Реверсивный электропривод Советский патент 1991 года по МПК H02P5/06 

(Л

С

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах буровых станков. Целью изобретения является повышение надежности электропривода. В данном устройстве обеспечивается режим торможения противовключением с ограничением максимального тока. При этом обеспечивается силовой спуск груза со стабилизацией скорости. Кроме того, исключаются режимы прерывистого тока в двигательном режиме. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в реверсивных электроприводах постоянного тока, работающих в двигательных и тормозных режимах, в частности в электроприводах буровых станков и механизмов подачи угледобывающих комбайнов.

Целью изобретения является повышение надежности электропривода.

На фиг.1 представлена схема электропривода; на фиг.2 - схема задатчика интенсивности; на фиг.З - схема второго преобразователя полярности сигнала; на фиг.4 - временные диаграммы работы элементов электропривода.

Электропривод содержит последовательно соединенные задатчик 1 скорости, первый преобразователь 2 полярности сигнала, задатчик 3 интенсивности, регулятор 4 скорости, второй преобразователь 5 полярности сигнала, регулятор 6 тока якоря,

нереверсивный тиристорный преобразователь 7 якорной цепи, тормозной резистор 8, якорь 9 электродвигателя и датчик 10 скорости, подключенный к второму входу регулятора 4 скорости и к входам датчика 11 ЭДС и первого логического элемента 12, датчик 13 тока якоря, соединенный с вторым входом регулятора 6 тока якоря и с входом датчика 14 нулевого тока якоря, последовательно соединенные задатчик 15 ЭДС, регулятор 16 ЭДС, ключ 17, регулятор 18 тока возбуждения, реверсивный тиристорный возбудитель 19 и обмотка 20 возбуждения, датчик 21 тока возбуждения, подключенный к второму входу регулятора 18 тока возбуждения, к входам датчика 22 нулевого тока возбуждения и формирователя 23 сигнала магнитного потока, выход регулятора 4 скорости подключен к входу фильтра 24 нижних частот, последовательно соединенного с первым компаратором 25, вторым логичео а

4 Ю

СО

ским элементом 26, первым D-триггером 27, вторым Д-триггером 28 и третьим логическим элементом 29, второй вход которого соединен с инвертирующим выходом первого D-триггера 27, а выход - с управляющим входом ключа 17, выход задатчика 1 скорости подключен к второму входу первого логического элемента 12 и к входу второго компаратора 30, соединеного с D-входом третьего D-триггера 31 и четвертого логического элемента 32, выход которого подключен к управляющему входу задатчика 3 интенсивности, синхронизирующий вход D- триггера 31 соединен с выходом датчика 33 нулевой скорости, соединенного с датчиком 10 скорости, а выход третьего D-триггера 31 соединен с входом второго логического элемента 26 и с входом пятого логического элемента 34, второй вход которого подключен к выходу второго D-триггера 28, а выход - к управляющему входу второго преобразователя 5 полярности сигнала и к входу шестого логического элемента 35, выход которого соединен с входом блока 36 управления, выход которого подключен к управляющим электродам нулевого тиристора 37, подключенного параллельно нереверсивному тири- сторному преобразователю 7, и шунтирующего тиристора 38, подключенного параллельно тормозному резистору 8, выход задатчика 39 момента соединен с управляющим входом блока 40 ограничения, подключенного параллельно регулятору 4 скорости, выход формирователя 23 сигнала магнитного потока соединен с вторым входом датчика 11 ЭДС, выход которого подключен к второму входу регулятора 16 ЭДС, выходы второго D-триггера 28 соединены с вторым и третьим входами реверсивного ти- ристорного возбудителя 19 обмотки возбуждения 20, синхронизирующий вход первого D-триггера 27 соединен с выходом датчика 14 нулевого тока якоря, синхронизирующий вход второго D-триггера 28 - с выходом датчика 22 нулевого тока возбуждения, выход первого логического элемента 12 подключен к стояночному тормозу 41, выход блока 42 выбора электрической сети - к управляющему электроду шунтирующего тиристора 38, а выход блока 43 минимального сигнала магнитного потока - к входу ключа 17, Датчики 33, 14 и 22 нулевых скоростей, тока якоря и возбуждения, компараторы 25 и 30, логические элементы 12, 26, 29, 32, 34 и 35, D-триггеры 27, 28 и 31 и их связи образуют логическое переключающее устройство 44.

Компараторы 25 и 30 выполнены как одностронние ограничители сигнала.

Компаратор 25 работает по алгоритму

Увых 1 при UBX 0;

UBUX 0 при UBX О,

где ивых - выходное напряжение;

UBX входное напряжение; 1 логическая единица ;

О - логический нуль.

Компаратор 30 работает по алгоритму

ивых 1 при ивх О

Увых 0 при UBX 0.

