Устройство для тепловой защиты электродвигателя Советский патент 1988 года по МПК H02H5/04 H02H7/08 

СА9

ьо

4 4

СХ)

Изобретение относится.к схемам защиты электрических двигателей,реагирующих на ток перегрузок, может быть использовано в йрокатном производстве, например в системе автоматического регулирования толщины полосы, прокатываемой в прокатном стане,для тепловой защиты электродвигателей нажимных винтов, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 765930.

Цель изобретения - повышение точности функционирования путем автоматической установки зоны нечувствительности регулятора положения исполнительного механизма.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг..2 - кривая процесса управляющего воздействия системы автоматического регулирования электродвигателями нажимных винтов прокатной клети с нанесенной зоной нечувствительности регулятора положения на

уровне +и ; на фиг.З - график плотности распределения f (-) ; на фиг. А и,

график функции распределения ),

где и - начальная зона нечувствительности регулятора положения; среднеквадратичное отклонение случай jHoro управляющего воздействия.

Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 тока, первый квадратичный преобразователь 2, первый интегратор 3, составляющие датчик 4 квадрата действующего значения тока якоря двигателя. Выходы датчика 4 и задатчика 5 максимально допустимого нагрева подключены к входу первого блока 6 деления, выход которого соединен с первым входом первого элемента 7 сравнения, выход последнего подключен к первому входу второго блока 8 деле- ния. Выход второго блока В деления подключён к входу первого блока 9 умножения. На второй вход второго блока 8 деления подключен выход второго элемента 10 сравнения, на входы кото рого Подключены выходы задатчика 11 и 12. Вьгход задатчика 13 зоны нечувствительности регулятора положения соединен с вторым входом первого блока 9 умножения, выход последнего под ключен к одному из входов регуля ора 14 положения исполнительного механизма. Задатчик 5 максимально допустимого нагрева выполнен из последователь

0

5

п

5 0 5 0 5

но соединенных задатчика 15 квадрата номинального тока и второго интегратора 16.

Выход датчика 17 управляющего воздействия подключен к входу измерителя 18 среднеквадратического отклонения управляющего воздействия, выход которого подключен к первому входу второго блока 19 умножения, на второй вход которого подключен выход задатчика 20 коэффициента:

.2.

(1)

К

2К,

где Л - способность двигателя по току;

К.) - постоянный коэффициент.

Устройство содержит также ключи 21 и 22, причем ключ 21 подключен к одному из входов регулятора 14 положения, а второй ключ 22 подключен параллельно входу 14 регулятора (шунтирующий ключ). Устройство содержит также измеритель 23 коэффициента асимметрии, третий 24 сравнения и третий блок 25 умножения, при этом измеритель 23 коэффициента асимметрии состоит из последовательно соединенных измерителя 26 третьего центрального момента, четвертого блока 27 умножения, третьего блока 28 деления, а также третьего задатчика 29 коэффициента, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока 27 умножения и кубического преобразователя 30, выход которого соединен с вторым входом третьего блока 28 деления, а его вход соединен с выходом измерителя 18 среднеквадратического отклонения, вход измерителя третьего центрального момента соединен с выходом датчика 17 управляющего воздействия. Выход третьего блока 28 деления соединен с первым входом третьего элемента 24 сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика 12 единичной функции. Выход третьего элемента 24 сравнения соединен с первым входом третьего блока 25 умножения, второй вход которого соединен с выходом задатчика 11 коэффициента перегрузочной способности двигателя. Выход третьего блока 25 умножения соединен с вторым входом первого элемента 7 сравнения и первым

входом второго элемента 10 сравнения.

I

Устройство работает следующим образом.

где 1, - номинальный ток двигателя.

С выхода первого блока 6 деления на вход элемента 7 сравнения поступает сигнал

Ji dt т

dt

(-)

(3)

На второй вход элемента 7 сравнения и на первый вход элемента 10 сравнения поступает сигнал с задатчика 11 постоянной Д и дополнительного третьего блока 25 умножения

),

где сигнал К формируется на выходе третьего блока 28 деления и равно

4

JlL d

где третий центральный момент управляющего воздействия, формируемый на выходе блока 26; (э - среднеквадра- тическое отклонение управляющего воздействия, формируется на выходе блока 18, а (э - на выходе кубического преобразователя 30; К 1/6 - формируется на выходе блока 29.

На второй вход второго элемента 10 сравнения поступает сигнал с задатчика 12 постоянной величины. С выхода элемента 10 сравнения на второй вход

4l-K) - 1 A41-V -(-г)

L U

и,

(5)

В регуляторе положения устанавливается новая зона нечувствительности U.2 при которой эквивалентный ток не превышает номинального, что удовлетворяет условию допустимого нагрева двигателя.

