Электропривод с упругой механической связью между электродвигателем и механизмом Советский патент 1986 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управлению электроприводами постоянного тока механизмов, работающих с частыми стопорениями и у которых имеется упругая связь между электродвигателем и рабочим органом механизма, например механизмов перестановки верхнего валка прокатных станов, копающих механизмов экскаваторов и т.д.

Целью изобретения является повыщение надежности за счет снижения динамических усилий в упругих элементах передач к рабочим органам при стопорении и вследствие полного использования коммутационных возможностей электродвигателя в режиме рекуперации.

На фиг. 1 представлена функциональная схема электропривода; на фиг. 2 - схема блока регулирования коммутации; на фиг. 3 - схема нелинейного динамического блока; на фиг. 4 - схема блока сравнения; на фиг. 5 -

характеристика функционального преобразо- вателя, где , Ммодм-ма, Мпред.дои --.моменты опускания, подъема и предельно допустимый, Uiibix.p.c - выходное напряжение регулятора скорости.

Электропривод (фиг. 1) с упругой механической связью 1 между электродвигателем 2 и механизмом 3 содержит электродвигатель постоянного тока, якорная цепь которого подключена к вентильному преобразователю 4 с системой управления, включающей последовательно соединенные задатчик 5 скорости, регулятор 6 скорости, блок 7 регулируемого ограничения и регулятор 8 тока с подключенными к входам соответствующих регуляторов датчиками 9 и 10 скорости и тока соответственно, а также датчик 11 величины усилия в упругой механической связи. Кроме того, электропривод содержит блок 12 регулирования коммутации электродвигателя 2, задатчик 13 максимально допустимого момента, узел 14 формирования противофазных напряжений, нелинейное динамическое звено 15 и узел 16 сравнения, входы которого подключены к выходам датчика 11 величины усилия в упругой механической связи и задатчика 13 максимально допустимого момента, а вы30

В режимах, не связанных со стопоре- нием, скорость якоря электродвигателя 2 определяется величиной напряжения на вы- 25 ходе задатчика 5 скорости. Это напряжение на входе регулятора 6 скорости сравнивается с напряжением на выходе датчика 9 скорости. На выходе регулятора 6 скорости образуется сигнал, который на выходе блока 7 ограничения вызывает появление напряжения, являющегося заданием на ток якоря регулятору 8 тока якоря. На другой вход регулятора 8 тока поступает сигнал обратной связи по току якоря с выхода датчика 10 тока якоря. При этом сигнал на выходе блока 7 регулируемого ограничения ограничивается величиной «подпирающего напряжения. Это «подпирающее напряжение формируется в узле 14 формирования противофазных напряжений из напряжения на выходе блока 12 регулирования коммутации, т.е. из сигналов, пропорциональных скорости и величине тока якоря в соответствии с законами коммутации электрических мащин постоянного тока. Сигнал с регулятора 8 тока якоря, воздействуя на вход вентильного преобразователя 4, обеспечивает

35

40

ход через нелинейное динамическое звено 15 допустимую величину тока якоря. При этом

50

подключен к входу блока 7 регулируемого ограничения, вход регулирования уровня ограничения которого через узел 14 формирования нротивофазных насгряже- ний соединен с выходом блока 12 регулирования коммутации, соединенного своими входами с выходами датчиков 9 и 10 скорости и тока, при этом блок 12 регулирования коммутации (фиг. 2) содержит выделитель 17 модуля, вход которого является

первым входом блока, инерциопно-форсирую- 55 рения, напряжения щее звено 18, вход которого является вторым входом блока, функциональный преобразователь 19 с параболической характевведение отрицательной обратной связи по величине тока якоря позволяет при больщих значениях тока своевременно ввести упреждающее ограничение и, тем самым, исключить превышение током якоря допустимых по условиям коммутации значений.

При превышении моментом сопротивления механизма допустимых значений и, следовательно, наступления режима, близкого к стопорению или собственно стопоупругой передаче 1

становятся больше допустимых значений, сигнал на выходе датчика 11 величины усилия в упругой связи становится бо.льше

ристикой и последовательно соединенные задатчик 20 допустимого тока, узел 21 суммирования и блок 22 определения знака, .причем к входам узла 21 суммирования подключен выход выделиаеля 17 модуля и через

функциональный преобразователь 19 с параболической характеристикой - выход инерционно-форсирующего звена 18, а нелинейный дин-амический блок 15 (фиг. 3) выполнен в виде последовательно соединеных

иинерционно-форсирующего звена 23 и функционального преобразователя 24 с характеристикой, приведенной на фиг. 5.

