ТИРИСТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к областям автоматизированного электропривода и преобразовательной техники.
Известен тиристорный электропривод, выполненный на базе тиристорного преобразователя с двигателем постоянного тока и сглаживающим дросселем. В качестве аналога может быть принято устройство по [1]. В указанном аналоге управление двигателем постоянного тока осуществляется при помощи системы регулирования, замкнутой по сигналу, пропорциональному току двигателя. Данный сигнал выделяется с помощью многофункционального сглаживающего дросселя (реактора), который содержит магнитосвязанные силовую и компенсационную обмотки. Принцип действия такого дросселя рассмотрен в [1]. В результате данное устройство обеспечивает разгон двигателя с ограничением и регулированием пускового тока. Недостатком устройства является отсутствие обратной связи по скорости или ЭДС, снижающее точность регулирования скорости двигателя.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению, и взятым за прототип, является тиристорный электропривод ЭПУ4-1 [2]. Устройство (фиг.1) содержит тиристорный преобразователь с системой управления 1, двигатель 2, сглаживающий дроссель 3 с силовой 4 и компенсационной 5 обмотками, начала которых соединены в общую точку
«а», регулятор тока 6, регулятор скорости 7, задатчик скорости 8, датчик ЭДС двигателя 9, содержащий элементы 2-5, потенциометр 10 и фильтр 11.
З
ОС
OC
Под действием задающего сигнала U с выхода задатчика скорости 8 и сигнала обратной связи U, снимаемого с потенциометра 10, происходит регулирование скорости двигателя. Под действием сигнала i, который пропорционален току якоря двигателя 2, осуществляется регулирование и ограничение тока двигателя, в том числе в пусковых режимах.
OC
OC
Недостатком данного электропривода является наличие динамической погрешности при выделении сигнала ЭДС двигателя U≡е≡n, которая при неизменном потоке возбуждения пропорциональна скорости двигателя n. При этом датчик ЭДС двигателя 9 балансируется так, чтобы при n=0 среднее значение напряжения на выходе потенциометра 10 равнялось нулю. Однако, при этом в переходных режимах в сигнале U имеется динамическая ошибка, определяющая дополнительную погрешность системы.
Технический результат заявляемого решения - повышение точности регулирования.
Технический результат достигается тем, что в тиристорный электропривод, содержащий тиристорный преобразователь, подключенный к сети и якорю двигателя постоянного тока через сглаживающий дроссель с магнитосвязанными силовой и компенсационной обмотками; регуляторы тока и скорости, соединенные между собой и подключенные соответственно
к управляющему входу тиристорного преобразователя, компенсационной обмотке, задатчику скорости и датчику ЭДС двигателя, выполненному на основе обмоток дросселя и потенциометра обратной связи, дополнительно введены инвертор, два сумматора и два потенциометра, при этом к компенсационной обмотке подключены входы первого потенциометра и инвертора, а выход инвертора соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с общей точкой обмоток дросселя, при этом выход первого потенциометра соединен с первым входом второго сумматора, второй вход последнего подключен к выходу второго потенциометра, соединенного с выходом первого сумматора, а третий вход второго сумматора подключен к выходу потенциометра обратной связи, подключенного к якорю двигателя.
Отличительной особенностью полезной модели является то, что повышение точности регулирования достигается за счет исключения динамической ошибки, присущей прототипу. Это достигается тем, что предлагаемое устройство обеспечивает компенсацию составляющей  в сигнале обратной связи по ЭДС как в установившемся, так и в переходном режимах (см. ниже описание работы устройства). Это достигается дополнительным введением в устройство инвертора, двух сумматоров и двух потенциометров и их соответствующим подключением к обмоткам дросселя, якорю двигателя и регулятору скорости.
