Способ регулирования тока вентильногоэлектропривода постоянного токаи устройство для его осуществления

О П И С А Н И Е 1 и 801215ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Со 1 оэ Советск ихСоциалистическиеРеспублик(51)М, Кл. Н 02 Р 5/06 Ъеударотеанный комитет СССР до делам нзобретеннй н открытнй(72) Авторы изобретения Н. Н. Александров, М. Н. Анисимов, А. В. Бирюков, С. К, Козырев,с А. Н. Ладыгин и В. М. Хуторецкий 71) Заявитель ЬНОГО.ЭЛЕКТРОПРИ Я ЕГО ОСУШЕСТВЛЕН ОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОХА ВЕ ТОЯННОГО ТОКА И УСТРОЙСТВ 54 выоирают очередную фазу сети, которая будет подкп тродвигатепю на следующ проводимости, непрерывн венные значения тока, с прогнозируют траекторию вают прогнозируемую тр с заданным максимальнь тока и по результатам счают к электродвиганапряжения сети, а пряжени элеквале ючен ем и яют мгноотор учето тока, ектори ю ток значением авнен нн телю вь такжеклю фазу ро ержаИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования тока нагрузки вентипьного электропровода постоянного тока.Известен способ регулирования тока нагрузки вентильного эпектроприводапостоянного тока, состоящий в том, что задают значение тока нагрузки и формируют синхронизированный 1 с напряжениемсети сигнал развертки, измеряют мгновенные значения тока нагрузки, открываю очередной тиристор преобразователя, когда сигнал развертки меньще или равен сигналу, сформированному из разности двух сигналов-задания и мгновенно го значения тока нагрузкиСигнал развертки формируется как периодиЧеская функция времени, форма которой на каждом периоде неизменна.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ регулирования тока вентильного электропривода постоянного тока, по которому на каждом интервале проводимости ство для осуществления способа, содщее блок сравнения, к первому входукоторого подключен блок задания, управляющий. элемент,.управляющий выход которого соединен с тиристорным преобразователем, выход тиристорного преобразователя через датчик тока подключенк якорной цепи электродвигателя вентильного электропровода, операционныйусилитель с жесткой и гибкой отрицатель:ными обратными связями, ко входу которого через первый и второй резисторыподключены первый и второй ключи со 3 80ответственно, третий резистор, выходоперационного усилителя соединен совторым входом блока сравнения, первыйдифференцирующий блок и элемент И сД.Недостатком известного техническогорешения является то, что при формировании траектории не учитывается величинаактивного сопротивления якорной цепии реальная форма силового напряжения.ЭДС электродвигателя учитывается косвенно, что также приводит к значительной погрешности. Все эти факторы в тойили иной степени изменяют фактическоезначение тока .по сравнению с заданным,что значительно влияет на процесс регулирования, уменьшая его точность и производительность электропривода в целом,так как пе дает возможности приблизитьрабочие режимы к установкам зашиты.Цель изобретения - повышение производительности электропривода путемповышения точности регулирования максимального тока,Поставленная цель в способе достигается тем, что дополнительно непрерывноизмеряют мгновенные значения ЭДС электродвигателя и текущие значения угланапряжения сети выбранной фазы, на каждом дискретном интервале времени, прикотором погрешность регулирования токане превосходит заданной , величины, потекущему значению угла напряжения сетиформируют сигнал равный напряжениюсети в ускоренном масштабе времени,выбираемом из условия обеспечения возможности задания половины периода напряжения сети на указанном интервалевремени, суммируют мгновенное значениеЭДС электродвигателя с полученнымсигналом и с сигналом текущего значениятока на его траектории, в качестве которого используют сигнал, пропорциональный интегралу полученной суммы по ускоренному масштабу времени, причем вкачестве начальных значений траекториитока и напряжения сети используют соответственно текущее значение .