Пристрій для формування кривої зміни частоти струму частотно-керованого електроприводу з обмеженням активної складової струму та ривка

Пристрій для формування кривої зміни частоти струму частотно-керованого електроприводу з обмеженням активної складової струму та ривка, що містить послідовно з'єднані задатчик ривка, на вхід якого подається відповідне завдання на швидкість руху об'єкта, задатчик прискорення та задатчик швидкості, який відрізняється тим, що на вході задатчика ривка встановлено компаратор, до негативних входів якого підключено виходи зворотних зв'язків задатчика прискорення та задатчика 3 воду з обмеженням активної складової струму та ривка. Поставлена задача вирішується тим, що створено пристрій для формування кривої зміни частоти струму частотно-керованого електроприводу з обмеженням активної складової струму та ривка, що містить послідовно з'єднані задатчик ривка, на вхід якого подається відповідне завдання на швидкість руху об'єкта, задатчик прискорення та задатчик швидкості, причому на вході задатчика ривка встановлено компаратор, до негативних входів якого підключено виходи зворотних зв'язків задатчика прискорення та задатчика швидкості, до позитивного входу якого підключено блок, що перетворює завдання на частоту струму двигуна у відповідне значення швидкості електроприводу, на виході задатчика швидкості встановлено задатчик частоти з обмеженням активної складової струму двигуна, який складається з пропорційної ланки, що перетворює сформоване задатчиком швидкості завдання на швидкість електроприводу, вихід якої приєднано до позитивного входу першого компаратора, вихід якого приєднано до першого входу блоку обмеження струму, до другого входу якого приєднано вихід другого компаратора, на перший вхід якого подається сигнал активного струму від системи, а на другий вхід якого подається завдання на активний струм системи, вихід блоку обмеження струму приєднано до входу інтегруючої ланки, вихід якої приєднано до негативного входу першого компаратора. Порівняно з прототипом відмінними істотними ознаками є те, що вхідним сигналом для системи є завдання на частоту, що дозволяє використовувати даний задатчик як в системах з прямим регулюванням частоти, так і в системах з регулюванням швидкості. Наявність додатково підключеного задатчика частоти на виході задатчика прискорення дає змогу контролювати зміну частоти струму системи, а наявність в задатчику частоти блоку обмеження активної складової струму дозволяє спростити процес регулювання струму двигуна системи, до якого буде підключено пристрій. Функціональні взаємодії між вказаними елементами пристрою забезпечують оптимальні графіки зміни швидкості електроприводу з обмеженням активної складової струму та видавати на виході сигнал у вигляді завдання на частоту зміни струму статора двигуна. Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками забезпечують виявлення нових технічних властивостей - шляхом конструкційних удосконалень розроблено пристрій для формування кривої зміни частоти струму частотнокерованого електроприводу з обмеженням активної складової струму та ривка. Це забезпечує усій заявленій сукупності ознак відповідність критерію "новизна" та приводить до нових технічних результатів. Аналоги, які містять ознаки, що відрізняються від прототипу, не знайдені, рішення явним чином не випливає з рівня техніки. Ідея корисної моделі пояснюється на кресленні (фіг. 1), де зображено структурну схему пристрою. 