На фиг.2 приведена схема заявляемого устройства, где приняты следующие обозначения:
1 - тиристорный преобразователь, состоящий из силовой части и системы импульсно-фазового управления;
2 - якорь двигателя постоянного тока;
3 - сглаживающий дроссель с силовой 4 и компенсационной 5 обмотками;
6 - регулятор тока;
7 - регулятор скорости;
8 - задатчик скорости;
9 - датчик ЭДС двигателя;
10 - потенциометр обратной связи;
12 - инвертор;
13, 16 - сумматоры;
14, 15 - потенциометры;
е - ЭДС двигателя;
i - ток двигателя;
ОС
i - сигнал обратной связи, пропорциональной току двигателя;
OC
U - сигнал с выхода датчика ЭДС;
З
U - задающий сигнал, определяющий скорость двигателя n;
Я
U - напряжение якоря двигателя;
12
14
15
С, U, U - напряжения на выходах элементов 12, 14, 15;
a
b
c
U, U, U - напряжения в точках «а», «b» и «с» соответственно (относительно точки «0»).
Предлагаемое устройство содержит тиристорный преобразователь 1, подключенный к сети и якорю двигателя постоянного тока 2 через сглаживающий дроссель 3 с магнитосвязанными силовой 4 и компенсационной 5 обмотками; регулятор тока 6 и регулятор скорости 7, соединенные между собой и подключенные соответственно к управляющему входу тиристорного преобразователя 1, компенсационной обмотке 5, задатчику скорости 8 и датчику ЭДС двигателя 9, содержащему потенциометр обратной связи 10, а также инвертор 12, вход которого соединен с компенсационной обмоткой, а выход - с первым входом первого сумматора 13, второй вход которого подключен к общей точке обмоток дросселя 3, при этом к компенсационной обмотке 5 подключен вход первого потенциометра 14, а к выходу первого сумматора 13 - вход второго потенциометра 15, выходы указанных потенциометров подключены соответственно к первому и второму входам второго сумматора 16, его третий вход соединен с выходом потенциометра обратной связи 10, подключенного к якорю двигателя 2.
Устройство (фиг.2) работает следующим образом.
Регуляторы 6 и 7 вместе с преобразователем 1, двигателем 2, задатчиком скорости 8, обмотками 4 и 5 дросселя 3 и датчиком ЭДС двигателя 9 образуют систему подчиненного регулирования скорости двигателя. Выход регулятора скорости 7 обеспечивает задание тока
b
OC
двигателя, а сигнал U=i является сигналом обратной связи по току двигателя, который пропорционален току i двигателя и равен:
где r - сопротивление силовой обмотки 4,
4
5
L, L - индуктивности силовой и компенсационной обмоток дросселя.
При равенстве витков обмоток 4 и 5 имеем:
т.е. сигнал обратной связи по току пропорционален току двигателя, что предложено в [1].
OC
В качестве сигнала обратной связи по ЭДС используется напряжение U с выхода датчика 9:
10
14
15
где K, К, К - коэффициенты передачи потенциометров 10, 14, 15,
12
b
c
Я
U=-U=-ir,  U=U.
Тогда из (3) имеем:
1
10
2
14
3
15
где К=K, К=Kr, K=KL - масштабные коэффициенты.
Выражение (4) совпадает с зависимостью ЭДС двигателя, которая при постоянном потоке возбуждения пропорциональна скорости n двигателя и равна:
где с, , ,  - коэффициенты.
Из (4) и (5) имеем:
OC
Таким образом, в предлагаемом устройстве при постоянном потоке возбуждения двигателя и соответствующем выборе масштабных коэффициентов (с помощью потенциометров 10, 14, 15) сигнал обратной связи U пропорционален скорости вращения двигателя n как в статике, так и в динамике, что обеспечивает высокую точность регулирования.
В заключение следует отметить, что в прототипе сигнал обратной связи совпадает с ЭДС двигателя только по среднему значению. В нем не компенсируется текущее значение составляющей , среднее значение которой равно нулю. В результате в реальном тиристорном электроприводе, где ток i содержит переменную составляющую, имеет место динамическая погрешность скорости, что в замкнутой системе регулирования приводит к дополнительным пульсациям скорости и тока, а значит - к дополнительному перегреву двигателя и потерям мощности.
Источники известности:
[1] А.Г.Иванов, А.С.Чернышев. Устройство для управления электроприводом постоянного тока, А.с. №762117, Бюл. №33, опубл. 07.09.80.
[2] Электроприводы унифицированные нереверсивные однофазные серии ЭПУ4-1. Руководство по эксплуатации НТЦ.654534.001РЭ, Чебоксары, ОАО «ВНИИР», 2001.