Способ регулирования скорости электродвигателя постоянного тока

Союз Советскик Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ рп 772507,СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Иностранная фирма(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯПОСТОЯННОГО ТОКАИзобретение относится к способам регулирования скорости электродвига телей постоянного тока и может быть использовано в системах управления двигателями постоянного тока с посто янными магнитами в качестве полюсов возбуждения.Известен способ регулирования скорости электродвигателя постоянного тока путем изменения напряжения 10 на якоре двигателя в соответствии с ограниченной величиной напряжения ошибки, равной разности между напряжениями, соответствующими заданной и действительной скорости (.13 . Недостаток этого способа заключается в том, что уровень ограничения напряжения ошибки - величина постоянная вне зависимости от реаль- щ ной скорости двигателя, что ведет к размагничиванию постоянных магии . тов двигателя.Целью изобретения является предохранение постоянных магнитов от 25 размагничивания.Для достижения поставленной цели уровень ограничения напряжения ошибки увеличивают при изменении действительной скорости двигателя. 30 2На Фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего способт на фиг. 2-9 даны временные диаграммы, поясняющие предложенный способ регулированиями на фиг.10 н 11 - блоки регулирования ускорения и торможения, соответственно.Электродвигатель 1 снабжен датчиком 2 тока якоря и датчиком 3 скорости. Задатчик 4 скорости через блок 5 запуска соединен с дифференциальным усилителем 6. Ко входу дифФеренциального усилителя 6 подключен также выход датчика 3 скорости, Выход дифференциального усилителя 6 подключен к блоку 7 фаэовой компенсации. Блок фазовой компенсации предназначен для устранения специфических частстных составляющих (шумов и т.п.) и обеспечивает напряжение ошибки, пропорциональное сигналу ошибки. К выходу блока 7 подключен блок 8 выделения модуля, обеспечивающий получение абсолютной величины напряжения ошибки и ограничивающий ее. Преобразователь 9 напряжение-фаза сравнивает напряжение ошибки с напряжением пилообр 1 эной формы, имеющим тот же период, что и напряжение источника переменного:через преобразователь 12 знака связан с блоком 8. Ограничитель 13 свя;эан с датчиком 2 тока якоря. Устройство содержит также блок 14 управления ускорением и блок 15 управленияторможением.На фиг. 2 изображена зависимостьошибки между заданной скоростью двигателя и его действительной скоростью от напряжения ошибки, котороеподается на схему управления фазнымуглом зажигания тяристаровНа фиг. 2 абсцисса представляетошибку е между сигналом требуемойскорости и напряжением обратной связи, а ордината.представляет выходноенапряжение Ч, приложенное к схемеуправления фазным углом зажигания.Напряжение Ч обеспечивается для схемы управления фаэным углом зажиганиядля включения тиристаров при фаз ном угле, пропорциональном выходному напряжению Ч, что .будет. описанониже.Ошибка е и выходное напряжение Чнаходятся в пропорциональной взаимосвязи друг с другом, на когда ошибка е превышает некоторое значение,ныходное напряжение Ч не может далее возрастать и ограничивается уэтого значения. Основная идея изобретения заключена в изменении верхнего предела напряжения ограничения .Ч, напряжения ошибки е,то есть фаэного угла зажигания тиристоров, взависимости от действительной скорости двигателя постоянного тока.На фиг. 3 показана взаимосвязьмежду скоростью двигателя (количество оборотов) и,напряжением ограничения Ч, , а абсцисса представляетскорость двигателя, а ордината - напряжение ограничения Ч . Напряжение ограничения Чсоответствуетмаксимальному Фаэному углу Оофаэного угла зажигания,Раньше использовалось напряжение ограничения укаэанное пунктирной линией д, на фиг. 3, у которогово всем диапазоне скоростей двигателя й поддерживался уровень управления ЧС другой стороны, в системе настоящего изобретения при ускорениии в установившемся режиме напряжение ограничения устанавливаетсяподверженным линейному изменениюот уровня Ч до уровня Ч в ответна изменение скорости двигателя йот 0 до ее максимального значенияйп 1, укаэанному непрерывной линиейдр на Фиг. 3. Прн торможении устачовка напряжения ограниченияпроисходит так, как показано ломанойлинией, например от уровня 0 до уров ня Ч 1, и затем до уровня Ч в ответна изменение скорости, двигателя йот максимального значения йдо О,как показано линией дь на фйг. 3.Описания фиг. 4-9 будут даватьсяс учетом установки значений напряжения огранячения, укаэанных непрерывными ливиями д и д на фиг, 3.В якоре двигателя постоянного тока индуцируется магнитодвижущая силаЕй, пропорциональная скорости двигателя й (Фиг, 4),Как изображено на фиг. 5, приускорении напряжение ограниченияустанавливается равным 4 Ч н областималых скоростей, например при ско 15 рости двигателя й 1, я равным 7 Чпри максимальной величине скоростидвигателя, то есть при скорости й 2.