тока и напряжения сети в начале каждого дискретногоинтервала времени, а подключение к двигателю выбранной фазы напряжения сети наданном дискретном интервале времени производят в случае, когда значение токана траектории тока не превосходит заданного, максимального значения токаУказанная цель в устройстве достигается тем, что устройство дополнительно снабжено блоком задания текущегозначения угла в очередной фазе, третьимключем и счетчиком, вход блока эада 1215 4 10 15 20 25 30 35 40 455055 ния текущего значения угла связан с информационным выходом управляющего элемента, а выход блока задания текущего значения угла в очередной фазе через третий ключ соединен со входом счетчика, датчиком ЭДС, выход которого соединен с первым ключем, четвертым ключем, первым и вторым гене - ратором, вход которого через первый дифференцируюший блок соединен со входом .счетчика, второй вход которого соединен через четвертый ключ с первым генератором, цифроаналоговым преобразователем, пятым ключем, преобразователем "число-число", вход которого соединен с выходом счетчика, а выход через цифроаналоговый преобразователь, пятый ,ключ и третий резистор соединен со входом операционного усилителя, блоком памяти, вход которого подключен к выходу датчикатока, а выход - ко входу второго ключа, триггером, первый вход которого связан с выходом блока сравнения, а выход - с первым входом элемента И, выход которого соединен с входом управляющего элемента, элементом "НЕ", выход которого соединен со входом второго дифференцирующего блока и управляюшим входом первого, четвертого и пятого ключей, причем управляюшие входы второго, третьего ключей, блока памяти и входы элементов И, НЕ соединены с выходом второго генератора.На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализирующего способ регулирования тока вентильного электропривода постоянного тока.Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.В начале каждого дискретного интервала времени, при котором погрешность регулирования тока не превосходит заданной величины, выбирают очередную фазу напряжения сети, которая подключена к электродвигателю на следующем интервале проводимости. Непрерывно измеряют мгновенные значения тока, мгновенные значения ЭДС электродвигателя и текущие значения угла напряжения сети выбранной фазы, Далее определяют траекторию тока, начало которой равняется заданному мгновенному значению тока, при этом учитывают величину активного и реактивного сопротивлений якорной цепи.Для определения этой траектории выбирают в ускоренном масштабе времени сигнал, равный силовому напряжению сети, начальнаь фаза которого рав801215 на заданному текущему значению угла в начале дискретного интервала. Ускоренный масштаб времени выбирают таким образом, чтобы обеспечить возможность задания участка кривой напряжения сети, равного по продолжительностиполовине периода. Определяемая траекторйя тока соответствует изменению тока, которое имеетместо, если подать импульс включения в данный момент.Для ее нахождеО ния вырабатывают сигнал, равный сумме текущего значения ЭДС и заданного в ускоренном масштабе времени напряжения сети. Этот сигнал увеличивают на величину сигнала, равного текущему зна.5 чению тока на его траектории, и вырабатывают результирующий сигнал, равный интегралу по тому же ускоренному масштабу времени. Этот результирующий сигнал используется в качестве текуще го значения траектории тока.Затем сравнивают полученную таким образом прогноэируемую траекторию тока . с заданным максимальным значением тока. Если траектория превосходит за данное максимальное значение тока, то этот факт запоминается и хранится до конца интервала дискретности, На основании запомненной информации на интервале решается вопрос о выработке импульса включения. Если любая точка на траектории. тока не превосходит величины заданного максимального значения тока, то на интервале вырабатывается импульс включения.35После выработки импульса задают текущие значения угла в следующей очередной фазе, и процесс повторяется.Устройство, реализирующее предлагаемый способ, содержит блок 1 сравнения,40 управляющий элемент 2, выход которого соединен с входом тиристорного преобразователя 3, К выходу тиристорного преобразователя 3 подключена якорнаяцепь электродвигателя 4 постоянного45 тока через датчик 5 тока. Ко входу операционного усилителя 6 подключены первый 7, второй 8 и третий 9 резисторы, причем вторые концы первого и второго реэистЬров соединены соответственно с выходами первого 10 и второго 1150 ключей. В цепи отрицательной обратной связи установлен конденсатор 12. Выход операционного усилителя соединен с одним концом четвертого резистора 13 и со вторым входом блока 1 сравнения.