Блок 16 сравнения (фиг. 4) содержит операционный усилитель 25 с инвертирующим и неинвертирующим входами диоды

26, 27 и 28, присоединенные к инвертирую- QieMy и неинвертирующему входам и выходу соответственно, причем катод диода 26 является первым входом блока, катод диода 27 - вторым входом блока, а анод диода 28 -

выходом блока,

Электропривод работает следующим образом.

В режимах, не связанных со стопоре- нием, скорость якоря электродвигателя 2 определяется величиной напряжения на вы- ходе задатчика 5 скорости. Это напряжение на входе регулятора 6 скорости сравнивается с напряжением на выходе датчика 9 скорости. На выходе регулятора 6 скорости образуется сигнал, который на выходе блока 7 ограничения вызывает появление напряжения, являющегося заданием на ток якоря регулятору 8 тока якоря. На другой вход регулятора 8 тока поступает сигнал обратной связи по току якоря с выхода датчика 10 тока якоря. При этом сигнал на выходе блока 7 регулируемого ограничения ограничивается величиной «подпирающего напряжения. Это «подпирающее напряжение формируется в узле 14 формирования противофазных напряжений из напряжения на выходе блока 12 регулирования коммутации, т.е. из сигналов, пропорциональных скорости и величине тока якоря в соответствии с законами коммутации электрических мащин постоянного тока. Сигнал с регулятора 8 тока якоря, воздействуя на вход вентильного преобразователя 4, обеспечивает

допустимую величину тока якоря. При этом

допустимую величину тока якоря. При этом

рения, напряжения

введение отрицательной обратной связи по величине тока якоря позволяет при больщих значениях тока своевременно ввести упреждающее ограничение и, тем самым, исключить превышение током якоря допустимых по условиям коммутации значений.

При превышении моментом сопротивления механизма допустимых значений и, следовательно, наступления режима, близкого к стопорению или собственно стопоупругой передаче 1

становятся больше допустимых значений, сигнал на выходе датчика 11 величины усилия в упругой связи становится бо.льше

сигнала на выходе задатчика 13 максимально допустимого момента. При этом в опасном по стопорению режиме, например при подъеме ковша одноковшового экскаватора или опускании верхнего валка пажимного устройства, на выходе блока 16 сравнения появляется сигнал. При этом сигнал на выходе нелинейного динамического блока 15 определяется величиной превышения моментом в упругой механической связи 1 допустимого значения и скоростью изменения этого превышения.

Блок 12 регулирования коммутации (фиг. 2) до начала стопорения работает следуюишм образом.

При малом напряжении на якоре и, номинальном магнитном потоке скорость вращения якоря электродвигателя невелика, условия коммутации наилучшие и допустима наибольшая величина тока. Это положение обусловливает необходимость максимального напряжения подпора на входе регулирования уровня ограничения блока 7 и, следовательно, на выходе блока 12 регулирования коммутации. Поэтому максимальное значение напряжения подпора и тока якоря определяется задатчиком 20 и эта величина уменьшается по мере роста скорости и величины сигнала на первом входе блока 12 регулирования коммутации. При этом рост напряжения на первом входе блока 12 приводит к росту напряжения на выходе выделителя 17 модуля и уменьшению напряжения на выходе узла 21 суммирования блока 22 определения знака и, следовательно,, на выходе блока 12 регулирования коммутации появляется сигнал, определяюший допустимую величину тока якоря. При этом блок 22 обеспечивает неизменность полярности напряжения на выходе блока 12, что необходимо по условиям обеспечения надежной работы блока 7 регулируемого ограничения. Сигнал на выходе блока 12 регулирования коммутации корректируется также в зависи.мости от величины и скорости изменения тока якоря. Необходимость этой корректировки вызвана тем, что при управлении звеном системы автоматического регулирования (САР) порядка выше первого при высокоинтенсивных переходных процессах неизбежны перерегулирования, а суммарная величина тока при перерегулировании с точки зрения обеспечения надежной коммутации не должна превышать допустимого значения и по условиям коммутации, и по условиям огра 1ичения электромагнитного момента электродвигателя. Поэтому, чем больи1е величина тока якоря в данный момент, тем раньше должно вступить в действие токоограничение, кроме того, чем быстрее меняется ток якоря, тем раньше до.чжно в САР тока с конечным быстродействием начаться действие узла токоограничения. Поэто.му сигнал, пропорциональный току якоря, поступая на второй вход регулятора 8 тока 9, проходит через инерционно- форсирующее звено 18, служащее для поме- хоподавленпя, и преобразуется в сигнал, пропорциональный величине и скорости изменения тока. Из этого же сигнала при помощи функционального преобразователя 19 формируется однополярный сигнал, учитывающий опасность токовой перегрузки электродвигателя. Суммарный сигна.ч на входе узла 21 суммирования умень пается, ограничивается выходной сигнал регулятора 8 тока, в результате чего обснечивается ограничение тока и момента электродвигателя и повышение надежности.

