Способ раздельного управления реверсивным вентильным электроприводом и устройство для его осуществления

,1354377 Н 02 Р 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ЗСЕСОНОИАФ13 ". 1 ИХЛОВ 07"ЕА К АВТОРСН СВИДЕТЕЛЬСТВУ ии ий,правлпреоб973,еянно(21) 3832221/24-07(56) Барский В.А. Раздельноение реверсивными тиристорнымиразователями. - М,: Энергия,с. 39.Данюшевская Е,Ю. Тиристорньверсивные электроприводы постго тоха. - М,: Энергия, 1970,с. 48-65.(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕВЕРСИВНЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к электротехнике н может быть использовано в системах с подчиненным регулированием Целью изобретения является повышение надежности за счет снижения перерегулирования и устранения бросков тока. Устройство содержит узел 20 сравнения, вход которого соединен с входом узла 1 сравнения. Выход узла сравнения подключен к второму входу логического переключающего устройства 15 и к третьему входу логического блока 19 управления, В данном устройстве устраняются броски тока в якорной цепи и снижается перерегулирование при реверсе тока. 2 с,п. 4-лы, 2 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частности к реверсивным эдектроприводам постоянного тока, оснащенным системой подчиненного регулирования скорости и реверсивным вентильным преобразователем с раздельным управлением, и может найти применение для механизмов, работающих с частыми реверсами момента в металлургической, бумагоделательной и других отраслях промьппленности.Цель изобретения - повышение надежности электропривода за счет снижения перерегулирования и устранения бросков тока.На фиг, 1 показана Функциональная схема электропривода, в котором реализован способ; на Фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие способ и работу устройства.Злектропривод содержит последовательно соединенные узел 1, сравнения, регулятор 2 скорости, узел 3 сравнения и регулятор 4 тока, систему 5 импульсно-Фазового управления, выходы которой через управляемые ключи 6 и 7 подключены порознь к управляющим цепям групп 8 и 9 вентилей "Вперед" и "Назад" реверсивного вентильного преобразователя 10, соединенного с якорной обмоткой эпектродвигателя 1 1, датчики 12 скорости и 13 тока якоря электродви; ателя, соединенные своими выходами соответственно с входами узлов 1 и 3 сравнения, включенный в цепь обратной связи регулятора 2 скорости управляемый ключ 14, логическое переключающее устройство 15, выходы которогс порознь соединены с управляющими входами управляемых ключей 6 и 7, а первый вход подключен к выходу датчика 13 тока, источник 16 постоянного напряжения и сумматор 17.Кроме того, электропривод содержит управляемый ключ 18, логический блок"9 управления и узел 20 сравнения, входы которого соединены с входами узла 1 сравнения, а выхэд подключен к второму входу логического переключающего устройства 15 и к третьемувходулогического блока 19 управления, первые два входа которого свяэа.ны с выходаии логического переключающего устройства 15, а выход соединенс управляющим вхсдом управляемого кпюча 14. Источник 16 постоянногонапряжения через управляемый ключ 18соединен с одним из входов сумматора 17 включенного между выходом регулятора 4 тока и входом системы 5импульсно-Фазового управления, приэтом управляющий вход управляемогоключа 18 соединен с управляющей цепью управляемого кпюча 7.Логический блок 19 управлениясодержит логический элемент ИЛИ-НЕ 10 21, элементы И 22-24, компараторы25 и 26 и релейный пороговый элемент27, вход которого соединен с инвертирующим входом компаратора 25, подключенного выходом к первому входу 15 элемента И 22, и с неинвертирующимвходом компаратора 26, подключенного выходом к второму входу элементаИ 23. Общая точка входов компараторов25 и 26 и релейного элемента 27 явля" 20 ется третьим входом логического блока 19 управления. Его первым входомслужит первый вход элемента ИЛИ-НЕ 21и второй вход элемента И 22, а вторым входом - второй вход элемента 25 ИЛИ-НЕ 21 и первый вход элемента И 23,Выходы элементов И 22 и 23 подключены к первому входу элемента И 24,второй вход которого связан с выходомрепейноГо порогового элемента 27, а 3 О выход соединен с выходом элементаИЛИ-НЕ 21 и с выходом логическогоблока 19 управления.