Способ определения электромагнитнной постоянной времени якорной цепи электродвигателя постоянного тока

Союз Соевтскм 1СоцмалмстмческмеРеспубпмее ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АЭТЬРСКОМУ СВИДВЛДЬСТЮУ 111 608232(45) Лата опубликования описания 27,04,78 Государствениьюй комитет Совете Миюктрае СССР оо делам изобретеией и открытиц(72) Авторы изобретения В, Л. Соседка, Л, Ф. Кэломэйцева и С, А, Харитонов Днепропетровский горный институт 71) Заявител(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТН ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ ЯКОРНОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО К 2 ится к области измериИзобретение от тельной техники.Изобретение м дпя определения э ной времени Т я ся машин иостоян пение эпектромагн Тэ необходимо зн ленных систем ре жения этими сист жет быть испопьзова стоян магнитной п цепей враш ка. Точное постоянной наладке пр ания с цель оптима пьных ектрориых ших реде- ремени ого т твой ть пргупиро мами достирежи О мов 15 20 25 Известны способы опредепения эпектромагнитной постоянной якорной цепие основан ные на анализе осциплограмм на неподвижной машине 111,Известны способы основанные на анали-. зе осциппограмм на врашаюшейся машине 2При реализации первого способа необходимо на неподвижный двигатепь с обесточенной обмоткой возбуждения подать напряжение от независимого источника и проинтегрировать разность между входным сигнапом (напряжением, подаваемым на якорь двигателя) и выходным сигналом (током якорной цепи). Однако дпя него характерна низкая точность определения Т- за счет того, что инЭдуктивное сопротивление якорной цепи при отключенном возбуждении на 20-40% меньше, чем при включенном возбуждении. Спедоватепьно на стопько же измеренное значение Тэ будет отпичаться от истинного, Тэ (истинной Т считаем Т, которая характериэзует переходные процессы в машине с подкпюченной обмоткой возбуждения, т. е.З окоторая опредепяет переходной процесс). Невозможно опредепение постоянной времени нестационарных звеньев, например, если якорь двигателя попучает питание тиристорного ипи ртутного выпрямителей, В этом случае в начапе процесса нарастания тока наблюдается режим прерывистых токов.Известно, что в режиме прерывистых токов эпектромагнитиая постоянная времени, обуоповпенная индуктивностью якоря, исчезает. Еспи же режим прерывистых токов занимает только часть кривой разгона, это также ие позволяет применять предложенный способ, так как поттученное значение Тэ будет отие сено ко всему диапазону изменения тока,608233Гсвг режим прерывистых токов составпяетпоповину всего изменения тока, измереннаяэлектромагнитная постоянная времени умень-.шается в два раза по сравнению систинной,Имеется вероятность создания аварийныхрежимов:а) двигатепь при.лапом статическоммоменте за счет остаточного магнитноготока может пойти в разнос;б) может быть испорчен коппектор нмогут подгореть щетки, так.как дпя опредепения Т, ток обычно изменяют от нулядо номинального.Способы, основанные на анализе осциппограмм на вращающейся машине, устраняютвсе принципиапьные недостатки, присущиеспособам, основанным на анапиэе осциппограмм. на неподвижной машине.По этим способам опредепяют характерные точки на осциппограмме тока, Например, разбивают.ось времени на равные ннтервапы, апиной Ь и находят. пюбые три.рядом стоящие ординаты 1, 1, 1 Затем определяют отношение токов/ХХи путем соответствующих расчетов опреде-. 25пяют Тя,Однако процесс опредепенияТ, связаниый с необходимостью снятия осциппограмм,нахождением на этих осциппограммах характерных точек и проведением расчетов, дпи- зСтепен.Точность опредепения Т невысокая, таккак испоа зуют топько нескопько характерных точек из осцнппограмм, что приводитк потере информации, поскопьку Т опреде- Ззпяется всей осциппограммой тока.