Система управления реверсивным тиристорным электроприводом

Союз Советских Социалистических РеслублинО П И С А Н И Е 156629 зИЗОБРЕТЕНИЯ втафскому свидатедьст вт. свил-ву ительн) Заявлено 20,05.75 (21) 2141381/07 51) М Кл Н 02 Р 5/1 явки Ие с прнсоеднне (23) Прнорите Гааударствение 1 й камитеВааета Миннатрав СССРаа делам нзабретеинйи аткрытнй 53) УДК 621 313 2,77, Баллетень кования онисания02.00.7 б) Дата оп 2) Авторы изобретен ьников и В. Д. КочетЕ. В.(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЙ РЕВЕРСИВНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ1 2Изобретение относится к системам управвсплесков управляющего напряжения на реления реверсивными тиристорными электро- гулирующих операционных усилителях, содерприводами с раздельным управлением груп- жаших конденсаторы в цепях обратных свяпами тиристоров преобразователя, в которых зей,главное: минимальное время протекания пе- к Кроме тогой при изменении коэффициенреходиых процессов в режиме прерывистых та усилены не учитываются длительность, амтоков, величина бестоковой паузы при ре- плитуда пульсаций тока н степень рассоглаверсировании групп тиристоров, обеспечение сования регулировочных характеристик от;йадежной остановки приводного двигателя дельных групп тиристоров.при нулевом задании и при одновременном 1 а Известны системы, имеющие дополнительобеспечении безлюфтовой регулировочной. ха- нута связь с технологическим оборудованиемрактеристики тиристорного преобразователя, для учета возмущений со стороны этого обо-,Иевестны равнинные устройства, с поыо рудовання 2, Однако такие системы сиоышью которых решаются отдельные из ука- ны, и в каждом конкретном случае нвобхозанных вопросов, 1 Ь димо принимать отдельные решения, ВопроИзвестны, например, адаптивные регуля- сы, связанные с исключением ползучеститоры, имеющие видоизменяюшуюся переда- скорости двигателя, уменьшением бестоточную функцию ттрн переходе к регулирова- ковой паузы при переключении групптинию в режиме прерывистых токов от режи- ристоров в таких системах не решаются,ма непрерывного тока 1. 9) Из известных систем управления наибоСистемы с адаптивным регулятором ха- лее близкой к предложенной по техническойрактеризуются сложностью, а также труднос. сущности является система, содержащаятью при ббеспечении процессов высокого ка- двухконтурную ыстему регулирования, сосчества в моменты скачкообразного переклюйв тоящую из регуляторов скорости н тока,ченчя структур, связанными с наличием я 5 датчиков скорости и тока, логического пе 3реключаюшего устройства, связанного черездатчик проводящего состояния тиристоров стиристорами преобразователя, а также систему фазового управления, подключенную первым и вторым входакж через аналоговыеключи 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- Оходам логического переключающего устройс"гва 31,Эта система содержит включенное между регулятором тока и устройством фазового управления нелинейное звено для компенсации нелинейности регулировочной характеристики преобраэавателя,Устройство линеариэации выполнено совместно с регулятором тока на одном операционном усилителе, имеющем нелинейнуюсвязь, цепь которой подключена к выходудатчика э,д,с. двигателя.Система управления не обеспечивает устойчивое положение нулевой скорости вращения двигателя и высокое качество переходных процессов. Это связано с тем, чтопри наличии помех и доейфа нуля усилителявыход регулятора тока из-за его значительного коэффициента усиления в области малых сигналов не может быть нулевым (соответствующим нулевому значению скорости).Подача сигнала э.д.с. в цепь обратнойсвязи регулятора тока равносильна наличиюположительной обратной связи по скорости,что снижает точность регулирования по скорости. Кроме того, при ударном приложениинагрузки к двигателю, работающему в режиме холостого хода (в режиме прерывистыхтоков), происходит резкое снижение скорости, что недопустимо для большинства техно- флогических процессов.Цель изобретения - обеспечение устойчивой нулевой скорости вращения приводногодвигателя и повышение качества переходныхпроцессов,Это достигается тем, что к выходу датчика э.д.с. подключен выпрямитель, выходкоторого через ключевой элемент соединенс третьим входом системы фазового управления.На фиг, 1 изображена функциональнаясхема предложенной системы управления;на фцг. 2 - функциональная схема системыфазового управления; на фиг, 3 - регулиро 55вочная характеристика системы фазового управнения.На чертежах: 1 - регулятор скорости;2 - регулятор тока; 3 - датчик э.д.с. двигателя; 4 - датчик тока; 5 - логическоеперек:цочаюшее устройство; 6 - датчик про 60 водящего состояния тиристоров; 7 - выпрямитель; 8, Я - аналоговые ключи; 10 - клю.