Логический блок 19 управления реализует логическую зависимость напряжение на первомвходе логическогоблока управления;напряжение на второмвходе логическогоблока управления;напряжение на третьем входе логическогоблока управления,пропорциональноеошибке регулированияпо скорости;величина зоны нечувс".нительности блокауправления (релейно 135437735 го порогового элемента 27).На диаграммах (фиг. 2) представлены следующие временные зависимости: а - напряжение задания У, на входе системы регулирования; б - напряжение нг выходах первого и третьего узлов сравнения П, и П ; в - ток электродвигателя Т ; г - напряжение 10 Б, на выходе регулятора скорости; д - напряжение Б на выходе регулятора тока; е - напряжение Б, на первом выходе логического переключающе 11 го устройства; ж - напряжение 0 на 15 втором выходе логического переключающего устройства; з - напряжение У,. на выходе первого компаратора; и - напряжение Б на выходе второго компаратора; к - напряжение Б на вы ходе элемента ИЛИ-НЕ; л - напряжение 0 на выходе элемента И 22; м - напряжение Б на выходе элемента И 23; н - напряжение Б на выходе релейного порогового элемента; о - напря жение У на выходе элемента И 24; п - напряжение Б, на выходе логического блока управления.Способ осуществляют следующим образом. 30Допустим, что напряжение задания на скорость электродвигателя 11 изменяется по треугольной диаграмме (фиг. 2 а). До момента времени оно увеличивается. Логическое переключающее устройство 15 контролирует полярность напряжения ошибки регулирования по скорости на выходе узлов 1 и 3 сравнения и наличие тока в якорной. цепи электродвигателя 11 по напряжению на выходе датчика 13 тока и блокирует подачу импульсов управления на группу 9 вентилей "Назад" при помощи размыкания управляемого ключа 7, а также подает импульсы управления 45 на группу 8 вентилей "Вперед" с выхода системы 5 импульсно-фазового управления через замкнутый ключ 6, В момент времени 1, напряжение задания на скорость на входе узлов 1 и 3 сравнения 5 О начинает уменьшаться, В момент времени , изменяется полярность напряжения ошибки регулирования по скорости, и при превышении напряжением ошибки регулирования по скорости зоны нечувствительности логического переключающего устройства 15 и логического блока 19 управления в момент времени с появляется сигнал на переключение групп вентилей преобразователя 10. Одновременно логическийблок 19 управления осуществляет операцию блокировки входного сигналаконтура тока. На его выходе появляется сигнал логической единицы, которыйподается на управляющий вход ключа 14,ключ замыкается и закорачивает цепьобратной связи регулятора 2 скорости.Напряжение на выходе регулятора 2скорости скачкообразно уменьшаетсядо нуля (фиг. 2 г), а напряжение навыходе регулятора 4 тока скачкообразно уменьшается на величину пропорциональйой составляющей (фиг. 2 д). Поэто-;му ЭДС группы вентилей Вперед преобразователя 10 становится меньшеЭДС электродвигателя 11 в течение одного интервала дискретности вентиль-.ного преобразователя 10 и ток электродвигателя 11 форсированно спадаетдо нуля (фиг. 2 в).Замкнутый контур тока системы подчиненного регулирования за времяуменьшения тока электродвигателя 11до нуля отрабатывает нулевой задающий сигнал на входе и автоматическиосуществляет приведение выходного напряжения регулятора 4 тока к нулевым начальным условиям, т,е. к уров-ню, при котором среднее значение ЭДСгруппы 8 вентилей "Вперед" преобразователя 10 и ЭДС электродвигателя11 приблизительно равны между собой.