Кроме того, опредепение параМетров уравнения (эпектромагнитной постоянной) поего решению (осциппограмме тока) относится к спабо корректным задачам: маним фошибкам в опрежпении характерных точексоответствуют бопьшие ошибки в опредепениипостоянных времени;При проведении расчетов необходимойопьзоваться справочными кривыми ипи стрэф 5ить графики, что неудобно. Автоматизациярасчетов затруднитепьна, так как спожноопредедять характерные точки и вводитьсправочный материап. Невозммкио опредепеиие Т при праизвопьном напряжениисигнапа,5 О3подаваемого на якорь двигатепя, а такжеопредепение Тна отдепьных участках кривой разгона, т. е, невозможно опредепить Тдпя иестациоиарных систем При питании двигатепя От тиристорного выпрямитепя егоследует рассматривать, как нестационарноезвено,ния напряжения, тока якоря и скорости вращения электродвигатепя, масштабированиеизмеренных сигнапов и вычисление искол 1 ойвопичнны 31,Такой способ поэвопяет по осциппограмме тока() и скорости ИЬ)от времени,снятой при подаче скачка напряжения преобраэоватепя на вращающийся двигатель безприменения номограмм, выпопняя лишь расчеты по простым формулам, опредепнть постоянную Т,Этот способ явпяется наиболее близкимк предпоженному по технической сущности.По сравнению со способом 2 этот спо, соб характеризуется меньшей ошибкой, таккак электромагнитная постоянная времениопредепяется всей кривой переходиого процесса.Недостатками этого способа явпяются:дпитепьность времени опредепения Т ; связанная с обработкой осцилпограмм сложность применения автоматизации расчетов,так как необходимо определять производнуютока по времени; невозможно опредепениеТэ на участке кривой разгона, так как приняточто процессы, протекающие в двигатепе, описываются линейными днфференциапьными уравнениями, т. е. искпючается режимпрерывистых токов и изменение индуктивного сопротивпения двигатели от тока двигате пяфОднако способ обладает недостаточнойточностью особенно в режиме прерывистыхтоков, так как не учитывается нелинейноеизменение индуктивных сопротивлений оттока двигатепя и на конечном результатесущественно сказывается форма входногосигнапаеЦепью изобретения явпяется повышениеточности определении эпектромагнитной постоянной времени Т якорной цепи эпектродвигатепя,Это достигается тем, что.по предпоженному способу задают начапвное 3 конечноеЗ значения тока. якоря, формируют сигнап, равный разности напряжения якоря исигнапов, пропорциональных току якоря искорости эпектродвигатепя, интегрируютэту разность, измеряют напряжение ЬО,пропорциональное интеграпу разности замеренных сигнапов, а искомую вепичину постоцтюной времени находят по формупеКьОтэ С 1 1)Кгде Ц - активное сопротивление якорной цепиХ - масштабный коэффициент, Известен также способ опредепения поо тоянной времени Т якорной цепи эпектродви- о э гатепя постоянного тока, включающий камереПереходные процессы в двигателе описыва ются спедующим уравнениемУаЕ+ й+418й)) Сц-и- хк) а. "С 1 м-тк), иФ,1где 3 Н начальное значние тока, соотве 1- 1 Оствующие началу процесса интегрированияири)ЗК -конечное значение тока, соответствующее концу процесса интегркрования при 1 я,Решая уравнение (2) относительно Типолучаем20- ЕЯ) ЫТэ1 3-1 Вк н 20гдеТ.ф д -электромагнитная постоянная времени якорной цепи. Дия определения Т необходимо иметь сигналы пропорциональныеЦ,Е,З 3 взятые с соответствующими ма.сш 25табами. Сигналы, пропорциональные Ц, 2 Яможно непосредственно снять с двигателя,сигнал, пропорциональный Е можно снять стахогенератора. Последовательность операциипри определении Т спедукжцая: проводят мас О;штабировакие интегрируемых сигналов, устанавливают Разность начального.ЛКи конечного значений токов что определяет диапазон дпя измерения Тэ,по произвольному закону (можно и скачком) изменяют питающеевходное) напряжение до установившегосязначения. Подают на вход прибора сигналы,пропорционапьные входному (питаюшему) ивыходному (пропорциональные току) напряжения двнГатепя. Напряжение, пропорциональное оборотам двигатепя, снимают с тахогенератора, Интегрируют разность междувходными напряжениями инапряжениями,пропорциональными току и оборотамдвигателя.