0D-триггеры 27, 28, 31 выполнены со статическими входами синхронизации.

Задатчик 1 скорости выполнен в виде двухполярного регулируемого источника опорного напряжения, Знак выходного на- 5 пряжения задает направление вращения, а величина напряжения - скорость электропривода. Задатчик 39 момента и задатчик 15 ЭДС выполнены в виде однополярных регулируемых источников опорного напряже- 0 ния. Блок 43 минимального сигнала магнитного потока выполнен в виде источника опорного напряжения.

Задатчик 3 интенсивности выполнен по схеме, представленной на фиг.2, и содержит 5 источник 45 опорного напряжения, соединенный с интегратором 46, в цепи обратной связи которого установлены параллельно соединные транзисторный ограничитель 47 и полевой транзистор 48, соединенный с 0 инвертором 49.

Зона нечувствительности создается за счет падения напряжения на переходах транзисторного ограничителя 47.

Первый преобразователь 2 полярности 5 сигнала выполнен по схеме формирователя модуля функции.

Блок 40 ограничения выполнен в виде транзистора, включенного в цепь обратной связи регулятора 4 скорости. 0Второй преобразователь 5 полярности

сигнала выполнен по схеме, представленной на фиг.З, которая состоит из двух инвертирующих операционных усилителей 50 и 51. В обратную связь усилителя 50 включен 5 полевой транзистор 52. Датчики нулевого тока якоря, тока возбуждения и нулевой скорости 14, 22 и 33 выполнены по схемам нуль-органов. Датчик 11 ЭДС выполнен в виде блока умножения.

0 Электропривод работает следующим образом.

В исходном состоянии при включении электропривода на выходе задатчика 1 и фильтра 24 нижних частот устанавливаются 5 нули, что приводит к состояниям логических элементов, указанным на фиг.4, в режиме исходного состояния.

Так как ключ 17 замкнут, то сигнал с выхода задатчика 15 ЭДС через регулятор 16, ключ 17, регулятор 18 поступает на воз

будитель 19, что приводит к появлению возбуждения в обмотке 20 возбуждения и появлению нуля на выходе датчика 27 ну левого тока возбуждение Состояния ос тальных логических элементов не изменяются

Задатчик 3 интенсивности разблокиро ван. Единица инверсного выхода D-триг гера 28 устанавливает возбудитель 19 в положение Спуск

В режиме подъема последовательность процессов следующая: при появлении положительного сигнала на выходе задагчика 1 на выходе компаратора 30 единица, а блока 12 - нуль, что приводит к рйстормя живанию стояночного тормоза 11

Так как на выходах датчиков 33 и И нулевых скорости и тока якоря единицы то D-триггеры 31 и 27 устанавливаются в состояние единицы линииа с пыхоца триггера 27 и НУЛЬ с финепа устанавливают блок 29 Б положение едини цы, ключ 17 разглыкается, на выходе блока 35 - нуль, тиристор 37 закрывается Так как ключ 17 размыкается, то ток возбуждения уменьшается до нуля на выходе дагчи ка 22 нулевого гокэ возбуждения появляется единица, чго приводит к установке блоков 28 и 35 в состояние- единица блоков 29 и 34 - в нуль При этом единица с выхода блока 28 устанавливает реверсивный возбудитель 19 в положение подъема, тиристоры 37 и 38 через блок 36 открываются, блок 5 инвертирует сигнал регулятора 4 в состояние, соответствующее двигательному режиму, ключ 17 закрывается.

Сигнал управления, поступающий с выхода задатчика 1 скорости через первый преобразователь 2 попярносги сигнала, на пряжение на выходе которого попожитель но, независимо от полярности входного напряжения поступает на базу транзисторного ограничителя 47 задатчика 3 интенсивности, устанавливая на выходе интегратора 46 под воздействием сигнала источника 45 опорного напряжения заданную амплитуду сигнала. Сигнал с выхода интегратора 46 задатчика интенсивности поступает далее через регулятор 4 г корости на второй преобразователь 5 полярности сигнала. При наличии на транзистора 52 сигнала положительной полярности он закрыт. Входной сигнал преобразователя 5 проходит через инвертирующие операционные усилители 50. 51, и полярность напряжения на выходе преобразователи 5 соответствует полярности напряжения чя входе. Когда транзистор 52 открьм и опера ционный усилитель 50 зач нтиропдн про

обрачователь 5 ci жовиггч инвертором, т.е при отрицательном напряжении на входе блока его выходное напряжение положительно Выходчой сигнал преобразователя

5 полярности сигнала через регулятор б тока воздействует на нереверсивный тиристор- ный преобразователь 7, вызывая появление тока электродвигателя 9. Одновременно сигнал с выхода задатчика 15 ЭДС через

