Устройство для ограничения тока нагрузки экскаваторного электропривода постоянного тока Советский патент 1983 года по МПК E02F9/20 H02P5/00 

Изобретение относится к электроприводу постоянного тока и может быть использовано в электроприводах экскаваторов, снабженных системой подчиненного регулирования, а также в электроприводах экскаваторов с отсечкой по току, реализованной с помощью магнитного усилителя, в которых сигнал обратной связи по току снимается с участка якорной цепи, содержащего обмотки дополнительных полюсов (ДП) и компенсационные обмотки (КО) электрических машин. Известен электропривод экскаватора, в котором ограничение тока якоря осуществляется за счет применения непрерывной обратной связи по току, содержащей в своей цепи резистор, выполненный из никелевой проволоки, служащий для компенсации изменения величины стопорного момента привода, происходящего вследствие повышения сопротивления обмоток ДП и КО при нагреве машин 1. Недостатком указанного электропривода является снижение его производительности из-за невысокой точности поддержания величины стопорного момента при изменении температуры нагрева электрических машин, что связано с трудностью обеспечения соответствия температурного состояния никелевого терморезистора и обмоток ДП и КО. Ввиду больших габаритов никелевый терморезистор размещается под генератором и омывается потоком выходящего из генератора воздуха, вследствие чего температура терморезистора в процессе нагрева машин всегда ниже температуры обмоток ДП и КО. Хотя температурный коэффициент сопротивления (ТКС) никеля ( а - 0,006 fc) немного больше ТКС меди ( а 0,004 -//) не всег да может быть достигнута точная стабилизация стопорного тока привода. Но даже при стабилизации стопорного тока привода при нагреве машин понижается производительность экскаватора вследствие уменьшения момента привода из-за снижения величины магнитного потока двигателя. Для стабилизации момента двигателя при повышении температуры необходимо обеспечить перекомпенсацию стопорного тока, т. е. его рост при нагреве машин. Кроме того, для экскаваторных электроприводов необходима перекомпенсация стопорного момента. Происходящее при этом снижение стопорного момента при низких температурах уменьшает вероятность поломок механизмов вследствие явления хладноломкости и приводит к повышению коэффициента использования, а следовательно, производительности экскаватора. Недостатками схем с никелевым терморезистором являются также большие габаРИТЫ терморезистора, громоздкость конструкции крепления терморезисторов и неудобство их размещения на экскаваторе. Кроме того, никелевые резисторы не изготовляются серийно и не поставляются в виде готовых комплектующих изделий заводамизготовителям экскаваторов, вследствие чего на заводах возникают дополнительные трудности, связанные с производством нехарактерной для них продукции. Известен электропривод экскаватора 2, в котором стабилизация стопорного момента привода достигается за счет применения устройства 3 в дополнение к указанному никелевому терморезистору. В таком устройстве цепь задания регулятора тока включена в диагональ моста, два плеча которого образованы двумя половинами обмотки возбуждения двигателя (или обмотки возбуждения двух двигателей), а два других плеча - активными сопротивлениями, имеющими малый ТКС. Поскольку питание цепи задания осуществляется с диагонали моста, то при увеличении сопротивления обмотки возбуждения двигателя ввиду его нагрева и при постоянном напряжении питания происходит соответствующий рост напряжения задания. Общее действие указанного устройства и никелевого терморезистора может быть подобрано таким образом, чтобы обеспечивался рост стопорного тока при нагреве машин, достаточный для компенсации происходяшего при этом уменьшения магнитного потока двигателя и поддержания примерно постоянным стопорного момента привода. Недостатком такого устройства является невысокая точность ввиду несоответствия нагрева обмоток возбуждения двигателей и участка якорной цепи, содержащего обмотки ДП и КО, а также ввиду нестабильности напряжения питания обмоток возбуждения двигателей. Кроме того, указанное устройство неэкономично вследствие повышенного расхода электроэнергии из-за необходимости включения добавочных сопротивлений в цепи обмоток возбуждения двигателей. Наиболее близким к изобретению является устройство для ограничения тока нагрузки экскаваторного электропривода постоянного тока (Л.4) с якорной цепью, включающей последовательно соединенные компенсационные обмотки и обмотки .