ТИРИСТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА С МИКРОПРОЦЕССОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к областям автоматизированного электропривода и преобразовательной техники.
Известен электропривод с микропроцессорной системой управления (МПСУ) тиристорным электроприводом [1], содержащий тиристорный преобразователь, МПСУ, датчики регулируемых величин (тока, скорости двигателя и др.) и пульт управления. В МПСУ реализуются система импульсно-фазового регулирования угла управления тиристорного преобразователя, регуляторы тока и скорости, устройства раздельного управления комплектами тиристоров преобразователя и устройства защиты. В качестве датчика скорости используется аналоговый тахогенератор, подключенный к МПСУ через АЦП.
Недостатком данного устройства является ограниченный диапазон регулирования минимальной скорости двигателя, который имеет место из-за недостаточной точности измерения при помощи АЦП сигналов низкого уровня, например, 1-10 мВ.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению и взятым за прототип является тиристорный электропривод по [2]. Функциональная схема данного электропривода приведена в [2] на стр.174. Здесь реверсивный тиристорный преобразователь ТП подключен к сети и
двигателю постоянного тока М через датчик тока ДТ. Микропроцессорная система обеспечивает регулирование угла управления ТП, тока i и скорости двигателя n, а также выбор работающей группы тиристоров. Управление скоростью двигателя осуществляется с пульта, в качестве датчика скорости используется аналоговый тахогенератор BR, подключенный к микропроцессору через блок преобразования «напряжение-код» ПНК (или АЦП).
Недостаток прототипа заключается в ограниченном диапазоне регулирования минимальной скорости, обусловленной погрешностью блока ПНК при измерении малых сигналов, что ухудшает статические характеристики электропривода. Например, для стандартного тахогенератора типа ТП-80, имеющего выходное напряжение 20 В при скорости 1000 об/мин и погрешности ПНК в 10 мВ, ориентировочно имеем минимальное измеряемое напряжение тахогенератора с погрешностью 10%
Этому напряжению в данном примере соответствует предельная минимальная скорость двигателя
мин
Ниже значения n скорость не может регулироваться с требуемой точностью. Однако в системах широкорегулируемого электропривода
мин
требуются более низкие скорости, например, n≅0,1 об/мин. Это принципиально невозможно получить в данном случае.
Технический результат заявляемого решения - улучшение статических характеристик электропривода.
Технический результат достигается тем, что в тиристорный электропривод постоянного тока с микропроцессорным управлением, содержащий электродвигатель, соединенный соответственно с якорным тиристорным преобразователем и тиристорным возбудителем, силовые входы которых подключены к питающей сети, а их управляющие входы через импульсные трансформаторы соединены с выходами блока микропроцессорного управления, входы которого подключены к выходам датчиков контролируемых параметров электропривода, к аналоговому тахогенератору и к пульту управления, дополнительно введен внешний аналоговый регулятор скорости, входы которого подключены соответственно к тахогенератору и аналоговому выходу пульта управления, а выход - к аналоговому входу блока микропроцессорного управления, при этом цифровой вход последнего соединен с цифровым выходом пульта управления. В устройстве аналоговый регулятор скорости может выполняться программируемым с управлением от микропроцессорного блока.
Отличительной особенностью полезной модели является то, что улучшение статических характеристик электропривода достигается за счет подключения к блоку микропроцессорного управления и пульту управления
аналогового регулятора скорости, который обеспечивает качественное регулирование скорости при широком изменении входных сигналов до 0,1 мВ.
На фиг.1 приведена схема заявляемого устройства, где приняты следующие обозначения:
1 - электродвигатель;
2 - обмотка возбуждения электродвигателя;
3 - якорный тиристорный преобразователь;
4 - тиристорный преобразователь для питания обмотки возбуждения электродвигателя (тиристорный возбудитель);
5, 6 - импульсные трансформаторы;
7 - датчики контролируемых параметров электропривода;
8, 9 - датчики тока соответственно якорного преобразователя и тиристорного возбудителя;
10 - датчик проводимости тиристоров преобразователя 3 (только в реверсивных электроприводах);
11, 13 - датчики температуры соответственно тиристоров преобразователя 3 и якоря двигателя 1;
12 - датчик напряжения;
14 - блок микропроцессорного управления, имеющий управляющие входы «Упр. вх.1» - для ввода аналогового сигнала и «Упр. вх.2» - для цифрового сигнала;
15 - внешний аналоговый регулятор скорости, например, пропорционально-интегрального типа, который может быть программируемым;
16 - аналоговый тахогенератор;
з
з.в
17 - пульт управления с выходами U и i;
з
U - задающее напряжение, величина и знак которого определяют уровень скорости и направление вращения электродвигателя;
рс
U - аналоговый сигнал с выхода внешнего регулятора скорости 15;
з.в
i - задающий сигнал в цифровой форме, определяющий ток возбуждения электродвигателя.