Блок 16 сравнения обеспечивает выделение превьинения фактического значения

момента в упругой связи 1 между якорем электродвигателя и механизмом 3 в особо опасном режиме, например при опускании верхнего валка нажимного устройства, при «прессовке конца заготовки или при стонорении ковша экскаватора типа «прямая лопата. Для этого сигналы от датчика 1 1 величины усилия в упругой связи подаются к катоду диода 26, а сигналы от задатчика 13 максимально допустимого момента поступают на катод диода 27. При этом полярность сигналов на выходе задатчика 13 и датчика 11 такова, что она соответствует вышеуказанным описным режимам. В этих режимах при достижении моментом в упругой .механической связи 1 максимально допустимых значений на выходе суммируюшего усилителя 25 и катоде диода 28 появляется сигнал, который поступает на вход нелинейного динамического блока 15 (фиг. 3). Выходом этого блока является вход инерционно-форсирующего звена 23. У этого звена инерционная часть служит только д.чя

ипомехоподавления. В результате обработки сигнала на выходе звена 23 появляется сигнал, зависящий от величины и скорости превышения доиустимого момента. Па выходе функционального преобразователя

24 появляется корректируюпщй сигна.ч Uni.ix.2.1, который,воздействуя на второй вход блока 7 регулируемого ограничения, меняет задание на ток якоря.

Предлагаемое устройство обеснечивает более полное использование коммутационных воз.можностей электродвигате.чя во всех режимах, но в первую очередь в режимах рекуперации. В результате обеспечивается максима.чьное быстродействие ограничения момента и усилий в э.чементах передач (валы, 11 естерни), ограничивается

величина перерег чирован11я по току якоря электродвигателя.

Формула изобретения

Электроприво; с уируг ой механической связью МОЖ.1У э.чектродвигателем и механизмом, солержащий электродвиг ате.чь по- стоянно -о тока, якорная neiu которого по.чключена к вентильному преобразователю с системой управления, включающей последовательно соединенные задатчик скорости, регулятор скорости, блок регулируемого ог раничения и регулятор тока с иодключен- ными к входам соответствующих регуляторов датчиками скорости и тока, а также датчик величины усилия в упругой механической связи, отличающимся тем, что, с целью повышения надежности, в него 1зведены блок регулирования коммутации электродвигателя, задатчик максимально допустимого момента, узел формирования противофазных напряжений, нелинейное динамическое звено и узел сравнения, входы которого подключены к выходам датчика величины усилия в упругой механической связи и задатчика максимально допустимого момента, а через нелинейное динамическое звено подключен к входу блока регулируемого ограничения, вход регулирования уровня ограничения которого через узел формирования про

тивофазных напряжений соединен с выхо- дол блока регулирования коммутации, соединенного своими входами с выходами датчиков скорости и тока, нри этом блок ре- Л Лирования коммутации содержит выделитель модуля, вход которого является первым входом блока, :-1нерционно-форсирую- П1,ее звено, вход которого является вторым входом блока, функциональный преобразователь с параболической характеристикой и последовательно соединенные задатчик допустимого тока, узел суммирования и блок определения знака, причем к входам узла суммирования подключен выход выделителя модуля и через функциональный преобразователь с параболической характеристикой - выход инерционно-форсирующего звена, а нелинейный динамический блок выполнен в виде последовательно соединенных инерционно-форсирующего звена и функционального преобразователя с характеристикой, нриведенной на фиг. 5.

/f/

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в механизмах с упругой связью, работающих с частыми стопорениями. Повышение надежности обеспечивается тем, что в устройство введены блок 12 регулирования коммутации электродвигателя, задатчик 13 максимально допустимого момента, узел 14 формирования противофазных напряжений, нелинейное динамическое звено 15 и узел 16 сравнения. Входы узла 16 подключены к выходам датчика И величины усилия в упругой механической связи и задатчика 13 максимально допустимого момента. Выход узла 16 через нелинейное динамическое звено 15 подключен ко входу блока 7 регулируемого ограничения, вход регулирования уровня ограничения которого через узел 14 соединен с выходом блока 12 регулирования коммутации, соединенного входами с выходами датчиков скорости 9 и тока 10. 5 ил. i СЛ to оо ОО Фиг.1

W

н7

сриг.

16

26

0

А 9

-СИ}

CZ}

27

CZh

Z5

/

-Ф

.Y/5

/t/iCVryc/y

I .2

.

0,.

. ff/rycr T-.

l},

A Cf77C7/7

. 6

М/Tfty ZfG