Изменяется элемент И 14 и первый дифференцируюший блок 15. Вход блока 16 задания текущего угла в очередной фазе 6соединен с информационным выходом управляющего элемента 2. С электродвигателем 4 связан датчик 17 ЭДС, выход которого соединен со входом первого ключа 10, Первый вход счетчика 18 через третий ключ 19 соединен с выходом блока 16 задания текущего угла в очередной фазе. Второй вход счетчика 18 через четвертый ключ20 соединен с выходом генератора 21, а третий вход соединен через первый дифференцирующий блок 15 с выходом второго . генератора 22. Вход преобразователя "число - число 23 соединен с выходом счетчика 18, Вход цифрового преобразователя 24 соединен с выходом преобразователя "число-число" 23, а выход через пятый ключ 25 связан со вторым концом третьего резистора 9, Вход блока 26 памяти соединен с выходом датчика 5 тока, а выход подключен ко входу второго ключа 11. Первый вход триггера 27 связан с выходом блока 1 сравнения, а его выход - с первым входом элемента И 14, выходом соединенного со, вторым входом управляющего элемента 2. Выход второго дифференцируюшего блока 28 соединен со втооым входом триггера 27. Выход, элемента НЕ 29 связан со входом второго дифференцируюшего блока 28, с управляющим входом первого 10, четвертого 20 и пятого 25 ключей. Управляющий вход второго 11, третьего 19 ключей, блока 26 памяти, входы элементов И 14, НЕ 29 соединены с выходом второго генератора 22. Второй конец четвертого резистора 13 соединен со входом операционного усилителя 6,Устройство работает следующим образом.С помощью управляющего элемента 2 формируется дискретный интервал времени, на котором выбирают очередную фазу напряжения сети, которая будет подключена к электродвигателю 4 на следующем интервале проводимости. Датчики тока 5 и ЭДС 17 непрерывно измеряют соответственно мгновенные значения тока и ЭДС двигателя, и с помощью блока 16 задания текущего угла в очередной фазе формируют текущее значение угла напряжения сети выбранной фазы. Это значение угла по сигналу генератора 22 и первого дифференцируюшего блока 15 через ключ 19 вводят в счетчик 18 в качестве исходного состояния и формируют текущий угол напряжения сети в ускоренном масштабевремени, определяемом частотой . гене,ратора 21 иэ условия обеспечения возможности задания половины периода напряжения сети на данном дискретноминтервале времени. Эта частота подается на счетный вход счетчика 18 черезключ 20. По сигналу генератора 22 спомощью ключа 11 от датчика 5 токачерез блок 26 памяти на вход операционного усилителя 6 подается значениетока в начале дискретного интервалавремени. Одновременно с помощью элемента НЕ 29 и второго дифференцирующего блока 28 триггер 27 устанавливается в единичное состояние.Затем по сигналу генератора 22 черезэлемент НЕ 29 с помощью ключей 10и 25 на вход операционного усилителя6 подается для суммирования сигналдатчика 17 ЭДС и сигнал, пропорциональный напряжению сети в ускоренном масштабе времени, с выхода счетчика 18через преобразователь "число-число" 23и цифроналоговый преобразователь 24.Суммарный сигнал преобразуется операционным усилителем 6 с гибкой ижесткой отрицательными обратными связями в прогнозируемую траекторию токаи подается на вход блока 1 сравнениядля сравнения с заданным максимальнымзначением тока.В результате сравнения на каждомдискретном интервале времени триггер 27 устанавливается в нулевое со . -стояние при превышении траектории токавеличины задания .В конце интервала дискретности спомощью элемента совпадения И 14 проверяется состояние триггера 27 и, еслитриггер 27 остался в единичном состоя, нии, то через управляющИ элемент 2 итиристорный преобразователь 3 подается к двигателю выбранное напряжениесети,Таким образом, в предлагаемом способе и устройстве, его реализующем,обеспечивается (без учета физическихограничений) достижение с требуемойточностью заданного максимального тока на одном интервале проводимости.Это оказывается возможным, так какв способе регулирования тока учитываются все факторы, влияющие на изменение тока на интервале проводимости(ЭДС электродвигателя, активное и реактивное сопротивление, форма и величина напряжения сети). Учет сопротивления цепи нагрузки и формы анодногонапряжения позволяет уменьшить погре шность до величины порядка 1% от номинального тока уставки в динамическом режиме, что дает воэможность в ряде применений, например электроприводе, приблизить рабочие режимы к уставкам защиты и повысить производительность.