63239 4 Корисна модель складається з пропорційного блока 1, на вхід якого подається сигнал завдання на частоту струму двигуна, а сигнал з виходу якого порівнюється на компараторі 2 з вихідним сигналом другої інтегральної ланки 7, яка формує сигнал швидкості, що підсилено в пропорційному блоці 8, та з вихідним сигналом першої інтегральної ланки 4, яка формує сигнал прискорення, що підсилено в пропорційному блоці 6. Після порівняння на компараторі 2 сигнал подається на вхід блока 3, що обмежує значення ривка, на виході якого встановлено інтегруючу ланку 4, вихід якої приєднано до входу блока 5, що обмежує значення прискорення. Після цього сигнал з виходу блока 5 подається на вхід інтегруючої ланки 7, яка формує сигнал швидкості, вихід якої приєднано до входу пропорційної ланки 9, яка формує сигнал на частоту струму двигуна, вихід якої порівнюється на компараторі 10 з вихідним сигналом третьої інтегральної ланки 14, яка формує завдання на частоту струму двигуна. З виходу компаратора 10 сигнал потрапляє до першого входу блока обмеження струму 11, який формує значення струму в залежності від сигналу, що приходить до другого його входу з компаратора 15, на вхід 12 якого потрапляє сигнал за активним струмом від двигуна, до якого приєднано систему, а на вхід 13 якого потрапляє фактично заданий сигнал на активний струм. Для забезпечення функціонування пристрій підключається до комплектного пристрою автоматики з боку пропорційної ланки 1, та до системи керування з боку третьої інтегральної ланки 14. Також потрібно подати на вхід 12 сигнал за активним струмом від двигуна, до якого приєднано систему, а на вхід 13 фактично заданий сигнал на активний струм. Пристрій працює таким чином. Оптимальна тахограма процесів пуску, усталеного руху та гальмування з обмеженням прискорення й ривка формується комбінованим задатчиком інтенсивності, який складається із послідовно з'єднаних задатчиків ривка ЗР, прискорення ЗП, швидкості ЗШ та частоти 34. Задатчик ривка являє собою операційний підсилювач із релейною характеристикою (фіг. 2). Обмеження вихідної напруги Uз.p. задатчика ривка забезпечується максимальною уставкою, яка є величиною максимального ривка, припустимого для об'єкта керування. На вхід задатчика ривка (блок 1) (фіг. 1) подається сигнал завдання на частоту струму f**, що формується комплексним пристроєм автоматики (КПА) в залежності від необхідної швидкості руху об'єкта. Блок відповідності 1 виконує перетворення сигналу завдання на частоту f** у відповідний сигнал завдання на швидкість обертання об'єкта. Як задатчик прискорення використаний блок 3, у якого темп зміни його вихідної напруги Uз.п. визначається лише настроюванням задатчика й не залежить від напруги Uз.p.. Напрямок зміни Uз.п. визначається полярністю Uз.p.. Задатчик швидкості зібраний за схемою інтегратора 7, тому темп і напрямок зміни його вихідної напруги Uз.ш.. залежать 5 від значення й полярності Uз.п.. На виході блока 7 формується певне значення завдання на швидкість υ*, що потрапляє до блока відповідності 9, який виконує перетворення сигналу завдання на швидкість обертання коліс візка υ* у відповідний сигнал завдання на частоту f*. Даний сигнал f* подається на блок обмеження струму 11, який працює наступним чином: на компараторі 15 відбувається порівняння фактичної активної складової струму системи ІА (вхід 12) та максимального струму (вхід 13), що припустимий І. В разі перевищення значення ІА над І блок 11 формує на своєму виході нульовий сигнал, що призводить до припинення зміни частоти завдання на виході інтегратора 14. Якщо перевищення значення ІА над І немає, блок 11 без змін передає на вихід інтегратора 14 сформований блоком 9 сигнал, тобто формується вихідний сигнал завдання на частоту fЗ. Діаграми зміни в часі вихідних напруг задатчиків наведені на фіг. 3. На певних ділянках цього графіка величини прискорень і ривок на початку й кінці руху локомотива підтримуються постійними, рівними гранично припустимим значенням amах, рmах. При подачі на вхід пристрою напруги Uвх. на виході за датчика ривка з'являється незмінна в часі напруга Uз.p. (фіг. 3). Тому що Uз.p.>0, то на виході за датчика прискорення напруга наростає в позитивному напрямку аж до насичення (момент часу t1 на фіг. 3). Далі до моменту часу t2 Uз.п.=соnst. Вихідна напруга за датчика швидкості змінюється відповідно за параболічним законом до моменту часу t1 і лінійно в інтервалі t1-t2 (фіг. 3). На вхід за датчика ривка подається сигнал сумарного зворотного зв'язку Uз.н. по напругах Uз.п. й Uз.ш.. В момент часу t2 Uз.н.=Uвх. і Uз.p. обертається в нуль (фіг. 3). Подальше зростання Uз.