Система управления реверсивным тиристорным электроприводом

Союз Советских

Социалистических

Реслублин

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ к втоескомю ©еидиельСтвю (1i) 566293 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено20,05.75 (И) 2141581/07 с присоединением заявки Ие (23) Приоритет(43) Опубликовано25,07 77,Баллетень %27 (4б) Дата опубликования описания 02.09.77

2 (51) М. Кл.

Н 02 Р 5/16

Гасударствение1й камитет

Вавета Миннстрав СССР аа делам нзабретеинй и аткрытнй

Pa) УДК 821.З1З.2 (088.8) (72) Авторы изобретения

I E. В. Мельников и В. Д. Кочетков (7l) Заявитель

I (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЙ РЕВЕРСИВНЫМ ТИРИСТОРНЫМ

ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Изобретение относится к системам управления peBepcHBHblMH тиристорными электроприводами с раздельным управлением группами тиристоров преобразователя, в которых главное: минимальное время протекания переходных процессов в режиме прерывистых токов, величина бестоковой паузы при реверсировании групп-тиристоров, обеспечение йадежной остановки приводного двигателя при нулевом задании и при одновременном, ó обеспечении безлюфтовой регулировочной характеристики тиристорного преобразователя.

Известны различные устройства, с помошью которых решаются отдельные из ука.занных вопросов. 15

Известны, например, адаптивные регуляторы, имеюшие видоизменяюшуюся передаточную функцию ттрн переходе к регулированию в режиме прерывистых токов от режима непрерывного тока tlat.

Системы с адаптивным регулятором характеризуются сложностью, а также трудностью при ббеспечении процессов высокого качества в моменты скачкообразного переклю ченчя структур, связанными с наличием 25 всплесков управляюшего напряжения на регулирующих операционных усилителях, содержаших конденсаторы в цепях обратных связей.

Кроме того, при изменении коэффициента усиления не учитываются длительность, ам, плитуда пульсаций тока и степень рассоглаСОВаНИЯ РЕГУЛИРОВОЧНЫХ XBPBK e ÈÑÒÈÕ От.е. дельных групп тиристоров.

Известны системы, имеющие дополнительную связь с технологическим оборудованием для учета возмушений со стороны этого обо-, руиовеиия (2). Оииеко такие систекс» сесины, и в каждом конкретном случае необходимо принимать отдельные решения. Вопросы, связанные с исключением ползучести скорости двигателя, уменьшением бестоковой паузы при переключении групп тнpHcTopoB) B таких системах не решаются.

Из известных систем управления наиболее близкой к предложенной по технической сушности является система, содержашая двухконтурную систему регулирования, состоящую из регуляторов скорости н тока, датчиков скорости и тока, логического пе566293 з реключаюшего устройства, связанного через датчик проводящего состояния тиристоров с тиристорами преобразователя, а также систему фазового управления, подключенную первым и вторым входакж через аналоговые ключи к выходу регулятора тока и связанную с группами тиристоров преобразователя через выходные устройства, цепи включения которых объединены с цепями включе- ния аналоговых ключей и подключены к вы- Ф ходам логического переключающего устройства (3).

Эта система содержит включенное между регулятором тока и устройством фазового управления нелинейное звено для компен- 5 сации нелинейности регулировочной характеристики преобраэавателя.

Устройство линеариэации выполнено совместно с регулятором тока на одном операционном усилителе, имеющем нелинейную связь, цепь которой подключена к выходу датчика э.д.с. двигателя.

Система управления не обеспечивает устойчивое положение нулевой скорости вращения двигателя и высокое качество переходных процессов. Это связано с тем, что при наличии помех и дрейфа нуля усилителя выход регулятора тока из-за его значительного коэффициента усиления в области малых сигналов не может быть нулевым (cîответствующим нулевому значению скорости).

Подача сигнала э.д.с. в цепь обратной связи регулятора тока равносильна наличию положительной обратной связи по скорости, что снижает точность регулирования по ско- 5 рости. Кроме того, при ударном приложении нагрузки к двигателю, работающему в режиме холостого хода (в режиме прерывистых токов), происходит резкое снижение скорости, что недопустимо для большинства технологических процессов.

Цель изобретения — обеспечение устойчивой нулевой скорости вращения приводного двигателя и повышение качества переходных процессов, Это достигается тем, что к выходу датчика э.д.с. подключен выпрямитель, выход которого через ключевой элемент соединен с третьим входом системы фазового управления.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предложенной системы управления; на фпг. 2 — функциональная схема системы фазового управления; на фиг. 3 — регулиро5S вочная характеристика системы фазового уп равнения.

На чертежах: 1 — регулятор скорости;

2 — регулятор тока; 3 — датчик э.д.с. двигателя; 4 — датчик тока; 5 — логическое перек.почаюшее устройство; 6 — датчик про6О водящего состояния тиристоров; 7 — выпрямитель; 8, Я вЂ” аналоговые ключи; 10 — ключевой элемент; 11 - система фазового управления; 12, 13 — выходные устройства;

14 - реверсивный тиристорный преобразователь; 15 - группа вентилей направления

Вперед"; 16 - группа вентилей нанравления

Назад"; 17 - фаэосдвигающее устройство

18 - блок сдвига импульсов; 19 — преобразователь уровня управляющего напряжения;

U - начальное напряжение, соответствующее начальному углу управления; 0> напряжение управления (выходное напряжение регулятора тока; Up - напряжение, необходимое для смещении импульсов по фазе в диапазоне, где ft! — фазность преобра2 1t зователя; 0, - напряжение выпрямителя;

Ц вЂ” напряжение инвертора; 1 2 / - э.д.с. двигателя.

Сйстема регулирования (см.фиг. 1) содержи регулятор 1 скорости, подключенный входами к источнику задающего напряжени,О,З и выходу датчика 3 э.д,с. К выходу регулятора скорости подключено логическое пере ключаюшее устройство (ЛПУ) 5 и регулятор 2 тока вторым входом соединенный с выходом датчика 4 тока. Логическое переключающее устройство 5 связано с тиристорным преобразователем 14 через датчик 6 проводящего состояния тиристоров.

Выход регулятора 2 тока через аналоговые ключи 8 и 9 соединен соответственно с первым и вторым управляющими входами системы 11 фазового управления (СФУ), которая через выходные устройства 12 и

13 управляющих импульсов подключена к группам вентилей 15 и 16 реверсивного преобразователя 14. Uenb запирания ключа

8 соединена с цепью эапирания устройства

12, .а цепь эапирания ключа,9 — с цепью эапирания устройства 13. Ilem запирания подключены к выходам ЛПУ 5. Третий вход системы 11 фазового управления через последовательно включенные ключевой элемент

10 и выпрямитель 7 связан с выходом да чика э„ц.с. 3 двигателя.

Система 11 фазового управления (см. фиг. 2) состоит из преобразователя 19 уровня управляющего напряжения фазосдвигаюшего устройства 17 и блока 18 сдвига импульсов. Преобразователь 19 одним выходом соединен с управляющим входом фаэосдвигающего устройства 17 и двумя выходами — с управляющими цепями 20 и 21 блока 18. По одному из входов преобразователя 19 подается напряжение управления ,U„, по второму — напряжение 4и, определяющее начальнь|й угол управления преобразователя при U 0. На другие входы преобразователя 19 подаются напряжения Оо и30о, задающие порог срабатывания фиксаторов уровней, расположенных в преобразователе 19.

3cTGBKB cpG6BTbg39BQB 2 (о яа с выходом ключевого элемента 10, на вход которого подается сигнал, пропорциональный модулю э,д.с. двигателя /E, На вход фазосдвигающего устройства подаются синхронные с сетевым напряжением импульсы, частота которых равна tttf:, где 30 ги -фазность преобразователя, - частота сети.

Система управления функционирует.следующим образом.

Система управления скоростью двигате- 15 ля двухконтурная, внутренним контуром является контур регулирования тока с регулятором 2 тока и датчиком 4 тока. Раздельное управление комплектами преобразователя осуществляется с помощью логического переключающего устройства 5. Так как устройство 5 подключено к выходу регулятора

1 скорости, то на вход этого устройства поступают сигналы заданной и фактической скоростей. В зависимости от знака напряжения регулятора 1 скорости переключиошее устройство 5 включает выходные уст- . ройства 12 или 13 (соответственно группы вентилей 15 или 16). При этом выходное напряжение регулятора 2 тока поступает на вход системы 1.1 управления через прямой ключ 8 или через инвертирующий ключ 9.