С датчика 17 сигнал, соответствующий управляющему воздействию (f , поступает в измеритель 18 среднеквадратичного отклонения, и с выхода последнего сигнала 65 поступает на первый вход блока 19 умножения. На второй вход блока 19 поступает сигнал с выхода задатчика 20 коэффициента, величина которого определяется в виде

- -Tip -

В блоке 19 умножения величины К и 6 перемножаются. С выхода блока 19 через ключ 21 на вход регулятора 14 поступает сигнал U Kd( , пропорциональный такой зоне нечувствительности, при установке которой в регуляторе положения позиционной системы электродвигатели работают в режиме, обеспечивающем равенство эквивалентного тока и номинального токов двигателя. После установки X ключ 21 отключает цеп расчета начальной зоны нечувствительности, а ключ 22 переключает на вход регулятора положения цепь управления.

Так как управляющее воздействие на входе регулятора положения является стационарным случайным процессом, близким к нормальному, то необходимо это учитывать при формирова- НИИ зоны нечувствительности регулятора положения в зависимости от коэффициента асимметрии, с помощью которого можно оценивать степень приближения действительного закона рас- пределения к нормальному.

Нагрузочная диаграмма электродвигателей нажимных винтов, показанная на фиг. 2, формируется в соответстви с управляющим воздействием. Зона не- чувствительности регулятора 14 положения обозначена ±. Так как закон распределения управляющего воздействия имеет различные коэффициенты асимметрии, то для достижения уело- ВИЯ, при котором номинальный ток 1 двигателя равен эквивалентному 1, необходимо выполнить неравенство

11 дЧт - к) - 1 ,.

и, 7, :Г, (7)

Г(

1 - к; - (

1- и

ч1

где IK - номинальный ток двигателя; Iji - эквивалентный ток двигателя; Ij - перегрузочная способность двигателя по току; и, - начальная зона нечувствительности регулятора положения; Uj - скорректированная зона нечувствительности регулятора положеА,

1(- третий цент-

кия; К, К --,

ральный момент управляющего воздействия; и - среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия; К 1/6 - постоянный коэффициент.

Зависимость неравенства (7) получена следующим образом.

Зависимость количества пусковых циклов и величины эквивалентного тока двигателей нажимных винтов от ве личины зоны нечувствительности позиционного регулятора соответствует среднему числу пересечений стационарного случайного процесса с нулевым средним в единицу времени на уровне и с заданным знаком производной, близкого к нормальному, и равна (3).

-и

(u) и

е

(8)

где А, - среднее число пересечений и стационарного случайного процесса с нулевым средним в единицу времени на уровне U с заданным знаком производной близкого к нормальному;

х).

и - среднеквадратическое

отклонение управляющего воздействия; 4, - среднеквадратическое отклонение производной случайного процесса. Среднее число выбросов стационарного нормального случайного процесса с нулевым средним над уровнем +11 за время Т равно (4): j

и

(9J

где дисперсия случайного управляющего воздействия; Dfш - дисперсия производной случайного управляющего воздействия.

Средние длительности выбросов стационарного нормального процесса работы (3) следующие:

itg

)J

и.

(10)

где Uj - среднее число выбросов Стационарного нормального случайного процесса с нулевым средним над уровнем ±и, за время ТцГ

F(X)

i

dt.

F(X) - интеграл Лапласа

0/

У2ТГ

-и.

2Ь

dt

5

5

Средняя продолжительность пребывания процесса над уровнем +и, равна

TB 2Tjl - F fej,(11)

i/

Как показывают исследования, закон распределения разнотолщинности близок к нормальному. Геометрические параметры, определяющие точность тонколистового проката, изменяются от полосы к полосе,, от листа к листу в связи с непостоянством условий прокатки. Эти изменения носят случайный характер. Тогда качество проката можно характеризовать математическим ожиданием, среднеквадратическим отклонением (дисперсией) и асимметрией (скошенностью).

Асимметрия (или скошенность) характеризуется коэффициентом асимметрии

S - d

где уи,- третий центральный момент случайного управляющего воздействия; и - среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия;

|U 5 (U)f(U ) dU

(12)

и - случайная величина управляющего воздействия; f(U) - плотность распределения случайного управляющего воздействия.

Плотность распределения случайного управляющего воздействия соответствующему нормальному закону распределения с нулевым средним U равна

1- 1

fJU)

и IT

ViT

(13)

где 6 - среднеквадратическое отклонение .

Процесс нагружения злектродвига- телей нажимных винтов близок к нормальному и его плотность распределения в большинстве случаев является унимодальной и ветви по обе стороны от вершины достаточно быстро приближаются к нулю при возрастании абсолютного значения аргумента. Такие плотности вероятности удобно аппроксимировать с помощью полиномов Эрмита.

Рассмотрим случай, когда плотност распределения характеризуется асимметрией. В зтом случае плотность распределения управляющего воздействия можно представить в виде Эдхворта:

f(U) X „(и) 1+Ан,(и/), (14)

где f(U,) - нормальная плотность, распределения; S - асимметрия (или

Т. Tj2-(l+2K3,b.)(i + к,)1. (21) 1/

Эквивалентный ток двигателя нажимного винта определяется по формуле

iiwif л . л ял лхлг - I -.. Iг

IIт - - Т

скошенность) распределения; Н,(--) - 1

0

5

0

5

5

0

,, rU,

,и,

f-}(16)

Ч

5

где f(-) - плотность распределения

ц управляющего воздействия.