Фазный угол зажигания тиристороврегулируется с учетом напряжения2 О ошибки Ч таким образом, как показано на фиг, б. Тиристор включаетсян момент, когда напряжение ошибки Чсовпадает с пилообразным напряжением ЧК, линейно меняющимся от сво его максимального значения до нуляв диапазоне от +150 до -ЗОд переменного напряжения ЧА источникаэнергии, Поэтому управление фаэнымуглом зажигания тиристорав нозможно в диапазоне от +150 одо -ЗОа, нов случае работы на малой скоростииз-за малости величины магнитодвижущей силы якоря максимальное значение фазного угла зажигания ограничивается Ои. В этот момент кякорю подается только ток, указанный штриховкой в интервале работыдиода 19 02. В изображенном нафиг. б случае меняемая ширина напряжения ошибки Ч ныбирается в диапа 4 О зоне от 0 до Ч,дк и устанавливается такой, чтобы фаэный угол зажигания мог достичь максимального значения О, когда напряжение ошибкиЧ ранна Ч ай,. Поскольку магнитодвижущая сила якоря возрастает сувеличением скорости двигателя,соответствующим образом возрастаети напряжение ограничения.Из фиг. 7 видно, что когда днигатель вращается с большой скоросо тью, магнитодвижущая сила якорявозрастает до Ей так, что диапазон управления Фазным углом зажигания должен быть продлен далеев направления К +1500 по сравнению55 с диапазоном управления в случаеработы при малой скорости. В этомслучае фиг. 7 величина напряженияашибки Ч Ограничивается у ЧФФХИХ /чтобы не превышалось максимальноефо значение фаэного угла зажигания6 . В результате этого фазныйугол зажигания может регулироватьсяв диапазоне 03, и к двигателю можетбыть подан ток, укаэанный штриховкой,у в области 04.Как говорилось выше, в случае,когда двигатель работает на малойскорости, верхний предел фазного угла зажигания может быть малым, а сувеличением скорости двигателя требуется больший Фаэный угол управления зажиганием. Если при работе на малой скорости напряжение ошибкианомально возрастает из-за плохойработы ограничителя тока или по аналогичной причине, зажигание тиристоров имеет место при большом фазном угле, в двигатель подается большойток, приводящий к размагничиванию постоянных магнитов. Но если верхний предел Фазного угла зажиганияФиксируется в угловом положении,наиболее подходящем для работы на малой скорости, диапазон управленияфазным углом зажигания при работена больших скоростях оказывается очень узким, и управление током оказывается невозможным.В изобретенной системе при управлении ускорением напряжение ограничения или максимальный фаэный угол устанавливается малым в диапазоне . низких скоростей и большим в диапазоне больших скоростей.. Обратимся к Фиг. 8 и 9, с помощью которых будет описано управление торможением.Как показано на Фиг. 8 в случае управления торможением уровень ограничения устанавливается для постепенного возрастания от нуля, поскольку скорость двигателя меняется от области больших скоростей до области малых скоростей. В изображенном на Фиг. 8 примере, когда скорость двигателя равна М, напряжение ограничения не превышает УВ случае торможения двйгателя, работающего при большой скорости, полярность напряжения ошибки У инвертируется, и Фазное регулирование осуществляется на отрицательной полуволне источника энергий переменного тока. В этот момент полярность магнитодвижущей силы якоря Ей меняется на противоположную от напряжения переменного тока Чд так, чтооказывается возможным достаточноепротекание тока, даже если диапазон Фазного угла зажигания относительноуже, В соответствии с приведенными на фиг 8 и 9 примерами, когда скорость двигателя равна й, напряжение ограничения устанавливается у Ч,щЬ н верхний предел регулирования Фаэного угла зажигания устанавливается у 8 нЬ . Иначе говоря, управление Фаэным углом зажигания возможн 6 в диапазоне 35. Это делается для того, чтобы во время торможения двигателя, работавшего на большой скорости, фазный угол зажигания не возрос аномально, что привело бы к протеканию по якорю чрезмерного тока.1 а 15 20 25 ,ЗО 35 40 45 5 О 55 60 65 Устройство, изображенное на Фиг.1,известно в основной своей части.Фаэный угол зажигания тиристоров регулируется таким образом, что напряжение управления Чс и напряжениеобратной связи по скорости Чц согласованы друг с другом, и двигатель управляется для получения требуемой скорости. Благодаря петлеобратной связи по току, в составкоторой входят датчик тока якоря иограничитель тока, при управленииток якоря не превышает предопреде-ленной величины.Однако в настоящем изобретениипо вышеуказанным причинам диапазонизменения напряжений ошибки регулируется блоком управления ускорением и блоком управления торможением, которые реагируют на сигналдатчика скорости двигателя.Блок управления ускорением илиразгоном двигателя 14 устанавливает уровень ограничения напряженияошибки Ч в соответствии со скоростьюдвигателя, как указано сплошной линией 91 на фиг. 3, а схема управления торможением 15 устанавливаетуровень ограничения напряжения ошибки Ч в соответствии со скоростьюдвигателя, как указано сплошнойлинией 9 ъ на фиг. 3.