дополнительных полюсов генератора и двигателя, которое содержит регулятор тока с цепями задания и обратной связи и двухполюсник, состоящий из расположенного в генераторе в- тепловом контакте с обмоткой дополнительных полюсов полупроводникового терморезистора с отрицательным ТКС, зашунтированного резистором, и последовательно соединенного с вторым резистором. Указанный двухполюсник входит в состав термозависимого делителя напряжения, вход которого подключен параллельно обмотке дополнительных полюсов генератора, а к его выходу подключена цепь отрицательной обратной связи регулятора тока. Ввиду большого ТКС полупроводникового терморезистора с помощью указанного устройства может быть обеспечена удовлетворительная точность стабилизации стопорного тока электропривода при изменении теплового состояния машин, а также перекомпенсация стопорного тока и стопорного момента 4. Недостатком данного устройства является понижение производительности экскаваторов из-за невозможности обеспечения высокой точности стабилизации стопорного момента, а также из-за неудовлетворительного качества стабилизации динамических характеристик электропривода. Кроме того, в процессе наладки электропривода с указанным устройством возникают затруднения в обеспечении расчетной точности стабилизации в связи со значительным технологическим разбросом параметров полупроводниковых терморезисторов. Цель изобретения - обеспечение высокой точности стабилизации стопорного тока и качества стабилизации динамических характеристик электропривода, а также повышение производительности экскаватора при упрощении наладки. Поставленная цель достигается тем, что двухполюсник снабжен двумя встречно включенными стабилитронами и третьим резистором, который включен между терморезистором и вторым резистором, часть которого зашунтирована встречно включенными стабилитронами, причем двухполюсник включен последовательно в цепь задания регулятора тока, цепь обратной связи которого подключена к якорной цепи электропривода. На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - кривые зависимостей погрешности 5 ItT стабилизации стопорного тока от температуры. Устройство включает приводной двигатель 1, генератор 2, обмотку возбуждения генератора 3, регулятор тока 4, полупроводниковый терморезистор 5 с отрицательным ТКС, резисторы 6-8, стабилитроны 9 и 10, компенсационные обмотки соответственно генератора и двигателя 11 и 12, обмотки дополнительных полюсов соответственно генератора и двигателя 13 и 14, обмотку возбуждения двигателя 15. Кривые I и II (фиг. 2) соответствуют стабилизации стопорного тока, а кривые III и IV - перекомпенсации. Приводной двигатель 1 питается от генератора 2 с обмоткой возбуждения 3, которая получает питание от регулятора тока 4. Входной сигнал Ubx-t-iHa регулятор тока подается через двухполюсник, состоящий из терморезистора 5 с последовательно соединенным с ним резистором 6, зашунтированными резистором 7 и последовательно соединенными с резистором 8, часть которого зашунтирована встречно соединенными стабилитронами 9 и 10. Ограничение стопорного тока осуществляется при помощи отрицательной обратной связи, снимаемой с участка якорной цепи, включающей последовательно соединенные компенсационные обмотки генератора 11, двигателя 12, дополнительных полюсов генератора 13 и двигателя 14. Указанная обратная связь подается на второй вход регулятора 4 (сигнал )- В качестве регулятора тока 4 может быть использован тиристорный преобразователь, магнитный или иной усилитель. Устройство работает следующим образом. В процессе нагрева электрических мащин повышается сопротивление компенсационных обмОток и обмоток дополнительных полюсов, вследствие чего увеличивается сигнал отрицательной обратной связи по току. Терморезистор 5 размещен в электрической машине в тепловом контакте с компенсацион ной обмоткой или обмоткой дополнительных полюсов, поэтому в процессе нагрева электри ческих машин уменьшается сопротивление терморезистора и увеличивается сигнал зада ния. Параметры терморезистора и резисторов могут быть рассчитаны так, чтобы увеличение сигнала задания компенсировало уве личение сигнала обратной связи по току при нагреве машин, чем обеспечивается стабилизация стопорного тока при изменении температуры машин. Терморезистор S имеет высокий ТКС, поэтому параметры резисторов 6-8 могут быть рассчитаны так, чтобы обеспечивалась не только стабилизация стопорного тока, но и перекомпенсация стопорного тока и момента привода. Ввиду нелинейности характеристик полупроводниковых терморезисторов стабилизация стопорного тока осуществляется с некоторой погрешностью 1«. Кривые (фиг. 2 иллюстрируют возможные формы зависисостейо 1«т f(T) указанной погрешности от температуры. Кривые I и III могут быть получены, если в устройстве отсутствуют встречно включенные стабилитроны 9 и 10. Характер этих кривых при низких температурах вполне удовлетворителен, так как с учетом происходяшего при этом роста магнитного потока двигателей уменьшение стопорного тока способствует стабилизации стопорного момента. Уменьшение темпа спадания стопорного тока и его дальнейший рост при температурах ниже Т; О - (-20) °С не может сушественно ухудшить работу привода, так как ввиду быстрого первоначального роста температуры обмоток в процессе разогрева машин при низких температурах машины работают непродолжительное время. Однако при температурах, превышающих значения Тг бО-80°С, происходит резкое умень щение стопорного тока, что с учетом умень шения величины магнитного потока двигателей приводит к снижению момента и производительности экскаватора. В устройстве дополнительно предусмотрена цепочка из двух включенных встречно стабилитронов 9 и 10, шунтирующих часть резистора 8. При нагреве машины до температуры, превышаюш,ей Тг, вследствие увеличения тока, протекающего через резистор 8, напряжение на части указанного резистора достигает значения, при котором для полярности напряжения Us задания (фиг. 1) пробивается кремниевый стабилитрон 10. Это вызывает более интенсивный рост тока задания при дальнейшем повышении температуры, вследствие чего величина стопорного тока также повышается и погрешность S 1ст меньше. При противоположной полярности напряжения Uj эту функцию выполняет стабилитрон 9. Кривые И и IV (фиг. 2) получают в случае применения устройства с рассматриваемой дополнительной цепочкой из кремниевых стабилитронов. Применение указанной цепочки позволяет увеличить стопорный ток при нагретых машинах на 4-5%, что повышает производительность экскаватора. Коррекция параметров элементов схемы производится с помощью резисторов 6 и 8. В процессе наладки устанавливаются расчетные значения сопротивлений резисторов 6 и 8. Подрегулировка величины стопорного тока при холодных машинах производится изменением величины сопротивления резистора 8. Если при нагретых машинах величина стопорного тока отклоняется от заданной, ее подрегулировку ведут с помощью резистора 6. При значении стопорного тока ниже требуемого сопротивление резистора 6 уменьшают, а при его значении выше требуемого сопротивление резистора 6 увеличивают. Ввиду того, что при нагретых машинах сопротивление терморезистора 5 ма,ло, для осуществления подрегулировки стопорного тока сопротивление резистора 6 изменяется в небольших пределах. При холодных машинах сопротивление терморезистора велико, поэтому указанное с целью подрегулировки величины стопорного тока изменение величины сопротивления резистора 6 при нагретых машинах несущественно сказывается на величине сопротивления всего двухполюсника, а следовательно, на величине стопорного тока, установленного при холодных машинах. Включение двухполюсника терморезистор-резисторы в цепь задания регулятора тока, а не, в цепь обратной связи по току,, как это предусмотрено в известном устройстве , позволяет повысить точность температурной стабилизации стопорного тока электропривода. Это связано с тем, что в электроприводах экскаваторов цепь обратной связи по току выполняют низкоомной и на большие токи с целью получения больших значений коэффициента обратной связи по току, а также с целью повышения быстродействия узла токоограничения из-за возможности включения в цепь обратной связи по току дополнительного резистора с большим активным сопротивлением. В процессе нагрева электрических машин и аппаратуры управления изменяются параметры элементов системы управления, которые влияют на динамические характеристики электропривода. В наибольшей степени изменяются электромагнитная постоянная времени генератора и якорной цепи, а также электромеханическая постоянная времени привода. Изменяются также передаточные коэффициенты элементов систе.мы управления и коэффициенты обратных связей. В предлагаемом устройстве за счет включения двухполюсника тер.морезистор-резисторы в цепь задания регулятора тока, а цепи обратной связи но току - непосредственно на участок якорной цепи, содержащей компенсационные обмотки и обмотки дополнительных полюсов, при понижении те.мпературы происходит уменьшение величины задающего сигнала и коэффициента отрицательной обратной связи по току, вследствие чего повышается запас устойчивости системы и для ее стабилизации требуется менее эффективные стабилизирующие средства. Кроме увеличения производительности экскаватора, применение устройства позволяет также упростить наладку. Если при наладке устройства для ограничени.я тока устанавливаются параметры элементов, рассчитанные для средних значений параметров полупроводникового терморезистора, погрешность стабилизации может значительно превысить расчетную.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКА НАГРУЗКИ ЭКСКАВАТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА с якорной цепью, включающей последовательно соединенные компенсационные обмотки и обмотки дополнительных полюсов генератора и двигателя, содержашее регулятор тока с цепями задания и обратной связи и двухполюсник, выполненный из находящегося в тепловом контакте с одной из обмоток терморезистора с отрицательным температурным коэффициенто.м сопротивления, защунтированного резисторо.м и соединенного с вторым резистором, отличающееся тем, что, с целью обеспечения высокой точности те.мпературной стабилизации стопорного тока и качества стабилизации динамических характеристик электропривода, двухполюсник снабжен двумя встречно включенными стабилитронами и третьим резистором, который включен между терморезистором и вторым резистором, часть которого зашунтирована встречно включенными стабилитронами, причем двухполюсник включен последовательно в цепь задания регулятора тока, цепь обратной связи которого подключена к якорной цепи электропривода.