Значение эиектромагкитной постоянной времени поиучают ка выходе интегратора.На чертеже схематически изображеноустройство, реапизуккцее предпожекный способ,Устройство состоит из электродвигателя 1, тахогенератора 2, сумматора - интегратора 3, перекпючатепя 4,масштабного блока 5, показываапего прибора 6, репейного блока 7 нерекпючатепя 8,релейного блока 9, перекпючатепя 10, за-.мыкающего ключа 11, размыкающего кпюча 12 и резисторов 13-15.Первая операция - масштабирование, Чтобы ошибка в опредепенни была минимальной, необходимо все сигналы выставитьс одинаковыми коэффициентами (масштабами)пропорциональности, Сама величина козф фициента пропорциональности не играет роли, так как Т,определяется как частное. От деления ко выражению (3).Масштабы О,Е Моиределяются таким образом, чтобы величина сигнала 0 стклокииа стрелку показывающего прибора 6 на всю шкапу, а сумма сигналов 6 нЗРбыиа равна и противоположна сигнапу Ц, т.е. чтобы в установившемся режиме выполнялось соотношение: ц" к "3 Й . ОПри проведении масштабирования ка вход исследуемого электродвигателя 1 ио дается напряжение О от постороннего источника, Двигатель начинает вращаться. Сзиектродвигатепя 1 на вход устройства подаются три сигнапа: один сигнал пропорционален прнпоженнОму напряжению к яко рю двнгатепя - вход Ц; второй сигнап пропорционален оборотам двигатепя - вход Е; третий сигнал пропорционаиеи току дввгатепя - вход 3 Р. Скгнаи Еможег сниматься с тахогенератора, сигнап ЛЙ - с шунта или добавочного еопротивпекия якорной цепи, Когда обороты двигателя достигнут установившегося режима, необходимо произвести масштабирование, т. е. выставить коэффициенты передачи по входам О, Е,З В . (1 пя этого сумматор - интегратор 3 перекшочатепем 4 (положение Х ) переводят в режим суммирования и, изменяя коэффициент передачи масштабного блока 5 по входу(изменение коэффициента передачи осуществляется резистором .13), добиваются откпонекия стрелки показываккцего прибора 6 на всю шкапу. Затем опредепяют коэффициент иере дачи по входу Е, предварительно найдя коэффициент пропорцнонапькости между напряжением тахогенератора и напряжением подаваемым на вход двигатепя. Изменение коэффициента передачи ио входу Е осуществпяется резистором 15Так как сигналы О и Ь протнвокопожиы познаку, оставшееся напряжение сумматора -интегратора 3 необходимо компенсироватьсигкапом Я, изменив резистором 14 коэффициент передачи по входу ЗК.Лакее спедует в том же масштабе откалибровать все величины, входящие в знаменатель, Так как нам известен сигкапхОпостОГО хода и известно, ка сколько депений откпокииась стрепка показывающегоприбора 6 От этого сигнала, то, задавшнсь начальным значением тока 3,определяем в том же масштабе порог срабатывания ре- ,пейноГО блока 7 Йпи этОГО переключатель 8 переводим в режим капибровки (положение К) и, изменяя напряжение питания О откионяем стрелку показывавшего при-кбора на нужное чнспо делений, После этогоприбор по кацапу О откапибровац и переключатель 8 переводится в режим работы (попожение Р). Аналогично производят калибровку порога срабатывания релейного блока 9 по кацалуЦ (переключатель 10 в положении К) задаются конечным значением тока Зизменяют напряжением питания О стрелка показывающего прибора отклоняется на нужное количество делений.Вторая операция - измерение, Переключатели 8 и 10 переводят в положение работа (положение Р)., а переключатель 4 в положение .Отключают двигатель 1 от напряжения до полной его остановки, Затем по произвольному закону (можно и скачком) изменяют питающее напряжение до установившегося значения. г 1 пя обеспечения минимальной ошибки желательно питавшее напряжение изменять до 0,при котором происходит калибровка, При подаче напряжения на , двигатель появляется динамический ток (сигнал ;гй) и начиная.