Система автоматического регулирования скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения, построенная по принципу подчиненного регулирования параметров

Полезная модель относится к электромеханическим системам, и в частности, к системам стабилизации скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения, построенным по принципу подчиненного регулирования параметров и может быть использована для повышения точности поддержании скорости двигателя как в статических, так и динамических режимах работы при одновременном расширении функциональных возможностей системы.

Целью изобретения является повышение точности поддержания скорости двигателя как в статических, так и динамических режимах при одновременном расширении функциональных возможностей системы.

Система автоматического регулирования скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения построенная по принципу подчиненного регулирования параметров со скоростным и токовым контурами содержит задающее устройство, два устройства сравнения, регулятор скорости, регулятор тока, тиристорный преобразователь, звено якорной цепи двигателя, звено механической части двигателя, датчик тока двигателя, вал которого сочленен с датчиком скорости двигателя, выход которого подключен ко второму входу первого устройства сравнения, первый вход которого соединен с задающим устройством, выход первого устройства сравнения связан со входом регулятора скорости, выход которого подключен к первому входу второго устройства сравнения, второй вход которого подсоединен к выходу датчика тока, вход которого соединен с выходом звена якорной цепи двигателя, выход второго устройства сравнения подключен ко входу регулятора тока, выход звена якорного тока связан со входом механической части двигателя, выходом которого является скорость двигателя, выход тиристорного преобразователя подключен ко входу звена якорной цепи двигателя. Для достижении поставленной цели в нее дополнительно введены апериодическое звено, интегратор, три операционных усилителя, причем вход первого операционного усилителя с единичным коэффициентом усиления связан с выходом регулятора тока, выход первого операционного усилителя соединен с первым входом второго операционного усилителя, выход которого подключен ко входу тиристорного преобразователя, выход регулятора тока через интегратор с постоянной времени равной механической постоянной времени двигателя подсоединен ко входу апериодического звена с постоянной времени равной электромагнитной постоянной времени, а выход через третий операционный усилитель с единичным коэффициентом усиления подключен ко второму входу второго операционного усилителя.

Полезная модель относится к электромеханическим системам, и в частности, к системам стабилизации скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения, построенным по принципу подчиненного регулирования параметров и может быть использована для повышения точности поддержании скорости двигателя как в статических, так и динамических режимах работы при одновременном расширении функциональных возможностей системы.

Известны (Л.1) системы стабилизации скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения, построенные по принципу подчиненного регулирования параметров. Система содержит функционально необходимые блоки: задающее устройство, регулятор скорости, регулятор тока, тиристорный преобразователь, апериодическое звено якорной цепи электродвигателя постоянного тока, интегрирующее звено представляющее механическую часть электропривода, датчик якорного тока, датчик скорости. Недостатком этой системы является то, что она построена без учета обратной связи по противоэ.д.с. двигателя, что ограничивает точность поддержания скорости электропривода как в статических, так и динамических режимах. В связи с этим, кроме того, система построенная по этому принципу имеет ограниченные функциональные возможности.

Известна система (Л.2) принятая авторами за прототип, поскольку она наиболее близка к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту. Система содержит первое устройство сравнения осуществляющее обратную отрицательную связь по скорости, для чего его входы соответственно связаны с устройством задания скорости электропривода и датчиком скорости, связанным механически с валом приводного электродвигателя. Выход первого устройства сравнения через регулятор скорости подключен к первому входу второго устройства сравнения, на второй вход которого подается сигнал с датчика тока двигателя. Выход второго устройства сравнения через регулятор тока управляет силовым вентильным преобразователем, к выходу которого подключена якорная цепь электродвигателя, описываемая апериодическим звеном. Механическая связь системы - якорный ток машины - скорость вращения описывается интегрирующим звеном. Существенным недостатком системы является то, что в ней не учитывается обратная отрицательная связь по противоэдс двигателя, которая понижает точность поддержания скорости двигателя как в статических, так и динамических режимах работы, поскольку она в области низких частот ограничивает коэффициент усиления системы, а вносимые изменения в области существенных частот приводят к расхождению расчетных и фактических переходных процессов (перерегулирование и время переходных процессов), что одновременно ограничивает функциональные возможности системы.