На фиг. 10 изображен пример схемы управления разгоном 14, котораясодержит операционные усилители 16и 17, диоды 18-20 и резисторы 21и 22Первая половина этой схемы составляет схему выделения модуля, и когда на вход этой схемы подается входное напряжение, то есть напряжениепропорциональное скорости двигателя, схема вырабатывает 4, пропорциональное модулю скорости двига-теля. Другая половина схемы образует схему сдвига уровня, которая сдвигает выходное напряжение при нулевойскорости на величину, определеннуюФиксированным напряжением Ч и резисторами 21 и 22, то есть - (ЧВ) Выходное Рапряжение равно О2 2,= - (ЧЧ 1Выход блока управления разгоном 14 соединен со входом преобразователя 9 (Фиг. 1), но так как по отношению к выходной клемме в обратном направлении подключается диод 20, выходное напряжение блока выделения модуля и ограничения 8 (фиг. 1), то .есть напряжение ошибки ч, ограничивается выходным напряжением ЧЬы схемы управления ускорением 14.На фиг. 11 изображен пример схемы управления торможением 1 5. Псэиции 23-25 указывают на операционные усилители; позиции с 26 по 29 обозначают диоды Зенера; позиции с 30 по 32 определяют резисторы, а диоды обозначены позициями 33 и 34.На вход блока подается напряжение. датчика скорости двигателя Чц, и выход блока подключается ко входу блока 8 (фиг. 1). Выходное напряжение операционного усилителя 23 ме" няется с наклоном %/К пропорционально входному напряжению Чц, когда это напряжение меньше некоторой величины, и возрастает линейно, но более медленно с наклоном 2/йр,когда выходное напряжение превышает эту величину. Напряжения с выходов операционных усилителей 24 Ч и 35 Ч меняется так, как показано на фиг.11. Когда У, принимает отрицательные значения и двигатель постоянного тока приводится во вращение в пря,мом направлении,то есть в отрицательной области напряжения Чо, величина напряжения Ч возрастает от нуля в отрицательном направлении, поскольку абсолютная величина напряжения Чц сдвигается от нуля в сторону его максимального значения, и напряжение Ч 0 становится отрицательным напряжением, что согласуется с зенеровским напряжением Чр когда напряжение Ма достигает нуля. Выходное напряжение ЧЕ меняется в положительном направлении. Когда двигатель постоянного тока приводится во вращение в обратном направлении, то есть в положительной области напряжения Чо, напряжениеменяется и достигает нулевого уровня, когда напряжение ,д является максимальным, затем постепенно возрастает, достигая напряжения Ч когда напряжение Чц равняется нулю.Выходы усилителей 24 и 25 подключены к выходу через диод 33, включенный в прямом направлении, и диод 34, включенный в обратном направ.лении. Поэтому напряжение ошибки на выходе блока 7 (фиг. 1) становится отрицательным, когда напряжение управления уменьшается для торможения двигателя, вращающегося с большими оборотами в прямом направлении, но это напряжение ограничивается напряжением ограничения Ч и поэтому не может скачком достичь большого отрицательного уровня напряжения. Следовательно, оказывается возможным предупредить внезапное возрастание фазного угла зажигания, которое может привести к токовой перегрузке.Когда абсолютное значение напряжения управления уменьшается дляторможения двигателя, вращающегосяна большой скорости в обратном направлении, напряжение ошибки на выходе блока 7 становится положительным, но ограничивается напряжениемЧ на выходе усилителя 25, поэтомуоказывается невозможным скачкообразное возрастание фазного углазажигания для получения большого тока. Причиной того, что при торможении уровень ограничения делается нелинейным, является необходимость делать фазный угол малымпри торможении высокоскоростногодвигателя, но те же результаты могут быть получены, если уровеньограничения будет линейным.2 О Как уже говорилось ранее, в настоящем изобретении верхний пределнапряжения ошибки или фазного углазажигания ограничивается в соответствии с действительной скоростью 2 двигателя, поэтому оказывается возможным предупредить чрезмерное возрастание тока якоря, которое можетпривести к размагничиванию постоянных магнитов. А также, когда ограни- ЗО читель тока не работает или оказывается слишком инерционным, токовойперегрузки можно избежать. формула изобретенияСпособ регулирования скоростиэлектродвигателя постоянного тока спостоянными магнитами путем изменения напряжения на якоре двигателя4 О в соответствии с ограниченной величиной напряжения ошибки, равнойразности между напряжениями, пропорциональными заданной и действительной скорости, о т л и ч а ю"45 щ и й с я тем, что, с целью предохранения постоянных магнитов от раз"магничивания, уровень ограничениянапряжения ошибки увеличивают приизменении действительной скорости5 О двигателя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Лебедев Е. Д, и др., Управление вентильными электроприводамир. постоянного тока, М., "Энергия",1970, с. 38,772507 оставитель И. Коротееваехред Н. Барадулина Редакт Лошкарева орректор М. Пож каз 68 Тираж 7 3 ВНИИПИ Государственного коми по делам иэобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушская