УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОБРЫВА ЦЕПИ ТАХОГЕНЕРАТОРА Российский патент 1999 года по МПК G01R31/02 G01R31/34 H02H7/08 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники, в частности к автоматизированному электроприводу, и может быть использовано для защиты электроприводов постоянного и переменного тока. Известно устройство для контроля цепи тахогенератора, используемое в электроприводах фирмы Stramag [1] , содержащее блок контроля соответствия напряжений тахогенератора и электродвигателя, ко входам которого подключены выходы тахогенератора и датчика ЭДС, входы второго подключены к якорю электродвигателя через датчик напряжения.

В блоке контроля соответствия напряжений производится сравнение напряжений тахогенератора и датчика ЭДС. При их соответствии сигнал на выходе блока контроля отсутствует. При отсутствии напряжения с тахогенератора (обрыве цепи тахогенератора) и наличии напряжения на выходе датчика ЭДС на выходе блока контроля появляется сигнал аварийного отключения электропривода.

Недостатками устройства для контроля цепи тахогенератора являются:
1. Сложность электрической схемы, т. к. устройство содержит сложный датчик напряжения с гальванической развязкой от сети и датчик ЭДС.

2. Небольшой диапазон контроля, неисправности цепи тахогенератора, обусловленный наличием в блоке контроля существенной зоны нечувствительности, величина которой пропорциональна величине пульсаций напряжения датчика ЭДС.

Напряжение на электродвигателе содержит постоянную и переменную составляющие и определяется в общем виде из формулы
U_я=E+iR+L•di/dt,
где Е - ЭДС электродвигателя, R и L - активное сопротивление и индуктивность якорной цепи, i - мгновенное значение тока.

Напряжение на выходе датчика напряжения пропорционально напряжению на электродвигателе.

В датчике ЭДС производится компенсация падения напряжения на активном сопротивлении (1R - компенсация) якорной цепи и среднее значение напряжения датчика ЭДС пропорционально ЭДС двигателя. Значительное сглаживание переменной составляющей напряжения датчика ЭДС недопустимо, т.к. это может привести к запаздыванию в канале обратной связи по ЭДС и нарушению устойчивой работы электропривода. Поэтому в реальном электроприводе амплитуда переменной составляющей напряжения примерно в 1,4 раза превышает значение постоянной составляющей напряжения датчика ЭДС, а в блоке контроля соответствия напряжений имеется зона нечувствительности, величина которой пропорциональна амплитуде пульсаций напряжения датчика ЭДС.

В результате этого при обрыве цепи тахогенератора в режиме работы электродвигателя на малой скорости аварийное отключение электропривода произойдет только при разгоне электродвигателя до скорости примерно 40% от номинального значения. Если такая авария произойдет при обработке детали на металлорежущем станке, то поломка детали или инструмента может произойти раньше, чем наступит аварийное отключение электропривода.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для контроля цепи тахогенератора, используемое в электроприводе серии ЭПУ1 [2], содержащее генератор, выполненный на основе моста Вина, первый вход которого подключен через RC-цепочку к выходу тахогенератора, выход соединен с входом блока защиты электропривода через элемент задержки, а второй вход генератора соединен с общей шиной.

Устройство работает следующим образом.

При наличии цепи тахогенератора генератор не работает из-за того, что входная диагональ моста Вина зашунтирована через RC-цепочку сопротивлением якоря тахогенератора, которое во много раз меньше сопротивления моста. RC-цепочка служит для защиты генератора от постоянной составляющей напряжения тахогенератора. При обрыве в цепи тахогенератора его сопротивление не шунтирует больше мост Вина, он входит в резонанс и на выходе генератора появится сигнал, который с задержкой, определенной элементом задержки, отключает электропривод.

Данное устройство по сравнению с аналогом более простое и позволяет контролировать обрыв в цепи тахогенератора независимо от величины скорости двигателя, однако имеет свои недостатки:
1. Ухудшает качество работы регулятора скорости и электропривода в целом из-за того, что пульсации напряжения тахогенератора вызывают кратковременное возбуждение генератора, который генерирует через свою входную цепь сигнал в цепь тахогенератора и на вход регулятора скорости. Абсолютная величина помехи, вносимой генератором, невелика, однако при большом диапазоне регулирования скорости электродвигателя ее влияние на качество регулирования будет существенным.

2. Ограниченное быстродействие устройства, обусловленное наличием элемента задержки, который необходим для исключения ложного срабатывания устройства, вызванного пульсациями напряжения тахогенератора. Абсолютная величина этих пульсаций пропорциональна скорости электродвигателя, поэтому параметры элемента задержки выбираются исходя из условий работы на максимальной скорости электродвигателя.

Реальная величина задержки срабатывания составляет 50 мс (определена по номиналам элементов на принципиальной схеме указанного электропривода), время пуска высокомоментного двигателя с большим пусковым током обычно не превышает 0,2 с, таким образом при обрыве в цепи тахогенератора в режиме работы электродвигателя на минимальной скорости аварийное отключение электродвигателя произойдет только при скорости, равной 25% номинальной, что может привести к поломке механизмов станка.

Технический результат изобретения - повышение быстродействия и качества регулирования скорости за счет исключения влияния устройства контроля на работу регулятора скорости.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для контроля обрыва цепи тахогенератора, содержащее последовательно соединенные конденсатор, резистор, генератора, выполненный на основе моста Вина, выход которого является выходом устройства, а также входные выводы, предназначенные для подключения тахогенератора, соединенные соответственно с общей шиной и свободным выводом конденсатора, введены компаратор, который включается при наличии напряжения на входе и выключается при его отсутствии, и ключ, включенный между входом генератора и общей шиной, конденсатора соединен также со входом компаратора, выход которого подключен к управляющему входу ключа.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что за счет введения компаратора и ключа, подключенных соответственно к выходу тахогенератора и входу генератора, появилась возможность блокировать работу генератора при наличии напряжения тахогенератора на входе устройства, за счет этого исключить элемент задержки, повысить быстродействие устройства и качество регулирования скорости в электроприводе.

При этом компаратор выполнен на основе последовательно включенных выпрямителя и порогового элемента.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для контроля цепи тахогенератора, где приняты следующие обозначения:
1 - конденсатор,
2 - резистор,
3 - генератор,
4 - компаратор,
5 - ключ,
6 - тахогенератор,
7 - электропривод,
А, В, - входные выводы устройства,
С - выходной вывод устройства.

Устройство для контроля цепи тахогенератора содержит последовательно соединенные конденсатор 1, резистор 2, подключенные к первому входу генератора 3, выполненного на основе моста Вина, второй вход которого подключен к общей шине, компаратор 4, соединенный входом со свободным выводом конденсатора 1 и первым входным выводом А устройства, ключ 5, включенный между общей шиной и первым входом генератора 3, управляющий вход ключа 5 подключен к выходу компаратора 4, тахогенератор 6, подключенный одним выводом ко входу электропривода 7 и входу А устройства, а вторым выводом - ко входу устройства В, соединенного с общей шиной, выход генератора 3 соединен с выводом С, являющимся выходом устройства, и со входом блока защит электропривода 7.

Устройство работает следующим образом.

При работе электропривода 7 тахогенератор 6 подает на входы А, В устройства напряжение, при этом включаются компаратор 4 и ключ 5 и блокируется работа генератора 3, в результате чего напряжение на выходе С устройства отсутствует. При остановке электропривода и тахогенератора на входе А устройства напряжение будет отсутствовать и выключается компаратор 4 и ключ 5, однако генератор 3 не начнет работать, т.к. его входы останутся зашунтированными сопротивлением цепи тахогенератора 6 через конденсатор 1, резистор 2.

При обрыве цепи тахогенератора 6 напряжение на входе А устройства будет отсутствовать, компаратор 4 и ключ 5 будут выключены, входы генератора 3 не будут шунтироваться сопротивлением тахогенератора 6, мост Вина войдет в резонанс, генератор 3 вступит в работу и на выходе С устройства появится сигнал аварийного отключения электропривода.

При этом, учитывая то обстоятельство, что при работе электропривода входы генератора 3 заблокированы ключем 5, он не оказывает влияния по цепи управления на работу электропривода, а при обрыве цепи тахогенератора он отключает электропривод без задержки. Применение предлагаемого устройства позволяет исключить влияние генератора на качество работы электропривода и повысить быстродействие устройства контроля (защиты), что значительно уменьшает перерегулирование по скорости и предохраняет от поломки механизмы станка в случае обрыва цепи тахогенератора в работающем электроприводе.

Источники информации
1. Каталог фирмы Stromacon, Stromrichtergerate CHA 055.2//CHA 190//
2. Электроприводы унифицированные трехфазные серии ЭПУГ. Паспорт ИГФР. 654.674.001 ПС, Чебоксары, 1984.

Изобретение может найти применение в электроприводах для защиты электроприводов постоянного и переменного токов. Технический результат - повышение быстродействия и качества регулирования скорости. Достигается указанный результат тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные конденсатор, резистор, генератор, выход которого является выходом устройства, а также входные выводы, предназначенные для подключения тахогенератора, введены компаратор и ключ, подключенный между входом генератора и общей шиной, вход конденсатора соединен со входом компаратора, выход которого подключен к управляющему входу ключа. 1 ил. .

Устройство для контроля обрыва цепи тахогенератора, содержащее последовательно соединенные конденсатор, резистор, генератор, выполненный на основе моста Вина, выход которого является выходом устройства и предназначен для подключения ко входу защиты электропривода, входные выводы, предназначенные для подключения тахогенератора, соединенные соответственно с общей шиной и свободным выводом конденсатора, отличающееся тем, что введены компаратор, который включается при наличии напряжения на входе и выключается при его отсутствии, и ключ, включенный между общей шиной и входом генератора, свободный вывод конденсатора соединен также со входом компаратора, выход которого подключен к управляющему входу ключа.