогенератору и аналоговому выходу пульта управления, а выход - к аналоговому входу блока микропроцессорного управления, при этом цифровой вход последнего соединен с цифровым выходом пульта управления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем используется аналоговый программируемый регулятор скорости с управлением от блока микропроцессорного управления.