Техническим результатом является повышение точности поддержании скорости двигателя как в статических, так и динамических режимах при одновременном расширении функциональных возможностей системы.

Технический результат достигается тем, что в систему автоматического регулировании скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения построенной по принципу подчиненного регулирования параметров со скоростным и токовым контурами содержащую

задающее устройство, два устройства сравнения, регулятор скорости, регулятор тока, тиристорный преобразователь, звено якорной цепи двигателя, звено механической части двигателя, датчик тока двигателя, вал которого сочленен с датчиком скорости двигателя, выход которого подключен ко второму входу первого устройства сравнения, первый вход которого соединен с задающим устройством, выход первого устройства сравнения связан со входом регулятора скорости, выход которого подключен к первому входу второго устройства сравнения, второй вход которого подсоединен к выходу датчика тока, вход которого соединен с выходом звена якорной цепи двигателя, выход второго устройства сравнения подключен ко входу регулятора тока, выход звена якорного тока связан со входом механической части двигателя, выходом которого является скорость двигателя, выход тиристорного преобразователя подключен ко входу звена якорной цепи двигателя, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены апериодическое звено, интегратор, три операционных усилителя, причем вход первого операционного усилителя с единичным коэффициентом усиления связан с выходом регулятора тока, выход первого операционного усилителя соединен с первым входом второго операционного усилителя, выход которого подключен ко входу тиристорного преобразователя, выход регулятора тока через интегратор с постоянной времени равной механической постоянной времени двигателя подсоединен ко входу апериодического звена с постоянной времени равной электромагнитной постоянной времени, а выход через третий операционный усилитель с единичным коэффициентом усиления подключен ко второму входу второго операционного усилителя.

На Фиг.1 представлена система автоматического регулировании скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждении построенная по принципу подчиненного регулирования параметров, обозначения на которой соответствуют: 1 - первое устройство сравнения; 2 - регулятор скорости W _РС(p); 3 - второе устройство сравнения; 4 - регулятор тока W_РТ(р); 5 - тиристорный преобразователь ; 6 - якорная цепь двигателя ; 7 - механическая часть двигателя: левая часть звена представляет произведение сопротивления якоря на коэффициент передачи двигателя , правя половина интегрирующее звено с постоянной времени равной механической постоянной ; 8 - звено связи частоты вращения (t) и момента двигателя ; 9 - датчик якорного тока двигателя W_ДТ(р); 10 - датчик скорости W_ДС(р).

Технический результат полезной модели состоит в учете внутренней обратной связи по противоэдс двигателя. На Фиг.1 эта связь показана пунктирной линией, поскольку противоэдс Е двигателя определяется по соотношению связывающем конструктивную постоянную К, магнитный поток Ф _С машины и частоту вращения _Д(р)

Е=КФ_СД(р)

Противоэдс двигателя вычитается из выходного напряжения тиристорного преобразователя - выходной сигнал звена КФ_С вычитается из выходного напряжения развиваемого тиристорным преобразователем.

Приведем действие внутренней обратной связи по противоэдс двигателя в токовый контур системы управления (Фиг.2), для чего выходную координату системы _Д(р) перенесем в токовый контур на вход якорной цепи машины (воздействие через звенья - интегратор с постоянной времени равной механической постоянной времени Т_м; - пропорциональное звено с коэффициентом усиления определяемым сопротивлением якорной цепи R_Я двигателя, магнитным потоком машины Ф_С и конструктивной постоянной К; - апериодическое звено с постоянной времени равной электромагнитной Т_Я постоянной времени двигателя на основании принципов преобразовании структурных схем).

Применяя преобразования структурной схемы на участке учета внутренней обратной связи по противоэдс двигателя получаем в токовом контуре (Фиг.3) передаточной функции представленной звеном 11.

