Способ управления потоком возбуждения электродвигателя постоянного тока
Изобретение может быть использовано в тиристорных электроприводах постоянного тока с двухзонным регулированием скорости, работающих с ударным изменением нагрузки, в частности, в электроприводах непрерывных станов горячей прокатки. Технический результат заключается в том, что оно обеспечивает лучшие энергетические показатели работы электропривода при сохранении требуемой надежности и высоких динамических показателях при отработке ударного приложения нагрузки. Сущность изобретения заключается в том, что значение параметра, регулируемого по цепи возбуждения, при достижении которого начинают ослабление потока возбуждения электродвигателя, устанавливают ниже номинального значения. При ударном приложении нагрузки при условии работы электропривода в режиме ослабления потока возбуждения заданное значение данного параметра повышают до номинального уровня. В качестве параметра, регулируемого по цепи возбуждения, принимают выпрямленную ЭДС тиристорного преобразователя, а заданное значение выпрямленной ЭДС, при достижении которой начинают ослабление потока возбуждения электродвигателя, определяют по заданной зависимости, а повышение заданного значения параметра, регулируемого по цепи возбуждения, до номинального уровня осуществляют по апериодическому закону второго порядка. 4 ил.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в тиристорных электроприводах постоянного тока с двухзонным регулированием скорости, работающих с ударным изменением нагрузки, в частности, в электроприводах непрерывных станов горячей прокатки.
Известен способ управления потоком возбуждения электродвигателя постоянного тока в системе двухзонного регулирования скорости в функции ЭДС электродвигателя, по которому задание ЭДС при значениях напряжения электродвигателя, меньших номинального, сохраняют на уровне, ограниченном условиями динамического запаса по напряжению тиристорного преобразователя, а при больших напряжениях снижают указанное задание пропорционально превышению величины действительного значения напряжения электродвигателя над заданным, поддерживая постоянство напряжения на зажимах электродвигателя (см. авт. св. СССР N 617798, МКИ H 02 P 5/06). Недостатком известного способа является необходимость поддержания значительного запаса выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя, питающего якорную цепь электродвигателя, выбираемого исходя из условия обеспечения безаварийной работы и требуемого качества регулирования скорости при работе электродвигателя в динамических режимах при максимальной нагрузке. Это связано с тем, что быстродействие двухконтурной системы регулирования ЭДС по каналу обмотки возбуждения примерно на порядок ниже быстродействия двухконтурной системы регулирования скорости по каналу якорной цепи. Следовательно, при ударном приложении нагрузки нарастание выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя в якорной цепи происходит значительно быстрее, чем снижение задания ЭДС электродвигателя, осуществляемое по каналу обмотки возбуждения, в соответствии с известным способом. Поддержание значительного запаса выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя приводит к снижению коэффициента мощности и ухудшению энергетических характеристик электропривода. Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ управления потоком возбуждения электродвигателя постоянного тока в системе двухзонного регулирования скорости, по которому заданное значение параметра, регулируемого по цепи возбуждения, при достижении которого начинают ослабление потока возбуждения электродвигателя, устанавливают ниже номинального значения, при ударном приложении нагрузки в режиме ослабления потока возбуждения заданное значение параметра, регулируемого по цепи возбуждения, повышают до номинального уровня, при этом в качестве параметра, регулируемого по цепи возбуждения, принимают ЭДС электродвигателя, а повышение заданного значения параметра, регулируемого по цепи возбуждения, до номинального уровня осуществляют по закону апериодическому первого порядка (см. авт. св. СССР N 892634, МКИ H 02 P 5/06). Недостатком известного способа является то, что он не позволяет исключить перерегулирование выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя при отработке ударного приложения нагрузки, которое обеспечило бы возможность уменьшения запаса выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя при одновременном сохранении высоких динамических показателей и надежности работы электропривода, а также стабилизацию выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя на номинальном уровне при токе нагрузки, превышающем номинальное значение. Это связано с тем, что в качестве основного (внешнего) параметра, регулируемого по каналу возбуждения, принята ЭДС электродвигателя, следовательно, при работе с ослаблением потока возбуждения осуществляется стабилизация именно этого параметра во всех режимах, в том числе и при отработке ударного приложения нагрузки. Однако это не позволяет осуществить стабилизацию выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя, в связи с чем ударное приложение нагрузки сопровождается значительным превышением выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя над установившимся значением (перерегулированием выпрямленной ЭДС), зависящим от величины индуктивности якорной цепи. Величину этого перерегулирования в электроприводах с двухконтурной системой автоматического регулирования скорости определяют по выражению (см. Неймарк В.Е. Методика определения динамического запаса напряжения систем стабилизации скорости электроприводов постоянного тока. - Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод. 1971, N 7. С. 15-16):