Одновременно разряжается интегральная часть регулятора 2 скорости инапряжение на его выходе также привОдится к нулевым начальным условиям (фиг. 2 г,д),При достижении током нулевогозначения в момент времени 1 логиуческое переключающее устройство 15снимает импульсы управления с ранееработавшей группы 8 вентилей "Вперед"и блокирует подачу импульсов управления на обе группы вентилей преобраэователя 10 при помощи размыканияуправляемых ключей 6 и 7В течение времени установленнойбестоковой паузы С, необходимойдля надежного запирания ранее работавшей группы вентилей "Впередсигнал на входе контура тока и подача управляющих импульсов на обе группы преобразователя 10 остаются забло"кированными. Поэтому напряжения навыходе регуляторов 2 скорости и 4тока в течение установленной бестоко135 вой паузы остаются неизменными и соответствуют нулевым начальным условиям, сформированным в системе подчиненного регулирования для ранее работавшей группы 8 вентилей "Вперед",В момент времени С окончания бестоковой паузы логическое переключающее устройство 15 с помощью ключа 7 оСуществляет подачу импульсов управления на группу 9 вентилей "Назад" и изменяет входное напряжение системы 5 импульсно-фазового управления на величину ЬО = 28(м,-Т/2), где Б - крутизна нарастания пилообразного напряжения; М - угол начального согласования системы 5 импульсно-фазового управления, так как подюлючает к входу сумматора 17 через управляемый ключ 18 источник 16 постсянного напряжения.При раздельном управлении реверсивным вентильным преобразователем угол начального согласованиявыбио рается больше/2, т.е. углы регулирования групп вентилей преобразователя раздвигаются относительно Т/2 наугол Ы, -- . Это приводит к возникновению люфта в регулировочной харак теристике реверсивного вентильного преобразователя. Поэтому изменение входного сигнала системы 5 импульсно фазового управления на время работы группы 9 вентипей "Назад" на величинз/60=28 Й, - в ), соответствующую раздвижке углов регулирования групп вентилей, позволяет устранить люфт в регулировочной характеристике преобразователя 10 и осуществить переход от нулевых начальных условий, сформированных в системе подчиненного регулирования для групп 8 вентилей "Вперед" к нулевым начальным условиям в системе подчиненного регулирования для группы 9 вентилей "Назад" преобразователя 10 независимо от режима переключения групп вентилей.Одновременно снимается блокировка входного сигнала контура тока посред ством размыкания ключа 14 по команде из логического блока 19 управления. В результате этого напряжение на выходах регуляторов 2 скорости и 4 тока скачкообразно изменяется на величину пропорциональной составляю. щей этого напряжения (фиг. 2 г,д) и ЭДС группы 9 вентилей "Назад" стано 4377евится меньше ЭДС электродвигателя 1 1в течение одного интервала дискретности преобразователя 10, а токэлектродвигателя 11 возникает сразу. после окончания установленной бестоковой паузы.Это позволяет устранить неоднозначную зависимость напряжения преоб 10 разователя 10 от углов регулированиягрупп вентилей, существенно уменьшитьскачки напряжения, прикладываемого кнагрузке, при любых режимах переключения групп вентилей, повысить на 15 дежность электропривода,Устройство работает следующим образом.Допустим, что напряжение задания, на скорость электродвигателя 11 на20 входе узлов 1 и 20 сравнения изменяется по треугольной диаграмме (фиг2 а).До момента времени 1, оно увеличивается с постоянным темпом. Ток разгона двигателя при этом постоянный25 (фиг. 2 а), а скорость электродвигателя 11 возрастает с постоянным ускоре"нием.При этом ошибка регулирования поскорости на выходе узлов 1 и 20 сравЗ 0 нения имеет положительную полярность(фиг 2 б) и подается на третий входлогического блока 19 управления и навторой вход логического переключающего устройства 15, на первый входкоторого поступает сигнал с выходадатчика 13 тока. Такая полярностьошибки регулирования соответствуетпротеканию положительного тока, т.е.