чевой элемент; 11 - система фазового управления; 12, 13 - выходные устройства;14 - реверсивный тиристорный. преобразователь; 15 - группа вентилей направленияВперед"; 16 - группа вентилей нанравленияНазад"; 17 - фаэосдвигающее устройство18 - блок сдвига импульсов; 19 - преобразователь уровня управляющего напряжения;3 и - начальное напряжение, соответствующее начальному углу управления; 0- напряжение управления (выходное напряжениерегулятора тока; Оо - напряжение, необходимое для смещении импульсов по фазе вдиапазоне , где 3 П - фазность преобра 27 Гзователя; О, - напряжение выпрямителя;Ц - напряжение инвертора; /5 / - э.д.с.двиггателя,Сйстема регулирования (см.фиг. 1) содержирегулятор 1 скорости, подключенный входами к источнику э щего напряжен Оруди выходу датчика 3 э д,с. К выходу регулятора скорости подключено логическое переключаюшее устройство (ЛПУ) 5 и регулятор 2 тока вторым входом соединенный свыходом датчика 4 тока. Логическое переключающее устройство 5 связано с тиристорным преобразователем 14 через датчик 6проводящего состояния тиристоров.Выход регулятора 2 тока через аналоговые ключи 8 и 9 соединен соответственнос первым и вторым управляющими входамисистемы 11 фазового управления (СфУ),которая через выходные устройства 12 и13 управляющих импульсов подключена кгруппам вентилей 15 и 16 реверсивногопреобразователя 14, Цепь запирания ключа8 соединена с цепью эапирания устройства12, .а цепь эапирания ключа,9 - с цепьюэапирания устройства 13. Цепи запиранияподключены к выходам ЛПУ 5. Третий входсистемы 11 фазового управления через последовательно включенные ключевой элемент10 и выпрямитель 7 связан с выходом дагчика эц.с. 3 двигателя.Система 11 фазового управления (см.фиг. 2) состоит из преобразователя 19уровня управляющего напряжения фазосдвигаюшего устройства 17 и блока 18 сдвига импульсов, Преобразователь 19 одним выходом соединен с управляющим входом фаэосдвигаюшего устройства 17 и двумя выходами - с управляющими цепями 20 и 21блока 18. По одному из входов преобразователя 19 подается напряжение управленияЦ, по второму - напряжение .Ои, определяющее начальный угол управления преобразователя при О=-О, На другие входы преобразователя 19 подаются напряжения ОоРегулировочная характеристика системы фазового управления состоит нз трех интер 50 валов, где каждый интервал составляет мак-- 2 Тсо симально величину 1(60 - для трехфазного мостового преобразователя), равную дискретности преобразователя и интервалу55 между входными синхронизируюшими импульсами СФУ с частотой п 1 . СФУ производит сдвиг импульсов по фазе максимально на27 Свеличину . Напряжение управления для сдвига импульсов в этом интервале состав 60 ляет О . Полному диапазону регулирования 6о180 соответствует напряжение управленияОу 3 У,Т1 ак как в устройстве 17 фазосмешениеимпульсов максимально составляет величину - , то для получения угла управленияд.Ж сигнал управления,поступающий навход устройства 17, должен быть равен нулю в момент, когда фазовый сдвиг импульсов достигает величины - , а напряжение27 Суправления - величины, О,Одновременно в преобразователе 19 вырабатывается логический сигнал, доступающий по цепи 20 на вход блока 18, которыйосуществляет переключение импульсов, поступающих с устройства 17 на один разрядтак, что фаза импульсов на выходе блока2 й 18 в данный момент остается равнойПри увеличении уровня О, О)О ) усторойство 17 вновь осуществляет сдвиг импульсов в диапазоне. под воздействиемсигнала управления О = ОО , а фаза им-,опульсов на выходе блока 3.8 равна 2 - .1 иЛогический сигнал вырабатывается на цепи21. В функции этого сигнала производитсяпереключение импульсов по выходам блока 18 еще на один разряд, а сигнал на выходе устройства 17 вновь пршпгмает нулевое значение, Следовательно, сигнал управления, поступающий не устройство 17,имеетвид 0=3 у(3)-)3 о, Фаза импульсов навыходе Сф У равна Х =О - Ю (Зф (3 ц)- )( (3 3а фауа импульсу на выходе блока 18 -А -" Ко(; - Кф+ О, )-Оо, гдеЯ - коэффициент преобразо аннязл Гад./3)При таком законе фазосмешеция управляющих импульсов обеспечивается повторнаявыдача импульсов ца выходных шинах блока 18 в динамике, что исключает потерюипформации в системе 11 фазового управления и позволяет при одном комплектеэтой системы достичь беетоковук паузу припереключении групп вентилей по величинене более, чем интервал дискретности преобразователяПри нулевом задании скорости (Од =О)угол управления с. преобразователя устанавливается благодаря напряжению (3 таким,нчто выходное напряжение преобразователяравно нулю (О, =О), Зтот угол для трехфазной мостовой схемы преобразователя ималой индуктивности якорной цепи двигатеоля равен или бо,;ьще 120 и соответствуетточке;"й" на регулировочпой характеристике(см. фиг, Э). При этом порог срабатыванияфиксатора уровня, вырабатывающего логический сигнал, поступающий на вход блока18 по цепи 21, равен 1,5 (3 о, что соответствует углу управления о о. Порогсрабатывания задается с помощью потенциометра (см, фнг 2) при насыщенном тран зисторе ключевого элемента 10. Транзисторколлекторным выходом через резистор подключен к выходу потенциометра и шунтирует его выход.