0 регулятор 16 ЭДС ключ 17, регулятор 18 тока возбуждения поступает на реверсивный тиристорный возбудитель 19, вызывая появление тока в обмотке 20 возбуждения. Двигатель начинает разгоняться, появллет5 ся сигнал скорости, При появлении сигналов Г ДАТЧИКОВ 13 21 И 10 Л31ЧИКИ T V ).) I

33 устанавливаются в состояние нулай , снимая сигналы с синхронизирующих вхо дов D-триперов 31, 2 1 и 28 ;) рпррпвод

(1 работает в режиме подъемг

В олектроприводе замкнутом обратными связями по скорости и чкоря, ЭДС и возбуждения с помощью датчиков 10, 13 и 21 устанавливается заданный ре5 жим работы определяемый величинами си; налов задатчиков 1 скорости 39 момента и 5ЭДС. Включение нулевого тиристора 37 в двигательном режиме позволяет исключить зону прерывистых токов

0величина максимального сигнала задатчика 15 ЭДС выбирается пропорциональной номинальной ЭДС поэтому при работе в первой зоне регулирования регуляторы 16 и 18 ЭДС и тока возбуждения пасы5 щепы, амплитуда максимального сигнала задается соответствующе1 номинальному току возбуждения,

В первой зоне в двигательном режиме обеспечивается подчиненное регулирова0 ние скорости и момента, причем уставки момента изменяется при изменении выходного сигнала задатчикэ 39 момента, ограничивающего через блок 40 ограничения выходной сигнал регулятора 4

5 скорости.

Переход во вторую зону регулирования происходит при увеличении сигнала датчика 11 ЭДС выше сигнала номинальной ЭДС При этом обеспечивается регулирование пу

0 тем ослабления магнитного потока С целью поддержания минимального MSI HSUHOI о f O тока в переходных процессах при работе по второй зоне с выхода блока 43 на вход ключа 17 подается сигнал минимально доп/стимо5 го магнитного потока Для измерения ЭДС используется выходной сигнал формирователя 23 сигнала магнитного потока и сигна ла датчика 10 скорости При останове электропривода, если задагчик 1 усгачавли- вается в положение, близкое t НУЛЮ Б пре

делах зоны нечувствительности задатчика 3 интенсивности, на выходе блока 30 - нуль, который перебрасывает блок 32 в положение единица. Состояния всех остальных логических элементов в начальный момент останова не изменяются. Логическая единица с выхода блока 32 поступает на инвертор 49 задатчика 3 интенсивности, сигнал с выхода которого открывает полевой транзистор 48, и напряжение на выходе интегратора 46 задатчика 3 интенсивности становится равным нулю, т.е. задатчик 3 интенсивности блокируется. Напряжение на выходе управляемого выпрямителя 7 уменьшается. Как только напряжение преобразователя становится меньше противоЭДС, управляемый выпрямитель 7 закрывается и на выходе датчика 14 устанавливается единица.

Скорость электродвигателя также уменьшается до нуля, датчик 33 устанавливается в состояние единица, триггер 31 устанавливается в нуль, блок 32 вследствие этого - в нуль, блок 26 - в состояние единица, блок 27 - в состояние нуль, на блоке 29 - единица, на блоке 17 - нуль, на блоке 34 - единица, на блоке 35 - нуль, на блоке 12 - единица. Вследствие такого состояния логических элементов ток возбуждения становится равным нулю (ключ 17 размыкается), сигнал датчика 22 равен единице, что приводит к перебрасыванию триггера 28 в состояние единицы (положение Спуск), блоков 29 и 34 - в нуль, на блоке 35 - единица, вновь появляется ток возбуждения, вкючается стояноч- ный тормоз 41, т.е. электропривод устанавливается в исходное состояние. Если электропривод останавливается без нагрузки, в режиме свободного выбега, то в процессе останова, пока скорость не равна нулю, возможна ситуация, когда на выходе регулятора 4 появляется отрицательный сигнал (заданная скорость меньше фактической), на выходе фильтра 24 сигнал также отрицательный, блок 25 устанавливается в нуль, на блоке 26- единица (т.е. на блоке 31 - единица), и далее процесс идет в соответствии с описанным алгоритмом останова. При останове электропривода сигнал на выходе регулятора 4 становится равным нулю, на выходе блока 25 - единица, на блоке 31 , в блоке 26 - единица.

В режиме Спуск сигнал с выхода блока 1 - отрицательный, на блоке 30 - нуль, и состояния всех логических элементов соответствуют режиму исходное состояние (т.е. триггер 28 в положении Спуск). Под действием отрицательного сигнала задатчика 1 через блок 12 растормаживается стояночный тормоз 41 и электропривод разгоняется в двигательном режиме до заданной скорости.