работе группы вентилей "Вперед". Логическое переключающее устройство 15находится в устойчивом состоянии,сигнал на переключение групп вентилейотсутствует, на первом его вйходеприсутствует сигнал логической единидцы, а на втором - логического нуля(фиг. 2 е,ж). Сигнал логической единицы с первого выхоца устройства 15 подается на первый вход логическогоблока 19 управления и на управляюцппЪ вход ключа 6, а сигнал логического нуля с второго выхода устройства 15 подается на второй вход логического блока 19 управления и управляющие входы ключей 18 и 7. Вследствие этого ключи 18 и 7 находятся55в разомкнутом состоянии, а ключ б -в замкнутом. Управляющие импульсыподаются через ключ 6 на управляющиеэлектроды группы 8 вентилей "Вперед", 1354377а на вход системы импульсно-фазового управления поступает выходное напряжение регулятора 4 тока, так как ключ 18 разомкнут и источник 16 постоянного напряжения отключен от входа сумматора 17. Подача управляющих импульсов на управляющие электроды группы вентилей "Назад" заблокирована, так как ключ 7 тоже разомкнут,Состояние элементов логического блока 19 управления в этом режиме следующее. На выходе элемента ИЛИ-НЕ 21, входы которого связаны через входы блока 19 с выходами устройства 15, присутствует сигнал логического нуля (фиг. 2 к). На выходе первого 22 и второго 23 элементов И тоже сигнал логического нуля, так как при положительной полярности ошибки регулирования по скорости, поступающей на инвертирующий вход компаратора 25 и неинвертирующий вход компаратора 26, на выходе компаратора 25 присутствует сигнал логического нуля, а на выходе компаратора 26 - сигнал логической единицы (фиг. 2 з-м). Поэтому на первый вход элемента И 24 поступа. ет сигнал логического нуля с выхода элементов И 22 и 23, а на второй его вход - сигнал логического нуля с выхода релейного порогового элемента 27, так как в установившемся режиме разгона напряжение ошибки регулирования по скорости не превышает порога срабатывания элемента 27.Порог срабатывания релейного элемента 27 превышает максимальную амплитуду колебаний ошибки регулирования по скорости в установившихся режимах электропривода за счет воздействия на него случайных возмущений и помех. На выходе элементов ИЛИ-НЕ 2.1 и И 24 присутствует сигнал логическо-. го нуля (фиг. 2 к,о), поэтому на уп- равляющем входе ключа 14, который соединен через выход блока 19 с выхо" дами элементов ИЛИ-НЕ 21 и И 24, тоже сигнал логического нуля, ключ 14 в этом режиме разомкнут и не влияет на работу регулятора 2 скорости. Таким образом, работа предлагаемого устройства ничем не отличается от работы известных устройств раздельного управления вентильным преобразователем в системе подчиненного регулирования скорости в установившихся режимах электропривода. В момент времени с напряжениезадания на скорость электродвигателя на входе узлов 1 и 20 сравнения5начинает уменьшаться (фиг. 2 а) и вызывает изменение полярности напряжения ошибки регулирования по скорости на выходе узлов 1 и 20 сравнения .в момент времени е, (фиг. 2 б). При10 этом напряжения на выходах регуляторов 2 скорости и 4 тока уменьшаются с темпом, определяемым скоростьюизменения напряжения задания на скорость и постоянной интегрирования ре 15 гуляторов (фиг. 2 г,д). Напряжениеошибки регулирования по скорости подается через третий вход блока 19 навходы компараторов 25 и 26 и вызываетизменение их состояния в момент вре .20 мени Т, . На выходе компаратора 25 появляется сигнал логической единицы,а на выходе компаратора 26 - сигналлогического нуля (фиг. 2 з,и). Напервый вход элемента И 22 подается25 сигнал логической единицы с выходакомпаратора 25, а на его второй входподается сигнал логической единицы спервого выхода устройства 15, поэтомуна выходе элемента И 22 и на первом30 входе элемента И 24 тоже сигнал логи"ческой единицы. Остальные элементыустройства не изменяют своего состояния,В момент времени С напряжениеЗ 5 ошибки регулирования по скорости навыходе узлов 1 и 20 сравнения становится больше величины зоны нечувстви"тельности логического переключающегоустройства 15 и релейного порогового40 элемента 27 блока 9. В результатеэтого в устройстве 15 появляется сигнал на переключение групп вентилейреверсивного преобразователя 10, нооно не изменяет своего состояния на45 выходе, так как ток электродвигателя 11 не равен нулю. Одновременнона выходе. релейного порогового элемента 27 появляется сигнал логической единицы (фиг. 2 н), Элемент И 2450 срабатывает и подает сигнал логической единицы нг управляющий вход ключа 14, что приводит к его замыканию(фиг. 2 о, п), Напряжение на выходе регулятора 2 скорости скачкообразноуменьшается до нуля (фиг. 2 г) и напряжение на выходе регулятора 4 токаскачкообразно уменьшается на величину пропорциональной составляющей(фиг. 2 д). Поэтому ЭДС преобразова теля становится меньше ЭДС двигателя в течение одного интервала дискретности вентильного преобразователя 10 и ток электродвигателя 11 Форсированно спадает до нуля (фиг. 2 в). Таким образом осуществляется блокировка с помощью ключа 14 входного сигнала контура тока при появлении сигнала на переключение вентильных групп пре обраэователя 10.