Способ регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВЕНТИЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ(71) Заявитель Могилевский тельный институт(73) Патентообладатель Могилевский машиностроительный институт(57) Способ регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем, при котором измеряют мгновенное значение тока якоря электродвигателя, по которому определяют величину падения напряжения на активном сопротивлении якоря, суммируют полученный результат с величиной измеренного мгновенного значения напряжения на якоре электродвигателя, определяя действительное значение его ЭДС, и регулируют частоту вращения электродвигателя путем изменения тока якоря в соответствии с величиной рассогласования действительного и заданного значений ЭДС, отличающийся тем, что определяют интервалы времени, начало которых соответствует переходу сигнала производной тока якоря через пороговое напряжение плюс пор слева от точки перехода производной тока якоря через нулевое значение, а конец переходу сигнала производной тока якоря через пороговое напряжение минус пор справа от точки перехода производной тока якоря через нулевое значение, причем данные пороговые напряжения соответствуют симметричности сигнала, пропорционального току якоря, относительно его максимального значения, при этом запоминают вычисленные действительные значения ЭДС с дискретностьюна данных интервалах времени, фиксируя точное действительное значение ЭДС для (1)/2 шага дискретизации. Способ регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем относится к электротехнике, в частности к автоматизированным электроприводам, и может найти применение в установках и приборах, требующих высоких динамических свойств при малых ошибках регулирования. Известен способ регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем, по которому изменяют ток якоря в соответствии с величиной рассогласования действительного и заданного значений ЭДС электродвигателя, при этом действительное значение электродвижущей силы получают путем измерения мгновенного значения тока якоря электродвигателя, по которому определяют величину падения напряжения на активном сопротивлении якоря, и суммируют полученный результат с величиной измеренного мгновенного значения отфильтрованного напряжения на якоре электродвигателя 1. В данном способе присутствует операция фильтрования напряжения на якоре электродвигателя. Это вносит запаздывание в процесс управления частотой вращения электродвигателя, что, в конечном счете, определяет низкие динамические показатели электропривода и наличие существенной ошибки регулирования. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем, при котором измеряют мгновенное значение тока якоря электродвигателя, по которому определяют величину падения напряжения на активном сопротивлении якоря, суммируют полученный результат с величиной измеренного мгновенного значения напряжения на якоре электродвигателя на интервале проводимости вентильного преобразователя,определяя действительное значение его ЭДС, причем указанные измерения ЭДС на интервале проводимости вентильного преобразователя производят с момента нарастания тока якоря до момента перехода производной тока якоря через нулевое значение 2. В этом способе существует ошибка регулирования электропривода. Это обусловлено наличием зоны нечувствительности реального компарирующего устройства вблизи нулевых значений сигнала, поступающего с датчика производной тока, и дополнительной фазовой ошибки датчика производной тока, что приводит к формированию ошибки при определении действительного значения ЭДС, величина которой в значительной степени будет зависеть от зоны нечувствительности компарирующего устройства. Задача изобретения - повышение точности регулирования и уменьшение статической ошибки регулирования. Поставленная задача достигается тем, что в способе регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем измеряют мгновенное значение тока якоря электродвигателя, по которому определяют величину падения напряжения на активном сопротивлении якоря, суммируют полученный результат с величиной измеренного мгновенного значения напряжения на якоре электродвигателя, определяя действительное значение его ЭДС, и регулируют частоту вращения электродвигателя путем изменения тока якоря в соответствии с величиной рассогласования действительного и заданного значений ЭДС, согласно изобретению, определяют интервалы времени, начало которых соответствует переходу сигнала производной тока якоря через пороговое напряжение плюс пор слева от точки перехода производной тока якоря через нулевое значение, а конец - переходу сигнала производной тока якоря через пороговое напряжение минус пор справа от точки перехода производной тока якоря через нулевое значение, причем данные пороговые напряжения соответствуют симметричности сигнала, пропорционального току якоря, относительно его максимального значения, при этом запоминают вычисленные значения ЭДС с дискретностьюна данных интервалах времени, фиксируя точное действительное значение ЭДС для /2 шага дискретизации. На фиг. 1 представлена блок-схема варианта устройства, реализующего способ регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем, на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов на выходах основных элементов устройства. Для реализации способа используется устройство, которое содержит регулятор 1 частоты вращения, выход которого соединен с установочным входом регулятора 2 тока, а выход последнего подключен к входу блока 3 импульсно-фазового управления, соединенного с вентильным преобразователем 4. К выходу вентильного преобразователя 4 подключены последовательно соединенные воздушная катушка индуктивности 5, токовый шунт 6, выполненный в виде воздушного соленоида (индуктивной катушки) со встречно включенными обмотками, и управляемый устройством электродвигатель 7. Параллельно токовому шунту 6 включен датчик 8 тока, выход которого подсоединен к информационному входу регулятора 2 тока и информационному входу блока 9 определения зоны максимального тока, а парал 2 4700 1 лельно токовому шунту 6 и воздушной индуктивности 5 включен датчик 10 производной тока, выход которого подсоединен к информационному входу блока 9 определения зоны максимального тока. К щеткам якоря электродвигателя 7 подключен датчик 11 напряжения, выход которого подсоединен к первому входу сумматора 12, соединенного вторым входом с выходом датчика 8 тока. Выход сумматора 12 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 13, выход которого подключен к блоку 14 цифрового вычислителя ЭДС, второй вход которого соединен с выходом блока 9 определения зоны максимального тока. Выход с блока 14 цифрового вычислителя ЭДС соединен с входом цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 15, выход которого соединен с информационным входом регулятора 1 частоты вращения, а установочный вход последнего присоединен к источнику 3 заданной частоты вращения. Регулирование частоты вращения электродвигателя постоянного тока осуществляется следующим образом. Регулирование частоты вращения производится изменением тока электродвигателя 7 в соответствии с величиной рассогласования между действительным и заданным значениями токов. Действительное значение тока измеряют с помощью датчика 8 тока и подают сигнал с выхода последнего на информационный вход регулятора 2 тока. Заданное значение тока на установочном входе регулятора 2 тока определяют в соответствии с величиной рассогласования действительного и заданного значений ЭДС (пропорциональной частоте вращения двигателя), получаемого на выходе регулятора 1 частоты вращения. Сигнал 3, пропорциональный заданному значению ЭДС, подают на установочный вход регулятора 1, на информационный вход которого поступает сигнал о.с (фиг. 2), пропорциональный действительному значению ЭДС электродвигателя, а следовательно, и его частоте вращения. Для определения о.с измеряют мгновенное значение тока якоря я(фиг. 2) и с помощью датчика 8 тока определяют величину падения напряжения на активном сопротивлении якоря электродвигателя 7. Затем измеряют величину мгновенного напряжения я (фиг. 2) на якоре с помощью датчика 11 напряжения. Алгебраическое суммирование мгновенных значений падения напряжения на активном сопротивлении якоря и напряжения я производят с помощью сумматора 12. С помощью блока 9 формируют сигнал 9 (фиг. 2), соответствующий переходу производной тока якоря через опорное напряжение плюс пор слева от точки перехода производной тока якоря через нулевое значение и переходу производной тока якоря через опорное напряжение минус пор - справа. Во временном интервале сигнала 9 с помощью блока 13 АЦП производится преобразование аналогового сигнала с выхода сумматора 12 в цифровой код, который запоминается в дискретные моменты времени в соответствии с сигналом 131 (фиг. 2) блоком 14 цифрового вычислителя ЭДС. С выхода блока 14 на вход блока 15 ЦАП подается цифровой код напряжения, соответствующий /2 - импульсу, где- число дискретных импульсов записи в течение временного интервала сигнала 9. Данному импульсу соответствует напряжение с сумматора 12 в момент перехода производной тока якоря через нулевое значение. Точность измерения данного сигнала зависит от длительности периода дискретизации и изменения сигнала с сумматора 12 в данном интервале. Во временном диапазоне интервала 9, считая, что частота вращения двигателя и ток якоря практически не изменяются, сигнал с датчика производной тока изменяется согласно выражению д где д - индуктивность датчика производной тока- амплитудное значение напряжения на якоре электродвигателя- суммарная индуктивность якорной цепи аяеФдв - принимается неизменной величиной- суммарное сопротивление якорной цепи двигателя- коэффициент, зависящий от типа двигателя Ф - поток двигателя дв - частота вращения двигателя. В соответствии с данным выражением в диапазоне изменения тока вблизи максимального значения производная тока изменяется по синусоидальному закону, а при данном диапазоне, стремящемся к минимально допустимому значению, функциюдопустимо считать линейной, следовательно, /2 импульс можно считать моментом перехода производной тока якоря через нулевое значение. Цифровой код напряжения, соответствующий данному импульсу, поступает на вход блока 15 ЦАП, на выходе которого по заднему фронту сигнала 9 формируется сигнал о.с, сохраняющий свое значение до следующего момента измерения на последующем интервале проводимости вентильного преобразователя. Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить регулирование частоты вращения электродвигателя постоянного тока с вентильным преобразователем с высокой точностью и статическими показателями благодаря исключению ошибки при определении ЭДС, обусловленной наличием зоны нечувствительности реального компарирующего устройства вблизи нулевых значений сигнала, поступающего с датчика 4700 1 производной тока, когда ток достигает максимального значения на интервале проводимости вентильного преобразователя, и дополнительной фазовой ошибки датчика производной тока. Применение предлагаемого способа эффективно в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к статическим и динамическим характеристикам привода, которые могут быть удовлетворены в системах с обратной связью по ЭДС электродвигателя. Источники информации 1. Фишбейн В.Г. Расчет систем подчиненного регулирования электропривода постоянного тока. - М. Энергия, 1972. - С. 67-72. 2. Патент РФ 2046537, МПК Н 02 Р 5/16, 1995. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4