При работе группы вентилей 15 открыты ключ 8 и.выходное устройство 12„при ра-, боте группы вентилей 16 — ключ 9 и выходное устройство 13. Переключение выходных устройств и ключей происходит благодаря датчику 6 проводящего состояния тиристоров только при отсутствии тока в якорной цепи двигателя, т,е. при запертом состоянии "0 тиристоров преобразователя, Система 11 фазового управления осуществляет преобразование напряжения Lf> в величину угла управления преобразователя.

Точка отсчета угла управления задается син- 45 хроимпульсами, поступающими на вход фазо- сдвигающего устройства 17.

Регулировочная характеристика системы фазового управления состоит из трех интер50 валов, где каждый интервал составляет-мак- а, 27 о симально величину 1„„(60 — для трехфазного мостового преобразователя), равную дискретности преобразователя и интервалу

55 между входными синхронизируюшими импульсами СФУ с частотой f . СФУ производит сдвиг импульсов по фазе максимально на

2К величину . Напряжение управления для сдвига импульсов в этом интервале состав60 ляет О . Полному диапазону регулирования

6 о

180 соответствует напряжение управления

0„- 3(4с

Гак как s устройстве 17 фазосмешение импульсов максимально составляет величину —, то для получения угла управления

<(Л сигнал управления, поступающий на вход устройства 17, должен быть равен нулю в момент, когда фазовый сдвиг импульсов достигает величины 1 а напряжение

27С управления — величины, О, Одновременно в преобразователе 19 вырабатывается логический сигнал, доступающий по цепи 20 на вход блока 18, который осуществляет переключение импульсов, поступающих с устройства 17 на один разряд так, что фаза импульсов на выходе блока

18 в данный момент остается равной

27С

При увеличении уровня О, О Со ) устройство 17 вновь осуществляет сдвиг импульсов в диапазоне „ - под воздействием сигнала управления U =- 0> U, а фаза им-.

О пульсов на выходе блока 18 равна 2 —.

tn

Логический сигнал вырабатывается на цепи

21. В функции этого сигнала производится переключение импульсов по выходам блока 18 еще на один разряд, а сигнал на выхсде устройства 17 вновь пршп;мает нулевое значение. Следовательно, сигнал управления, поступающий не устройство 17,имеет вид 0 — (0> 4 U„) N (О . Фаза импульсов н& выходе СФУ равна Х =ЯЫ =6((Ll .)-)(0 3 а gapa импульсу на выходе блока 18—

А,-" .„. К с(.- (< ф 0 + 0„) - < Оо ), где

Я - коэффициент преобразо ання(3л Г ад ./3).

При таком законе фазосмешения управляющих импульсов обеспечивается повторная выдача импульсов на выходных шинах блока 18 в динамике, что исключает потерю ипформации в системе 11 фазового управления и ноззоляет при одпом комплекте этой системы достичь беетоковук паузу при переключении групп вентилей по величине не более, чем интервал дискретности преобразователя.

При нулевом задании скорости (U»,=0) угол управления d преобразователя устанавливается благодаря напряжению U таким, H что выходное напряжение преобразователя равно нулю ((, =О). Зтот угол для трехфазной мостовой схемы преобразователя и малой индуктивности якорной пепи двигатео ля равен или бо..ьше 120 - и соответствует точке;"а" на регулировочпой характеристике (см. фиг. 3). При этом порог срабатывания фиксатора уровня, вырабатывающего лог ический сигнал, поступающий на вход блока

18 по цепи 21, равен 1,5 0о, что соответствует углу управления о<- 90о. Порог срабатывания задается с помощью потенпиометра (см. фиг„2) при насышенном транS66293 зисторе ключевого элемента 10. Транзистор коллекторным выходом через резистор подключен к выходу потенциометра и шунтирует его выход.