Замкнутый контур тока системы подчиненного регулирования за время спа-. да тока электродвигателя до нуля отра батывает нулевой задающий сигнал на входе и автоматически осуществляет приведе; ние выходного напряжения регулятора тока к нулевым начальным условиям, т.е, к уровню, при котором среднее значение ЭДС группы 8 вентилей "Впе ред" преобразователя 10 и ЭДС электродвигателя 11 приблизительно равны между собой. Одновременно разряжается интегральная часть регулятора 2 скорости и напряжение на его выходе также приводится к нулевым начальным условиям (фиг. 2 г.д).В момент времениток электродвигателя 11 достигает нуленогд значеьия и на первом входе логического ЗО переключающего устройства 15 напряжечие становится равным нулю, При совпадении двух условий: наличие сигнала на перекюпочение групп вентилей преобразователя 10 и достижение током чб электродвигателя 11 нулевого значения, логическое переключающее устройство15 изменяет свое состояние,и на еговыходах напряжение становится равным логическому нугдо (фиг. 2 е,ж). Это 40 напряжение подае: я на управляющие входы ключей 8, 6 и 7 и удерживает их в разомкнутом состоянии. В резуль. тате этого импульсы управления снимаются с группы 8 вентилей "Вперед" и блокируется подача управляюших импульсов на обе группы преобразователя 10. Кроме того сигналы логиче . кого нулН с выхода устройства 15 лоступают на входы элемен"а РЛИ-НВ 21 и ча его выходе появляется сигнал логической единищ, который через выход блока 19 подается на управляющий Вход ключа 14 и удерживает его в замкнутоь состоянии (фиг. 2 к,л), Состояние остальных элементов блока 19 показано на диаграммах фиг, 2 з-о).По истечении установленной бесто- кОНОЙ паузы р необходимой для надеж ного занирания ранее работавшей гр,ппы вентилей Вперс.д, в момент вре ениустройство 5 изменяет свое состояние и на втором его выходе появляется сигнал логической единицы (фиг. 2 ж). Этот сигнал подается на второй вход блока 19, а также на управляющие входы ключей 18 и 7 и вызывает их замыкание. Одновременно на выходе элемента И;ТИ-НЕ 21 появляется сигнал логическогд нуля фиг. 2 к).На третий вход блока 19 поступает сигнал ошибки регулирования по скорости, который в режиме торможения имеет отрицательную полярность. Поэтому на выходе компаратора 25 в этом режиме сохраняется сигнал логической единицы, на выходе компаратора 2 бсигнал логического нуля фиг. 2 з,и), на выходах элементов И 22-24 - сигнал логического нуля фиг 2 л,м,о). На управляющий вход ключа 14 с выхода блока 19 поступает напряжение логического акуля, вызывает размыкание ключа и удерживает его в разомкнутом состоянии до появления сигнала на пе" реключение вентильных групп преобразователя 10.В результате этого напряжение на выходах регуля".Оров 2 скорости и 4 тока скачкообразно изменяется на величину пропорциональной составляющей (фиг, 2 гд) и ЭДС преобразователя 10 становится меньше ЭДС электродвигателя 11 в течение одного интервала ,дискретности вентильного преобразо- вателя 10, а ток электродвигателя возникает сразу после окончания уста. новленной бестолковой паузы.При замыкании ключа 18 сигнал на выходе сумматора 17 становится равным сумме выходного напряжения регулятора 4 тока и отрицательного напряжения источника. постоянного напряжения - Ю те напряж.Ние на входе сис емы 5 импульсно-фазового управления и момент окончания установленной бестокдвой пау:и ск;чкообразно уменьшается на величину А 3=28( ,-12) где Б - крутиз.а нарастания пилооооазного наппяжения М. -. угол начального согласования сис гемы 5 импульсно-фа.