На фиг.2 приведена одна из возможных функциональных схем блока микропроцессорного управления 14 применительно к нереверсивному электроприводу, выполненная на программном уровне, где:
18, 19 - система импульсно-фазового управления соответственно преобразователей 3 и 4;
20, 21 - регуляторы тока соответственно якоря и обмотки возбуждения;
22-25 - аналогово-цифровые преобразователи (АЦП) выходных сигналов соответственно регулятора скорости 15 и датчиков контролируемых параметров электропривода 7;
26 - устройство защиты, на вход которого подаются сигналы с соответствующих АЦП.
Для реверсивного электропривода функциональная схема блока 14 дополняется устройством раздельного управления реверсивным якорным тиристорным преобразователем 3 и др. вспомогательными узлами.
В предлагаемом устройстве якорь электродвигателя 1, имеющего обмотку возбуждения 2, подсоединен к якорному тиристорному преобразователю 3, а обмотка возбуждения - к тиристорному возбудителю 4, тиристорные преобразователи 3, 4 подключены к питающей сети, входные цепи тиристоров через соответствующие импульсные трансформаторы 5 и 6 подсоединены к выходам блока микропроцессорного управления 14, входы которого соединены с выходами датчиков контролируемых параметров тока 8, 9, проводимости тиристоров 10, температуры 11, 13 и напряжения 12, управляющий вход блока микропроцессорного управления 14 соединен с выходом внешнего аналогового регулятора скорости 15, входы которого подключены к аналоговому тахогенератору 16 и к аналоговому выходу пульта управления 17, цифровой выход пульта 17 подключен к цифровому входу блока микропроцессорного управления.
Устройство (фиг.1, фиг.2) работает следующим образом.
з
BR
На входы аналогового регулятора скорости 15 подаются сигналы с пульта управления 17 и аналогового тахогенератора 16. С пульта управления подается напряжение U, задающее величину скорости двигателя и его направление вращения. Напряжение на выходе тахогенератора U соответствует истинной скорости вращения двигателя. Напряжение на выходе регулятора скорости
где к - коэффициент передачи;
з.в
PC
Т - постоянная интегрирования, является сигналом задания тока двигателя и подается на управляющий вход 1 блока микропроцессорного управления 14. На цифровой управляющий вход 2 блока микропроцессорного управления подается задание тока возбуждения двигателя i с выхода пульта управления. Выходной сигнал U и аналоговые сигналы контролируемых параметров электропривода преобразуются в цифровой вид с помощью соответствующих АЦП 22-25.
Блок микропроцессорного управления на программном уровне выполняет следующие рабочие алгоритмы управления:
з.в
з.в
- по сигналам задания тока возбуждения i и датчика тока 9 тиристорного возбудителя 4 выполняет алгоритм пропорционально-интегрального регулятора тока возбуждения двигателя 21 и системы импульсно-фазового управления 19. Выходные сигналы системы 19 (управляющие импульсы) подаются на тиристорный преобразователь 4 через импульсные трансформаторы 6. В результате ток возбуждения двигателя устанавливается на уровне заданного i с нулевой статической ошибкой;
PC
- по сигналам с выхода аналогового регулятора скорости U и датчика тока 8 якорного тиристорного преобразователя 3 выполняет алгоритм пропорционально-интегрального регулятора тока якоря двигателя 20 и системы импульсно-фазового управления 18. Выходные сигналы
PC
системы 18 подаются на якорный преобразователь 3 и в обмотке якоря устанавливается ток на уровне заданного U с нулевой статической ошибкой.
В целом аналоговый регулятор скорости и программный регулятор тока обеспечивают высокое качество статических характеристик электропривода, как в области сверхмалых, так и больших скоростей. Данный результат достигается за счет эффективного аналогово-цифрового управления электропривода, при котором аналоговый регулятор скорости обеспечивает высокую точность ошибки отклонения по скорости, а программный регулятор тока - высокое качество регулирования тока двигателя с учетом специфических свойств тиристорного преобразователя: полууправляемость, нелинейность и дискретность управления.
Регулятор тока возбуждения обеспечивает постоянство тока возбуждения двигателя в однозонном электроприводе и изменяющий ток возбуждения в двухзонном электроприводе.
Программный блок защиты 26 выполняет алгоритм защитного отключения электропривода при аварийных ситуациях, таких, как короткое замыкание, превышение максимальной или заданной скорости вращения, перегрев двигателя или преобразователя и др. При этом используются соответствующие датчики тока, напряжения и температуры и АЦП для преобразования аналоговых сигналов в цифровой вид.
Следует отметить, что при отсутствии аналогового регулятора скорости и замене его аналогом в программном виде электропривод будет
иметь меньший диапазон регулирования скорости и худшие статические характеристики, как это имеет место в прототипе.
Для обеспечения функции самонастройки электропривода в устройстве может использоваться аналоговый программируемый регулятор скорости с входами установки величины коэффициента передачи и постоянной интегрирования с управлением от микропроцессорного блока управления.
Источники известности:
[1] В.Г.Файнштейн, Е.Г.Файнштейн. Микропроцессорные системы управления тиристорными электроприводами. М: Энергоатомиздат, 1986, 240 с.
[2] В.М.Перельмутер, В.А.Сидоренко. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока. М: Энергоатомиздат, 1988, 303 с.