н. (момент часу t2 на фіг. 2) приводить до зміни полярності Uз.p. (фіг. 3). Задатчик прискорення при цьому виходить із насичення і його напруга знижується. Зменшується також Uз.н.. У момент часу t3 знову Uз.н.=Uвх., Uз.p.=0, Uз.п.=0, а напруга Uз.щ.=Uз.ч. досягає максимального значення. Сформованій у такий спосіб сигнал надходить на вхід регулятора частоти системи. Гальмування проходить відповідно у зворотному порядку до описаного процесу розгону об'єкта. На графіку розгону (фіг. 3) можна виділити три характерні ділянки: 1) ОА - час розгону від 0 до t1. На цій ділянці постійним підтримується ривок, прискорення змінюється за лінійним законом, швидкість руху - по параболі, тобто: рОА=pmах, aOA=pmaxt, pmax t 2 , 2 де pOA, aОА, υOA - відповідно значення ривка, прискорення та швидкості на ділянці ОА; t - час руху; 3 рmах=20 м/с - максимально припустиме значення ривка для пасажирів ЧКЕП, що перевозять людей. OA  63239 6 Наприкінці цієї ділянки рух характеризується наступними параметрами: рA=0, aА=pmaxt, 2 p max t 1 a2  max , 2 2pmax де рA, aА, υA - відповідно значення ривка, прискорення та швидкості наприкінці ділянки ОА в точці А. Час руху на 1-й ділянці від 0 до t1 складе: a T1  max . p max 2) АБ - час розгону від t1 до t2. На цій ділянці рух здійснюється з постійним прискоренням, швидкість змінюється за лінійним законом, а ривок відсутній, тобто: pAБ=0, аАБ=amах. υАБ=υА+amaxt, де pAБ, aАБ, υАБ - відповідно значення ривка, прискорення та швидкості на ділянці АБ. Час руху на цій ділянці й швидкість наприкінці цієї ділянки залежать від величини номінальної швидкості об'єкта: A  2 amax , 2pmax де υБ - швидкість наприкінці ділянки АБ в точці Б   А  amax t 2  t 1   ном.  Б; υном - номінальна швидкість об'єкта. Звідси час проходження другої ділянки: a   A t1  t 2  T2  H  max . amax 2pmax 3) БВ - час розгону від t2 до t3. На цій ділянці ривок має максимальне значення, прискорення знижується за лінійним законом до 0, швидкість досягає номінального значення, тобто: рБВ=-pmах, aБB=amax-pmaxt, t 0 БВ  Б   аБВ dt , де рБВ, аБВ, υБВ - відповідно значення ривка, прискорення та швидкості на ділянці БВ; t - час, що відлічується від моменту t2. Наприкінці ділянки одержуємо усталений рух, тобто: рВ=0, аВ=0, υВ=υН, де рВ, аВ, υВ - відповідно значення ривка, прискорення та швидкості наприкінці ділянки БВ в точці В. Процес пуску на цьому закінчений. Далі об'єкт рухається з номінальною швидкістю. Практично реалізація наведеного графіка руху можлива шляхом формування сигналу, що задається мікропроцесорною системою керування (МПСК), відповідного до цього графіка й подаваного на вхід системи керування інвертором, побудованої за принципом підлеглого регулювання. Параметри задатчика інтенсивності можуть бути розраховані, виходячи з наступних міркувань: 7 а) в точці В графіка прискорення відсутнє (аВ=0), швидкість стає номінальною (υВ=υном), тоді: Uвх..-k2υном.=0, U k 2  вх. , ном де k2 - коефіцієнт зворотного зв'язку системи за швидкістю. б) в точці Б графіка прискорення має максимальне значення, а=аmах; швидкість - значення υБ, а ривок повинен змінювати знак, тоді рівняння для напруг на вході датчика інтенсивності: Uвх.-k1Ua max-k2υБ=0, U  k 2 Б k 1  вх. Ua max Виходячи з вищевикладеного можна зробити висновок, що технічне рішення, яке заявляється, задовольняє критерію "Промислове застосування". 63239 8 Джерела інформації: 7 1. Пат. 32937 Российская Федерація, МПК Н02Р 7/80. Устройство для формирования диаграмм перемещения електропривода с ограничением первой и второй производной скорости [Текст] / Ю.П. Добробаба, В.А. Мурлина, Г.А. Кошкин, С.В. Добробаба, М.В. Мартыненко; заявитель и патентообладатель Кубанский государственный технологический університет. - № 2003120194/20; заявл. 04.07.2003; опубл. 27.09.2003, Бюл. № 27. 2. Ключев, В.И. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов [Текст] / Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для вузов. – М.: Энергия, 1980. - С. 246-255. 9 Комп’ютерна верстка Мацело В. 63239 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601