LЭ - эквивалентная индуктивность цепи выпрямленного тока;
TТ - постоянная времени контура тока;

k1 - коэффициент:
k1 = 1,4 и k1 = 1,05 - для одно- и двукратноинтегрирующей систем автоматического регулирования скорости соответственно;
ICT max - максимальный ток статической нагрузки,
а повышение заданного значения параметра, регулируемого по цепи возбуждения, до номинального уровня осуществляют по апериодическому закону второго порядка. Отличительными признаками заявляемого способа являются:
- регулирование по цепи возбуждения выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя;
- определение заданного значения параметра, регулируемого по цепи возбуждения, при достижении которого начинают ослабление потока возбуждения электродвигателя, по зависимости

где EdH - номинальная выпрямленная ЭДС тиристорного преобразователя;
LЭ - эквивалентная индуктивность цепи выпрямленного тока; TТ - постоянная времени контура тока;

k1 - коэффициент:
k1 = 1,4 и k1 = 1,05 - для одно- и двукратноинтегрирующей систем автоматического регулирования скорости соответственно;
ICT max - максимальный ток статической нагрузки;
- повышение заданного значения параметра, регулируемого по цепи возбуждения, до номинального уровня по апериодическому закону второго порядка. Данные отличительные признаки в опубликованных ранее технических решениях не обнаружены. В заявляемом способе указанные отличительные признаки позволяют установить начальное значение выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя на уровне, который ниже номинального значения выпрямленной ЭДС на величину ее максимального перерегулирования при ударном приложении нагрузки, осуществить повышение выпрямленной ЭДС до номинального уровня по функциональному закону, обеспечивающему отсутствие ее перерегулирования при ударном приложении нагрузки, обеспечить постоянство выпрямленной ЭДС в установившемся режиме при увеличении тока нагрузки выше номинального значения и в результате этого осуществить уменьшение запаса выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя. Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ управления потоком возбуждения электродвигателя постоянного тока;
на фиг.2 представлена схема функционального преобразователя;
на фиг.3 представлены кривые переходных процессов тока электродвигателя, выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя, ЭДС электродвигателя, максимальной выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя (при нулевом угле управления) в режиме ударного приложения нагрузки при применении заявляемого способа;
на фиг.4 - аналогичные зависимости по способу, принятому за прототип. Способ управления потоком возбуждения электродвигателя постоянного тока реализуется с помощью устройства, приведенного на фиг.1, которое содержит регулятор ЭДС 1, первый вход которого подключен к выходу 2 первого источника задающего напряжения (на схеме не показан), второй вход - к выходу функционального преобразователя 3, а третий - к выходу датчика 4 выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя (на схеме не показан). Первый вход функционального преобразователя 3 через управляемый ключ 5 соединен с его выходом, второй вход - с выходом 2 первого источника задающего напряжения, а третий вход - с выходом 6 второго источника задающего напряжения (на схеме не показан). Управляющий вход управляемого ключа 5 соединен с выходом датчика статического тока 7. В цепь обратной связи регулятора ЭДС 1 включен блок ограничения 8. Функциональный преобразователь 3 (фиг.2) выполнен на базе операционного усилителя 9 (см., например, Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем. -М.: Энергоатомиздат, 1987. С. 65). В цепь обратной связи операционного усилителя 9 включены параллельно соединенные конденсатор 10 и резистор 11. На вход операционного усилителя 9 включена цепь, состоящая из последовательно соединенных резисторов 12,13, точка соединения которых с помощью конденсатора 14 подключена к общей точке операционного усилителя 1. Все остальные элементы, входящие в состав устройства (фиг.1) представляют собой общеизвестные в области электротехники блоки, которые могут быть выполнены с помощью элементов аналоговой блочной системы регуляторов (см. Перельмутер В. М., Сидоренко В.А. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока. -:М.: Энергоатомиздат, 1988. С. 136). На фиг.3 и 4 представлены кривые тока I и ЭДС E электродвигателя, выпрямленной ЭДС Ed тиристорного преобразователя и максимальной выпрямленной ЭДС Edo тиристорного преобразователя при нулевом угле управления. Зависимости представлены в функции времени t. Индексами "н" и "max" обозначены соответственно номинальные и максимальные значения параметров. Индекс "ст" соответствует установившимся значениям (в статическом режиме). Способ управления потоком возбуждения электродвигателя постоянного тока осуществляют следующим образом. На входы регулятора ЭДС 1 подаются сигнал Edз задания на выпрямленную ЭДС тиристорного преобразователя с выхода 2 первого источника задающего напряжения и сигнал обратной связи с выхода датчика 4 выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя. На входы функционального преобразователя 3 с выходов 2 и 6 соответственно первого и второго источников задающего напряжения подаются сигнал Edз и сигнал EdН, соответствующий номинальному значению выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя. Суммарный сигнал на входах функционального преобразователя 3 равен разности Edз - EdH. При отсутствии статической нагрузки (при равенстве нулю сигнала на выходе датчика статического тока 7) ключ 5 замкнут и шунтирует выход функционального преобразователя 3. Его выходной сигнал в этом режиме равен нулю, а величина выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя, в соответствии с заданием, устанавливается равной (2), т.е. уменьшается относительно номинального значения на величину максимального перерегулирования выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя при ударном приложении нагрузки:

