Электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах с подчиненным регулированием . Целью изобретения является снижение перерегулирования тока и скорости в переходных режимах. Электропривод содержит второй блок 14 ограничения , включенный между выходом блока 6 сравнения и входом задатчика 7 темпа нарастания тока. Выход задатчика 7 темпа нарастания тока связан с вычитающим входом блока 6 сравнения . Предлагаемый электропривод позволяет получить оптимальные по быстродействию переходные процессы при отработке воздействий нагрузки в режиме стабилизации скорости и при изменениях задания скорости. 4 ил. С/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111 (5(1 4 Н 02 P 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3866266/24-07 (22) 12.03.85 (46) 23.08.87. Бюл. № 31

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. (71) Государственный проектный инстиIt тут Электротяжхимпроект" (72) M.Ë.Ïðóäêîâ (53) 62-83:621.314.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР №- 479208, кл. Н 02 P 5/06, 1971.

Патент Японии № 55-39996, кл. Н 02 P 5/06, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1156229, кл. Н 02 P 5/06, 1984. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах с подчиненным регулированием. Целью изобретения является снижение перерегулирования тока и скорости в переходных режимах. Электропривод содержит второй блок 14 ограничения, включенный между выходом блока 6 сравнения и входом задатчика

7 темпа нарастания тока. Выход задатчика 7 темпа нарастания тока связан с вычитающим входом блока 6 сравнения. Предлагаемый электропривод позволяет получить оптимальные по быстродействию переходные процессы при отработке воздействий нагрузки в режиме стабилизации скорости и при изменениях задания скорости. 4 ил.

20

30

50 сравнения

1

13

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам постоянного тока, система управления которыми выполнена по принципу подчиненного регулирования, и может быть использовано для стабилизации и регулирования скорости машин, статическая нагрузка которых изменяется в широких пределах.

Цель изобретения — снижение перерегулирования тока и скорости в переходных режимах.

На фиг.l изображена функциональная схема предлагаемого электропривода; на фиг.2 — графики переходных процессов при ступенчатом приложении статической нагрузки; на фиг.3 — то же, при ступенчатом изменении сигнала задатчика скорости; на фиг.4 — характеристика вход-выход функционального преобразователя a контуре скорости.

Электропривод (фиг.l) содержит электродвигатель 1, подключенный к преобразователю 2, в цепь управления которого включены последовательно соединенные задатчик 3 скорости, регулятор 4 скорости, функциональный преобразователь 5 и блока 6 сравнения последовательно соединенные задатчик

7 темпа нарастания тока с блоком 8 ограничения и регулятор 9 тока, а также последовательно соединенные интегратор 10 и сумматор 11, второй вход которого связан с выходом датчика 12 скорости, а выход подключен к суммирующему входу блока 6 сравнения и входу интегратора 10, второй 1 вход которого соединен с выходом датчика 13 тока. Электропривод содержит также второй блок 14 ограничения, включенный между выходом блока 6 сравнения и входом задатчика 7 темпа нарастания тока, выход которого связан с вычитающим входом блока 6 сравнения °

На фиг.2 приведены графики 15 тока и 16 динамического падения скорости двигателя Ь1 при набросе статической нагрузки. На фиг.3 приведены графики 17 и 18 тока и 19 и 20 отклонения скорости двигателя от заданного значения Ь при ступенчатом изменении сигнала задатчика 3 скорости

3, и И соответственно на входе регулятора 4 скорости. На фиг.4 приведена характеристика вход — выход функционального преобразователя 5 при

32497

2 малых 21 и больших 22 отклонениях скорости,, т.е. в линейной и нелинейной зонах.

Электропривод работает следующим образом.

При набросе статической нагрузки (фиг.2) скорость 1 электродвигателя, соответствующая заданию 1 скорости от задатчика 3, начинает нижаться, что приводит к появлению на выходе пропорционального регулятора 4 скорости напряжения, соответствующего отклонению скорости от установившегося значения 1 . Это вызывает увеличение напряжения на выходах функционального преобразователя 5, блока

6 сравнения и блока 14 ограничения.

Последнее пропорционально заданной производной di/dt тока и интегрируется задатчиком 7 темпа нарастания тока. График 15 (фиг.2) изменения выходного напряжения задатчика 7 темпа, которое является задающим для контура регулирования тока образованного регулятором 9 тока", управляемым преобразователем

2, цепью якоря электродвигателя 1 и датчиком 13 тока, при быстродействующем контуре регулирования тока практически совпадает с графиком текущего значения тока i. График 16 характеризует при этом изменение отклонения от установившегося значения скорости электродвигателя 1 — ь и соответственно изменение выходного напряжения пропорционального регулятора 4 скорости.

На выходе сумматора ll формируется напряжение, пропорциональное статической составляющей i тока, которое блоком 6 сравнения суммируется с выходным напряжением функционального преобразователя 5. Поскольку к входу блока 6 сравнения подводится также с обратным знаком выходное напряжение задатчика 7 темпа нарастания тока, которое пропорционально заданию полного тока якоря выходное напряжение функционального преобразователя 5 на входе блока 6 а y c (1) пропорт(ионально заданию динамической составляющей тока.