При задании скорости (О „ фО) с выхода регулятора 2 тока поступает напряжение U>, которое, алгебраически суммируясь с напряжением 4Н, вызывает изменение угла управления при малом уровне входного сигнала (от,Д. » 120о до:о(, =90о) в соответствии с участком " р","Я, " " характеристики (см. фиг. 3) и при дальнейшем увеличении напряжения 0> в сторону меньших углов и большего выпрямленного напряжения U по закону, определяемому параметрами системы регулирования и линейной регулировочной характеристикой системы фазового управления (см. фиг. 3). Из. менение угла управления от 120 до 90о при незначительном уровне напряжения М обеспечивает быстрое прохождение зоны прерывистых токов и высокую скорость нарастания тока разгона двигателя. При появлении э.д.с. двигателя с выхода датчика э.д.с. снимается сигнал на вход ключевого элемента 10. Этим сигналом осушествляется запирание транзистора элемента 10, и связи с чем порог срабатывания фиксатора на входе преюбразоватепя 19 (см. фиг. 2) увеличивается до 2 „Цо, что приводит к линейной зависимости угла управления .от величины сигнала управления (см, фиг. 3 характеристика для /Е/ > О).

Эта характеристика соответствует линей. ному согласованию регулировочных характеристик групп тиристоров преобразователя„ при котором углы управления группами d. и d. связаны уравнением d, +aL =180о или

2 1 3

4.= и обеспечиваются близкие по значениям э,д.с. выпрямителя и э.д.с. инвертора

0 = 0, . Линейное согласование харак в ° н теристик обеспечивает быстрое нарастание тормозного тока двигателя.

При установлении двигателя в режим холостого ходя при каком-либо значении скорости в связи с несоответствием среднего значения выпрямленного напряжения преобразователя и э,д.с. двигателя происходит увеличение скорости выше заданной, что

11риводит к изменению знака выходного напряжения регулятора скорости и благодаря переключению ЛПУ к включению инвертор ной группы преобразователя.

Снижение скорости за счет включения инверторной группы вновь вызывает включение выпрямительной группы преобразоватепя. Следовательно, в режиъл холостого хода через двигатель в связи с линейным согласованием характеристик и высокой ца ствительностью ЛПУ устанавливается знако. переменный начально-непрерывный ток и, следовательно, зона прерывистых токов существенно уменьшается.

Уменьшение зоны прерывистых токов обеспечивает высокое качество переходных щ процессов, равноценных процессам в режиме непрерывного тока. При этом настройка системы регулирования осуществляется по принятому техническому оптимуму, начальный угол управления (точка "Ci": на фиг. 3) для повышения помехозашишенности должен быть более 120о.

Формула изобретения

2Е

Система управления реверсивным тирис торным электроприводом, содержащая регулятор скорости и регулятор тока с подклю-. ченными к их входам соответственно датчи25 ками э.д.с. и тока двигателя, логическое переключаюшее устройство, подключенное вхо дом к выход регулятора скорости и через датчик проводящего состояния тиристоровк тиристорам преобразователя, одноканальную

30 систему фазового управления, подключенную первым и вторым входами через аналоговые ключи к выходу регулятора тока и связанную с группами тиристоров преобразователя через выходные устройства, цепи включения которых объединены с цепями включения аналоговых ключей и подключены к выходам, логического переключающего устройства, отличающаяся тем,что,сцелью обеспечения устойчивой нулевой скоЬ рости вращения двигателя и повышения качества переходных процессов, к выходу aw чика э.д.с. подключен выпрямитель, выход которого через ключевой элемент соединен с третьим входом системы фазового управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Автоматика и телемеханика % 11, 1964, с. 1601.

2. Шипилло B. П, Автоматизированный вентильный электр ропривод "Энергия", 1969, с. 34-3.

3. Поздеев А. Д. и др. Принципь. построения структур вентильного электро1ривода постоянного тока. Труды ВНИИР, вып. 4, 1974 (прототип).

566203 юао

Составитель В. Кузнецова, Редактор T. Загребельная Техред р,. Демьянова - Корректор А. Жолтани

"Заказ 2441/36 Тираж 917 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж.-335, Pr.óøcêàÿ наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4