т расти обороты (появляется сигнал Е). Разность сигцаповУ-Б-Зйицтегрируется в течение времени Ь 1=1 -, Время Ф. соответствует началу рабочего участка в25 определении Т , Начало рабочего участка определяется величиной ЗК (д - начальный ток при определении Тэ). Время 1 соответствует концу рабочего участка. Конец рабочего участка определяется величиной ЗЯИ к- конечный ток при определение Т ). Таким образом, при достижении током двигателя значения г интегратор включается, а при достижении значения 3 выключается. При такой работе схемы время интегрирования 41 составляет произвольную величинуНачало интегрирования определяется появлением сигнала на выходе репейного блока 7 в качестве которого может быть использован усилитель с положительной обратф4 О ной связью. Репейный блок 7 имеет два входа: ц "задающий блок и гк-вход определяемый текущим значением тока. Когда напряжениеЛР достигает величины Ц,ца выходе репейного блока 7 появляется напряжение и срабатывает замыкающий ключ 11. Интеграторсумматор 3 начинает процеСс интегрирования функции О-Е Ж .Конец интегрирования определяет,я появлением сигнала на выходе релейного бпо ка 9, в качестве которого может быть использован усилитель с положительной обратной связью. Репейный блок 9 имеет два входа; 0к задающий вход и Вход 3 Й Когда напряжение 3 к достигнет величины О. кнаЫ выходе релейного блока 9 появляется напряжение и срабатывает размыкающий ключ 12. Срабатывая, размыкающий ключ 12, отключает интегратор - сумматор 3 от масштабного блока 5, и процесс интегрирования 60 заканч;.вается, Если выполнить операцию делеция ггоказония иоклзыпаюгцого прибора 5 ца диапазон измецеция динамического тока от г, до Эг, т. е, выполнить деление согласно выражению (3), получим величину ТТаким образом, с помощью предложенного способа можно определять электромагнитные постоянные времени ца вращающемся двигателе. Это значительно сокращает время наладки промьпплеццых систем регулирования и по.гвопяет на этих системах добиться оптимального режима работы за более короткий срок эксплуатации. Кроме того, по срав- .нению с известным, предложенный способ обладает следующими преимушествами; повышается точность определения постоянных времени за счет учета изменения индуктивного сопротивления якорной цепи при включении тока возбуждения;возможно определение постоянных времени нестациоцарных звеньев;исключается возможность создания аварийных режимов,формула изобретенияСпособ определения электромагнитной постоянной времени якорной цепи эпектродвигатепя постоянного тока, включающий измерения напряжения, тока якоря и скорости элект родвигателя, масштабирование измеренных сигналов и вычисление искомой величина о т и и ч а ю ш и й с я тем, что, с цепью повышения точности, задают начальное 3 и конечноег означения тока якоря, формируют сигнал, равный разности напряжения якоря и сигналов, пропорциональных току якоря и скорости электродвигателя, интегрируют эту разность, измеряют напряжение Ь О, пропорциональное интегралу разности эамеренных сигналов, а искомую величину постояной вре.мени находят по формулеКд О э 11 -1)ч где к - активное сопротивление якорной цепи;К - масштабныгй коэффициент.1 сточники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Авторское свидетельство СССРЖ 166541, кп,05 В 23/02 1962,2, Ямпольский й. С, и др, Определениединамических параметров эпектроприводаФпостоянного тока, МЭнергия 1971,с. 14-20.3. Еланчик Б, И, Экспериментальноеопределение динамических параметров привода постоянного тока "Эпектротехнич". ,аяпромышленностью вып. 7, серия "Эггектропривод, 1971, с. 21-23.608232 ан оров авитель В Редактор Е. ПодиСовета Микрыт ий аказ 2811/37 Тираж 8921 НИИПИ Государственного комитетапо аепам изобретений и от113035, Москва, Ж, Рауш исиое истров ССР 4/5 н род, уд. Проектная 4 шап ПГП Патент, г. ова Техрен Э. Чужик КорректорС. Ямалова