При неизменной величине статической составляющей тока i график 15 (фиг.2) характеризует также динамическую составляющую тока ig, изме1332497 о нение которои при постоянстве входного напряжения задатчика 7 темпа

U8 линейно во времени, т.е. а =. Ct (2) где Я =U с /T „=cl i /d t — заданная в еличина производной тока;

T„ — постоянная интегрирования задатчика 7 темпа.

Изменение отклонения скорости электродвигателя 1 соответствует интегральному уравнению

41 = Т J i dt которое с учетом выражения (2), так как ig = i, имеет решение

Ь = — -С, Я (3)

2т„ где Т вЂ” инерционная постоянная вреJ . н мени привода (Т = j †), 1= М„ приведенный к валу электродвигателя 1 момент инерции привода;

М„ - номинальное значение угловой скорости и электромагнитного момента электродвигателя I.

Исключив из выражений (2) и (3) параметр времени t, получим уравнение

ig = 2ст 44 (4) которое является уравнением оптимальной по быстродействию фазовой траектории. Настраивая характеристику 22 вход — выход функционального преобразователя 5 (фиг.4) соответственно уравнению (4) (вход Ь1, выход ig ), получим предельную по быстродействию отработку отклонения скорости Ь1 элек тродвигателя 1, т.е. нарастание тока до момента времени с, (фиг.2) с предельно допустимым темпом @ переключение в момент t, тока на спадание с тем же темпом Я до значения статической составляющей i . Момент времени t< соответствует началу превьппения нарастающим напряжением i эадат" чика 7 темпа на входе блока 6 сравнения уменьшающейся, вследствие уменьшения отклонения скорости Ь, суммы напряжения ig + i . При этом реверс сируются напряжение на выходе блока

6 сравнения и выходное напряжение блока 14 ограничения, и задатчик 7 темпа начинает линейно снижать свое выходное напряжение. I

Докажем, что в момент времени

I (фиг.2) уменьшающаяся сумма напряжений (1Я +1 ) на входе блока 6 сравс нения уравнивается с напряжением задатчика 7 темпа, после чего происходит оптимальное переключение напряжений блока 14 ограничения и соответственно переключение выходного на.1g пряжения i задатчика 7 темпа на снижение. Пока ток меньше статической составляющей (1 с 1, участок О- Q графика 15), имеют место снижение скорости электродвигателя 1 и увели15 чение отклонения скорости Ь1 . Наибольшего значения Ь отклонение Ь . достигает в момент времени, соответствующий точке о, т.е. равенству

Величину Ь определим из урав2р нения (3), подставив в него значение

44„= i,/2T g. (5)

На участке E — 6 -2 графика 15 ток превьппает статическую составляющую

26 i c (i > ic) и имеет место отработка отклонения скорости Ь1м(5). В точке

b ток достигает наибольшего значения величину которого можно определить из равенства площадей треуголь3ь ника ОаЗ и о 62: SQ b =S48 . При этом г

Во р=1с/2 ВВ82=(1м 1с) с, и получаем уравнение

i /2E =(1„- i ) /с., откуда

35 — (1 + 1/-P). (6)

Выражение (6) определяет также выходное напряжение задатчика 7 темпа в момент времени t1 (фиг.2).

Площадь треугольника Р1 составля4р ет половину площади треугольника и Sg

Б8.8 = — Sg8 и поэтому В точке 5

2 графика 15 отклонение скорости A) уменьшается до величины Д1 /2, т.е. 45 отрабатывается наполовину. Если в уравнение (4) характеристики 22 вход—, выход функционального преобразователя 5 подставить значение Ь =Ь 1 /2=

° 2 м

i /4Т Е, полученное с помощью выраВр жения (5), можно получить, что выходное напряжение функционального преобразователя 5 или заданное значение динамической составляющей тока в момент времени t<

1 хс/ 2. (7)

Сумма выходных напряжений функ ционального преобразователя 5 и сумматора 11 на входе блока 6 сравнения . reðè этом

5 13324 выходное напряжение регулятора 4 ско- 10

30

35 контура в малом", например по модульному критерию оптимизации, когда кон- 0 тур функционирует н линейной зоне.

Одновременно, так как интегральный задатчик 7 темпа начинает функцио- 1нировать как обычное инерционное эне+ "с i 74 + 1с 1с(1+1 12) что совпадает с выражением (6).

Таким образом, в момент времени й< (фиг.2) достигается баланс напряжений на входах блока 6 сравнения, после чего этот баланс нарушается, так как уменьшается отклонение Ь 4 скорости и соответственно снижается рости и функционального преобразователя 5. Это соответствует оптимальному переключению тока i электродвигателя 1 на снижение до оптимальной по быстродействию отработки отклонения скорости

В точке 2 графика 15 ток i снижается до значения статической составляющей i, динамическая составляющая

С становится равной нулю, отклонение скорости Ь1 также отрабатывается до нуля. При этом выходное напряжение регулятора 4 скорости и функционального преобразователя 5 становится нулевым, на входах блока 6 сравнения наступает баланс напряжений, обнуляется выходное напряжение блока 14 ограничения, прекращается изменение выходного напряжения задатчика 7 темпа и наступает установившийся режим работы.