где LЭ -эквивалентная индуктивность цепи выпрямленного тока;
TТ - постоянная времени контура тока;

k1 - коэффициент: k1 = 1,4 и K1 = 1,05 - для одно- и двукратноинтегрирующей систем автоматического регулирования скорости соответственно;
IСТ max - максимальный ток статической нагрузки;
EdH - номинальная выпрямленная ЭДС тиристорного преобразователя. В момент ударного приложения нагрузки появляется сигнал на выходе датчика статического тока 7 и управляемый ключ 5 размыкается. В результате этого изменяется суммарный сигнал задания на входах регулятора ЭДС 1 и выпрямленная ЭДС тиристорного преобразователя повышается до номинального уровня EdН по функциональному закону апериодическому второго порядка. Регулятор ЭДС 1 поддерживает значение выпрямленной ЭДС равным EjdН в течение всего времени работы под нагрузкой независимо от величины нагрузки. При сбросе нагрузки (исчезновении сигнала на выходе датчика статического тока 7) управляемый ключ 5 замыкается, шунтируя тем самым функциональный преобразователь 3. Выходной сигнал функционального преобразователя 3 становится равным нулю и суммарный сигнал задания на входах регулятора ЭДС 1 вновь устанавливается равным начальному заданию Edз. При осуществлении заявляемого способа задание выпрямленной ЭДС Edз (фиг. З) тиристорного преобразователя устанавливается ниже номинальной выпрямленной ЭДС EdН на величину






Edo

и в общем случае превышает максимальную выпрямленную ЭДС Ed max на составляющую, связанную с ограничением максимального угла регулирования, и составляющую, вызванную возможными отклонениями напряжения питающей сети. При осуществлении способа управления потоком возбуждения, принятого за прототип, ударное приложение нагрузки, происходящее в момент времени t = 0 (фиг. 4), сопровождается значительным перерегулированием, т.е. превышением выпрямленной ЭДС Ed тиристорного преобразователя над своим установившимся значением (на величину максимального приращения






Формула изобретения

где Edн - номинальная выпрямленная ЭДС тиристорного преобразователя;
Lэ - эквивалентная индуктивность цепи выпрямленного тока;
Тт - постоянная времени контура тока;

k1 - коэффициент: k1 = 1,4 и k1 = 1,05 - для одно- и двукратно-интегрирующей систем автоматического регулирования скорости соответственно;
ICTmax - максимальный ток статической нагрузки,
а повышение заданного значения параметра, регулируемого по цепи возбуждения, до номинального уровня осуществляют по апериодическому закону второго порядка.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4