Подставив выражение (14) в (16), получим:

,(b.) ,.S H,(ifl)d(b(17)

L i/

Аппроксимируем выражение (17) следующей зависимостью:

F(b-) (K,,)x(l+K -Jl.) (18) l ir °if

при условии и,, что практически всегда выполняется в системе автоматического регулирования толщины полосы, где &(f среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия; fi, - третий центральный момент управляющего воздействия; К и К, постоянные коэффициенты.

Для подтверждения выражения (18) были построены графики функций плотности распределения и функции распределения управляющего воздействия (фиг. 3 и 4) при различных значениях асимметрии Бис помощью выражений (14) и (18).

Выражение (18) с учетом К 0,5 и К 0,35 по графику на фиг. 4 для нормального закона распределения при получим:

F(Hi.) (0,5+0,35 + к,-) (19) 6(/3

Подставляя выражение (19) в (11), имеем

Т,- 2Tjl-(0,5+K,)(1+IC-) (20)

f 1,3 В общем виде

Т. Tj2-(l+2K3,b.)(i + к,)1. (21) 1/

Эквивалентный ток двигателя нажимного винта определяется по формуле

Изобретение относится к схемам защиты электрических двигателей,реагирующих на ток перегрузки. Целью изобретения является повьпиение точности функционирования путем автоматической установки зоны нечувствительности регулятора положения исполнительного механизма. Цель достигается введением в устройство измерителя 23 коэффициента несимметрии, третьего элемента 24 сравнения и третьего блока 25 умножения. Это дает возможность учитывать неравномерность нагрузки на двигатель, позволяя добиться оптимального режима его работы. 4 ил.

полином Эрмита, который равен

н,(,

fe - зф.

& 6

(15)

Функция распределения случайного управляющего воздействия определяется вьфажением:

где 1ц - пусковой ток двигателя; ;i - перегрузочная способность двигателя по току; IH - номинальный ток двигателя.

Учитывая, что

UB

Ч т,

(23)

запишем

А 1,

Тт

(24)

В тех случаях, когда эквивашентный ток превышает номинальный,что может привести к недопустимому нагреву электродвигателя, необходимо воздействовать на настроечные параметры Q системы автоматического регулирования толщины полосы так, чтобы выполнялось условие

Ь ЧДопустим,

I

и т ,

л IK -sr- , Ц

откуда

(Ь )2.

Si,

(25)

Приравнивая выражение (24) и (21), получим

(НК,)

1 V

ТГ

Ui

(26)

Из полученных соотношений после несложных преобразований получаем, что для выполнения неравенства

1 - 1„ при Ij 7 1„

необходимо выполнить зависимость „ , A4l-K4)-l

A4l-K,)-(ii)

J- н

и

(27)

где Ij - эквивалентный ток двигателя; 1 - номинальный ток двигателя; / перегрузочная способность двигателя по току; и, установленная зона нечувствительности регулятора положения; и - скорректированная зона нечувствительности регулятора положения, при котором эквивалентный ток

Mj

не превьппает номинального; ---;

бдг

- третий центральный момент управ-- ляющего воздействия; 6с среднеквад- ратическое отклонение управляющего

Qь

Ь 10

постоянный коэфвоздействия;фициент КJ 1/6.

Технико-экономическим преимуществом предлагаемого устройства является то, что расширяет функции основного устройства, учитывая непостоянство условий прокатки, позволяя добиться оптимального режима двигателя, что повышает точность изготовления изделия .

Формула изобретения

5

0

5

0

5

0

5

0

Устройство для тепловой защиты электродвигателя по авт.св. №765930, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности функционирования путем автоматической установки зоны нечувствительности регулятора положения исполнительного механизма, в него дополнительно введены измеритель коэффициента асимметрии, третий элемент сравнения и третий блок умножения, при этом измеритель коэффициента асимметрии выполнен состоящим из последовательно соединенных измерителя третьего центрального момента, четвертого блока умножения и третьего блока деления, а также третьего задатчика коэффициента, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока умножения, кубического преобразователя, выход которого соединен с вторым входом третьего блока деления, а его вход соединен с выходом измерителя среднеквадрати- ческого отклонения, вход измерителя третьего центрального момента соединен с выходом датчика управляющего воздействия, выход третьего блока деления соединен с первым входом третьего элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика единичной функции, а выход третьего элемента сравнения соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого соединен с выходом задатчика коэффициента перегрузочной способности двигателя, а выход третьего блока умножения соединен с вторым входом первого эле- мента сравнения и первым входом второго элемента сравнения.

Ц О

-V,

S-.2fl

Фиг. 2

,0

сриг.