Для устойчивости замкнутого контура регулирования скорости электродвигателя 1 нблизи малых отключений скорости д-1 функциональный преобразователь 5 переключается на характеристику ?1 (фиг.4), которая обеспечивает оптимизацию переходной функции задатчик 7 темпа охвачен через блоки

6 и 14 отрицательной обратной связью но. При этом н замкнутом контуре регулирования скорости остается лишь одно интегрирующее звено электродвигателя 1 с постоянной интегрирования

Т, контур скорости устойчив, и качество регулирования скорости повышается.

Укаэанный цикл отработки отклонения скорости электродвигателя Ь-1при набросе статической нагрузки не изменяется при увеличении линейно-нарастающего напряжения на выходе задатчика 7 темпа нарастания тока до сво20

97 его максимального значения и ограничения его блоком 8 ограничения. Переключение при этом выходного напряжения эадатчика 7 на снижение тока происходит также оптимально и момент наступления баланса напряжений на входах блока 6 сравнения, так как выг ходное напряжение функционального преобразователя 5, которое определяет момент переключения, связано оптимальной зависимостью (4) с фактическим отклонением скорости (характеристика 22).

При ступенчатом изменении 53 сигнала задания 1 на входе регулятора

4 скорости (фиг.3) появляется сигнал ошибки д 1 на его выходе и соответственно появляется напряжение 1. на вы.Ц ходе функционального преобразователя

5. Если при этом статическая нагрузка отсутствует, под действием напряжения i задатчик 7 темпа начинает линейно увеличивать свое выходное напряжение 1 (фиг.3, график 17), которое отрабатывается контуром регулирования тока и с обратным знаком подводится к блоку 6 сравнения, По мере уменьшения ошибки ЬО (фиг.3, график !9) выходное напряжение регулятора 4 скорости и функционального преобразователя 5 уменьшается и г момент времени t, (фиг.3) наступает баланс напряжений на входах блока 6 сравнения, а затем и реверс его выходного напряжения. Так как выходное напряжение функционального преобразователя 5 связано оптимальной зависимостью (4) с фактическим отклонением скорости Ь4, момент < переключения выходного напряжения задатчи" ка 7 темпа на снижение и соответственно снижение тока I соответствуют ситуации, при которой в конце процесса снижения тока отклонение скорости Ь4 уменьшается до нуля, т.е. оптимально отрабатывается ступенчатое изменение скорости Р, Цикл отработки 81 не отличается от оптимального при наличии статической нагрузки либо при выходе линейно изменяющегося напряжения эадатчика 7 темпа нарастания токе на ограничение (фиг.3, графики 19 и 20).

Измеритель статической составляющей тока якоря i, образованный интегратором 10 и сумматором 11, функционирует в соответствии с интегральным уравнением

1332497 где Т вЂ” постоянная интегрирования

ro интегратора 10

К„ — коэффициент усиления сумматора 11; — выходной сигнал сумматора 11; р — оператор.

Из уравнения (8) получим

i-DT

D ig (9) с рТ, /K1 +1

Так как поток возбуждения электродвигателя 1 постоянен, ток i пропорционален моменту М электродвига" теля, а статическая составляющая тока 1.с пропорциональна моменту статической нагрузки М .

Если принять постоянную интегрирования Т,ц интегратора 10 равной инерционной постоянной двигателя Т

У т.е. Т, = Т, на основании уравнения (9) можно увидеть, что выходной сигнал сумматора ll пропорционален моменту статической нагрузки М, так о как М-Т ° d0/dt=M (в относительных с единицах). Выбрав коэффициент усиления Кп сумматора ll достаточно большим, измерение статической составляющей тока практически безинерционно.

Таким образом, предлагаемый электропривод постоянного тока позволяет получить оптимальные по быстродействию переходные процессы при отработке воздействий нагрузки в режиме стабилизации скорости и при изменениях задания скорости. Одновременно понижается порядок астатизма контура скорости и снижается перерегулирование тока и скорости электродвигателя в переходных процессах.

l0 Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к преобразователю, в цепь

15 управления которого включены последовательно соединенные задатчик скорости, регулятор скорости, функциональный преобразователь и блок сравнения, последовательно соединенные эадатчик

20 темпа нарастания тока с блоком ограничения и регулятор тока, а также последовательно соединенные интегратор и сумматор, второй вход которого связан с выходом датчика скорости, 25 а выход подключен к суммирующему входу блока сравнения и к первому входу интегратора, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с

30 целью снижения перерегулирования тока и скорости в переходных режимах, в него введен второй блок ограничения, включенный между выходом блока сравнения и входом задатчика темпа нарасЗ5 тания тока, выход которого связан с вычитающим входом блока сравнения.

1332497

ЬЧ

Фиг.2

Составитель В.Кузнецова

Редактор И.Горная Техред В.Кадар Корректор В. Гирняк

Заказ 3845/53 Тирах 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4