При задании скорости (ОО) с выхода регулятора 2 тока поступает напряжение .О которое, алгебраически суммируясь с напряжением 0, вызывает изменение угла управления при малом уровневходного сигнала (от,С(.120 о до:о(, =90 о)В соответствии с участком Об )характеристики (см. фиг. 3) й при дальнейшем увеличении напряжения О в сторонуменьших углов и большего выпрямленногонапряжения Ц по закону, определяемомупараметрами системы регулирования и линейной регулировочной характеристикой системы фазового управления (см, фиг, 3). Изменение угла управления от 120 до 90 опри незначительном уровне напряжения Робеспечивает быстрое прохождение зоныпрерывистых токов и высокую скорость нарастания тока разгона двигателя. При появлении э.д.с. двигателя с выхода датчикаэ.д.с. снимается сигнал на вход ключевогоэлемента 10, Этим сигналом осуществляется запирание транзистора элемента 10, исвязи с чем порог срабатывания фиксаторана входе преюбразоввтепя 19 (см. фиг. 2)увеличивается до 2 0 о, что приводит клинейной зависимости угла управления отвеличины сигнала управления (см, фиг. 3характеристика для /Е/О),Эта характеристика соответствует линей. ному согласованию регулировочных характеристик групп тиристоров преобразователяпри котором углы управления группами Аи А, связаны уравнением с(, +А =180 о илиари обеспечиваются близкие по значениям э,д,с, выпрямителя и э.д.с. инвертораО. = О . Линейное согласование харакв нтеристик обеспечивает быстрое нарастаниетормозного тока двигателя.При установлении двигателя в режим холостого ходя при каком-либо значении скорости в связи с несоответствием среднегозначения выпрямленного напряжения преобразователя и э,д,с, двигателя происходитувеличение скорости выше заданной, что11 риводит к изменению знака выходного напряжения регулятора скорости и благодаряпереключению ЛПУ к включению инверторной группы преобразователя,Снижение скорости за счет включенияинверторной группы вновь вызывает включение выпрямительной группы преобразоватепя. Следовательно, в режиъл холостогохода через двигатель в связи с линейнымсогласованием характеристик и высокой цаствительностью ЛПУ устанавливается знакопеременный начально-непрерывный ток и,следовательно, зона прерывистых токовсущественно уменьшается,Уменьшение зоны прерывистых токовобеспечивает высокое качество переходных10 процессов, равноценных процессам в режиме непрерывного тока. При этом настройкасистемы регулирования осуществляется попринятому техническому оптимуму, начальныйугол управления (точка "О на фиг. 3) дпя15 повышения помехозащищенности должен бытьболее 120 о. формула изобретения2 ФСистема управления реверсивным тиристорным электроприводом, содержащая регулятор скорости и регулятор тока с подключенными к их входам соответственно датчи 2 ками э.д.с. и тока двигателя, логическоепереключающееустройство,подключенное вхог - .ждом к выходу регулятора скорости и черездатчик проводящего состояния тиристоровк тиристорам преобразователя, одноканальнуюЗО систему фазового управления, подключеннуюпервым и вторым входами через аналоговыеключи к выходу регулятора тока и связанную с группами тиристоров преобразователячерез выходные устройства, цепи включенияЗф которых объединены с цепями включенияаналоговых ключей и подключены к выходам,логического переключающего устройства,о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью обеспечения устойчивой нулевой ско"О рости вращения двигателя и повышения качества переходных процессов, к выходу даг.чика э,д,с. подключен выпрямитель, выходкоторого через ключевой элемент соединенс третьим входом системы фазового управф пения.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Автоматика ителемеханика % 11,1964, с. 1601.502. Шипилло В, П, Автоматизированныйвентильный электр ропривод "Энергия", 1969,с. 343,3. Поздеев А. Д, и др. Принципь: построения структур вентильного электроприводапостоянного тока. Труды ВНИИР, вып. 4,1974 (прототип).Составитель В. Кузнецова,Загребельная Техред А Демьянова . Кор Ред Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 актор Те ректор А. Ж"Заказ 2441/36 Тираж 917 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113038, Москва, Ж.-35, Раушская наб., д. 4/8