Опого управления преобразователя 10,При раздельном .управлении реверсиэ.-ьы вентильным преобразователем у "ол начального .огласования М выбирается больше 1 /2,. те углы регу"пирования групп вентилей преобразоващую раздвижению углов регулирования групп вентилей, позволяет устранить люфт в регулировочной характеристике преобразователя и осуществить переход от нулевых начальных условий в системе подчиненного регулирования для группы 9 вентилей "Назад" преобразователя 10 независимо от режима переключения.Таким образом, в момент окончания бестоковой паузы й в результате за 4мыкания ключей 18 и 7 импульсы управления с выхода системы 5 импульсно- фазового управления подаются на управляющие электроды группы 9 вентилей Назад" при нулевых начальных условиях,. сформированных в системе подчи" ненного регулирования для группывентилей "Назад", а размыкание ключа14 приводит к возникновению тока вэлектродвигателе 11 сразу после окончания установленной бестоковой паузы.Это позволяет устранить неоднозначную зависимость напряжения преобразователя 10 от углов регулированиягрупп вентилей, существенно уменьшитьскачки напряжения, прикладываемого к.нагрузке в момент переключения вентильных групп преобразователя, прилюбых режимах переключений, устранитьброски тока, снизить перерегулирование при реверсе тока и сократить бестоковую паузу до установленной величины. При этом ток во вступающей вработу группе вентилей преобразователя изменяется с постоянной времени,обусловленной настройкой регуляторовсистемы подчиненного регулирования итемпом изменения напряжения заданияна ее входе. В результате улучшаются динамические характеристики,снижаются динамические нагрузки вэлектромеханической системе электропривода, которые могут приводить квозникновению аварийных ситуаций иполомок, благодаря чему сокращаютсявнеплановые ремонтные работы. ьЦ = 28(к - /2),где Я - крутизна нарастания пилообразного напряжения СИФУ;45 , - угол начального согласования системы импульсно-фазового управления преобразователя,2, Устройство для раздельного управления реверсивным вентильным элек троприводом, содержащее последовательно соединенные первый узел сравнения, регулятор скорости, второй узел сравнения и регулятор тока, систему импульсно-фазового управления, выходы 55 которой через первый и второй управляемые ключи подключены порознь к управляющим цепям групп "Вперед" иНазад реверсивного вентильного преобразователя, соединенного с якорной теля раздвигаются относительно И 2Тна угол Ы в- . Это приводит к возо 2никновению люфта в регулировочной характеристике реверсивного вентиль- ного преобразователя. Поэтому изменение входного сигнала системы 5 импульсно-фазового управления на время работы группы 9 вентилей "Назад" нагЩвеличину ь 3=25(Ы., - в ), соответствуюПредлагаемый способ и устройстводля его осуществления позволяют увеличить надежность и повысить срок 5службы механического и электрического оборудования электропривода. ф о р м у л а изобретения 10 1. Способ раздельного управленияреверсивным вентильным электроприводом, согласно которому блокируют сигнал задания .тока на время бестоковой паузы, контролируют полярность ошиб ки регулирования по скорости и наличие тока в якорной цепи электродвигателя и при изменении полярности ошибки регулирования по скорости и дости. жении током якорной цепи электродви гателя нулевого значения снимают им,пульсы управления с работающей группы вентилей преобразователя, блокируют подачу импульсов управления на обе группы вентилей на время бестоковой 25 паузы, а по истечении бестоковой паузы подают импульсы управления на всту пающую в работу группу вентилей и снимают блокировку сигнала задания тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 30 что, с целью повышения надежностиэлектропривода за счет снижения пере- регулирования и устранения бросков тока, блокировку сигнала задания тока осуществляют при появлении сигнаЗ 5 ла на переключение групп вентилей,а в момент снятия блокировки входное напряжение системы импульсно-фазового управления преобразователя навре" мя работы группы изменяют на величину 40