Для компенсации влияния внутренней обратной связи по противоэдс двигателя включим в токовый контур в разрыв «выход регулятора тока 4 - вход тиристорного преобразователя 5» (точки а-б на Фиг.3) аппаратный комплекс с обратной передаточной функцией

На Фиг.4. приведена система автоматического регулировании скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения построена по принципу подчиненного регулировании с компенсацией противоэдс двигателя, где аппаратный комплекс 11 дан в развернутом виде: 12 - первый операционный усилитель с единичным коэффициентом усиления; 13 - интегратор с постоянной времени равной механической постоянной времени Т_М двигателя; 14 - апериодическое звено с постоянной времени равной электромагнитной Т_Я двигателя; 15 - третий операционный усилитель с единичным коэффициентом усиления; 16 - второй операционный усилитель с единичным коэффициентом усиления.

Выход регулятора тока 4 подсоединен ко входу первого операционного усилителя 12 с единичным коэффициентом усиления и входом интегратора 13 с постоянной времени равной механической постоянной времени двигателя. Выход интегратора 13 подключен ко входу апериодического звена 14 с постоянной времени равной электромагнитной постонной времени двигателя. Выход звена 14 через третий операционный усилитель с единичным коэффициентом усиления подключен ко второму входу второго операционного усилителя 16. Выход первого операционного усилителя 12 соединен с первым входом второго операционного усилителя 16.

Аппаратный комплекс 11 для компенсации противоэдс двигателя в системе автоматического регулирования скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения построенной по принципу подчиненного регулирования в составе апериодического звена 14, интегратора 13, трех операционных усилителей с единичными коэффициентами усилении выполнен на операционных усилителях 553 серии.

Используемая информация

1. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоиздат, 1982.

2. Усынин Ю.С."Системы управления электроприводов". Челябинское изд-во ЮУрГУ, 2001 г.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:

1. Варнаков Олег Витальевич Самара 443081 ул.Фадеева 63 кв.202.

2. Кузнецов Павел Константинович г.Самара 443089 ул.Лукачева 36Б кв.37.

3. Леушин Виталий Вениаминович г.Самара 443081 Московское шоссе 138 кв 88.

4. Макаровский Леонид Яковлевич г.Самара 443125 ул.Губанова 4 кв.97.

5. Сандлер Илья Львович г.Самара 443110 пр.Ленина 1 кв.421.

6. Стариков Алексей Владимирович г.Самара 443100 ул.Молодогвардейская 225 кв.168.

Система автоматического регулирования скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения, построенная по принципу подчиненного регулирования параметров, содержащая задающее устройство, два устройства сравнения, регулятор скорости, регулятор тока, тиристорный преобразователь, звено якорной цепи двигателя, звено механической части двигателя, датчик тока двигателя, вал которого сочленен с датчиком скорости двигателя, выход которого подключен ко второму входу первого устройства сравнения, первый вход которого соединен с задающим устройством, выход первого устройства сравнения связан с входом регулятора скорости, выход которого подключен к первому входу второго устройства сравнения, второй вход которого подсоединен к выходу датчика тока, вход которого соединен с выходом звена якорной цепи двигателя, выход второго устройства сравнения подключен ко входу регулятора тока, выход звена якорного тока связан с входом механической части двигателя, выходом которого является скорость двигателя, выход тиристорного преобразователя подключен ко входу звена якорной цепи двигателя, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены апериодическое звено, интегратор, три операционных усилителя, причем вход первого операционного усилителя с единичным коэффициентом усиления связан с выходом регулятора тока, выход первого операционного усилителя соединен с первым входом второго операционного усилителя, выход которого подключен ко входу тиристорного преобразователя, выход регулятора тока через интегратор с постоянной времени, равной механической постоянной времени двигателя, подсоединен ко входу апериодического звена с постоянной времени, равной электромагнитной постоянной времени, а выход через третий операционный усилитель с единичным коэффициентом усиления подключен ко второму входу второго операционного усилителя.