Точное управление током электропривода уменьшает избыточные нагрузки, что повышает срок службы оборудования, уменьшает затраты на ремонт и устранение последствий аварий. 15 Фор мула изобретения 20 25 39 35 49 45 59 1. Способ регулирования тока вентильного электропривода постоянного тока, по которому на каждом интервале проводимости выбирают очередную фазу напряжения сети, которая будет подключена к электродвигателю на следующем интервале проводимости, непрерывно измеряют мгновенные значения тока, с, учетом которых прогнозируют траекторию тока, сравнивают прогнозируемую траекторию тока с заданным максимальным значением тока и по результатам сравнения подключают к электродвигателю выбранную фазу напряженйя сети, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности электропровода путем повышения точности регулирования максимального тока, дополнительно непрерывно измеряют мгновенные значения ЭДС электродвигателя и текущие значения угла нвлряжения сети выбранной фазы, на каждом дискретном интервале времени, при котором погрешность регулирования тока не превосходит заданной величины, по текущему значению угла налряжения сети формируют сигнал, равный напряжению сети в ускоренном масштабе времени, выбираемом иэ условия обеспечения возможности задания половины периода напряжения сети на укаэанном интервале времени, суммируют мгновенное значение ЭДС электродвигателя с полученным сигналом и с сигналом текущего значения тока на его траектории, в качестве которого используют .сигнал, пропорциональный интегралу полученной суммы по ускоренному масштабу времени, причем в качестве начальных значений траектории тока и напряжения сети используют соответственно текущее значение тоха и напряжения сети в началекаждого интервала времени, а подключение к электродвигателю выбранной фа30 зы напряжения сети на данном дискретном интервале времени производят в случае когда значение тока на траектории тока не превосходит заданного максимального значения тока.2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержашее блок сравнения, к первому входу которого подключен блок задания, управляющий элемент, управляюший выход которого соединен с тиристорным преобразователем, выход тиристорного преобразователя через датчик тока подключен к якорной цепи электродвигателя вентильного электропривода, операционный усилитель с жесткой и гибкой отрицательными обратными связями, ко входу которого подключены через первый и второй резисторы первый и второй ключи соответственно, и третий резистор , выход операционного усилителя соединен со вторым входом блока сравнения, первый дифференцирующий блок и элемент И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности путем повышения точности регулирования максимального тока, оно снабжено блоком задания текущего значения угла в очередной фазе, третьим, четвертым и пятым ключами, счетчиком, датчиком ЭДС, первым и вторым генератором, цифроаналоговым преобразователем преобразователем "число-число, блоком памяти, триггером, вторым дифференцирующим блоком, элементом НЕ, причем вход блока задания текущего значения угла связан с информационным выходом управляющего элемента, его выход - через третий ключ с первым входом счетчика, второй вход которого через первый дифференцирующий блок - с выходом второго генератора, третий вход счетчика через четвертый ключ соединен с выходомфпервого генератора, а выход счетчика через преобразователь "число-число, цифроаналоговый преобразователь, пятый ключ и третий резистор связан со входом операционного усилителя, выход датчика ЭДС подключен к первому ключу, вход блока памяти соединен с выходом датчика тока, а выход - со вторым ключом, первый вход триггера связан с выходом блока сравнения, а выход - с первым входом элемента И, выход которого подключен ко входу управляющего элемента, выход второго дифференцнрующего блока соединен со вторым входом триггера, выход элемента НЕ соединен со входом второго дифференцирующего блока и управляемым входом первого, четвертого и пятого ключей, управляюшие входы второго, третьего ключей, вход блока памяти и выходы элементов И, НЕ соединены со вторым генератором. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР. Ткач одпи акаэ филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,г453/76ВНИИПИ Госудапо делам изо113035, Моск Тираж 741 рственного бретений ива, Ж,митета С Р тритий у ская наб д 4/5