Если в процессе спуска под действием

груза электродвигатель разгоняется до скорости больше заданной, то управляемый выпрямитель 7 закрывается (противоЭДС больше, чем напряжение управляемого выпрямителя) и на выходе датчика 14 формируется единица, а при устойчивом превышении скорости больше заданной (т.е. при появлении отрицательной постоянной составляющей на выходе фильтра 24) на выходе блока 25 формируется нуль, в блоке 26 - нуль, в блоке 27 - единица, в блоке 29 - единица и ключ 17 размыкается. Это приводит к уменьшению тока возбуждения до нуля и появлению единицы на выходе датчика 22, к устанозке на выходе

блока 28 единицы и реверсу возбудителя 19 при нуле тока возбуждения, к установке блока 29 в нуль и к замыканию ключа 17, т.е. к появлению задающего сигнала на входе регулятора 18, к установке блока 34 - в

состояние единица, а блока 35 - в состояние нуль, в результате чего изменяется полярность сигнала преобразователя 5 и закрывается тиристор 37, затем появляется ток обмотки возбуждения и управляемый

выпрямитель рекуперирует энергию в сеть, электродвигатель переходит в генераторный режим и развивает тормозной момент.

Если в процессе торможения скорость

спуска становится равной или меньшей заданной скорости, то на выходах регулятора 4, а затем и фильтра 24 появляется положительный сигнал, который при увеличении ошибки скорости уменьшается, что приводит к уменьшению тормозного момента и уменьшению тока якоря. Кроме того, блоки 25 и 26 переключаются в положение единица и, при достижении током якоря нулевого значения, переключаются триггер 27, блок

29 и размыкается ключ 17, ток возбуждения уменьшается до нуля, при достижении током возбуждения нуля переключается триггер 28, реверсируется возбудитель 19, переключаются блоки 34 и 35, переключая

полярность выходного сигнала преобразователя 5 и открывая нулевой тиристор 37. При появлении тока возбуждения электропривод переходит из генераторного режима в двигательный.

При электроснабжении электропривода от промышленной электрической сети выходной сигнал блока 42 выбора электрической сети устанавливается в положение логической единицы и тормозной резистор 8 постоянно зашунтирован тормозным

тиристором 38, открытым за счет выходного сигнала блока 42. Это позволяет применять в тормозных режимах рекуперацию энергии в сеть.

При электроснабжении от дизельных агрегатов выходной сигнал блока 42 устанавливается в состояние логического нуля. В этом режиме работы при силовом спуске одновременно с закрытием нулевого тиристора 37 закрывается шунтирующий ти- ристор 38 и электропривод тормозится в режиме противовключения, а ток якоря ограничивается тормозным регистром 8. При переходе от тормозного в двигательный режим шунтирующий тиристор 38 открывает- ся одновременно с нулевым тиристором 37.

Если в режиме спуска производится реверс, то полярность сигнала задатчика 1 изменяется с положительной на отрицатель- ную, блоки 30 и 32 переключаются в положение единица, шунтируется выходной сигнал задатчика 3 интенсивности, ток якоря уменьшается до нуля, на выходе датчика 14 - единица, уменьашается до нуля ско- рость, на выходе датчика 33 - единица. t

После появления единицы на выходе датчика 33 последовательность переключения логических элементов и процесс работы электропривода аналогичны режиму подь- ема.

Если реверс производится в режиме подъема, то до остановки электродвигателя 9 процесс развивается аналогично режиму Останов при подьеме, а далее - аналогич- но режиму спуска.

Таким образом, использование фильтра 24 нижних частот, исключающего возможность ложных переключений логического переключающего устройства 44, использо- вание нулевого тиристора 37, отключающегося в тормозных режимах и позволяющего исключить режимы прерывистого тока в двигательных режимах, а также применение одной и той же структуры электропри- вода при работе от электрической сети и от автономного источника электроснабжения повышает надежность реверсивного электропривода.

Формулаизобретения

Реверсивный электропривод, содержащий электродвигатель, последовательно соединенные задатчик скорости, первый преобразователь полярности сигнала, задатчик интенсивности, регулятор скорости с подключенным параллельно блоком ограничения, второй преобразователь полярности сигнала, регулятор тока, нереверсивный тиристорный преобразователь, датчик скорости,соединенный с входом регулятора

скорости, датчик тока якоря, подключенный к входу регулятора тока, последовательно соединенные задатчик ЭДС, регулятор ЭДС, ключ, регулятор тока возбуждения, реверсивный тиристрорный возбудитель, подключенный к обмотке возбуждения, датчик тока возбуждения, подключенный к входу регулятора тока возбуждения, датчик ЭДС, выход которого подключен к регулятору ЭДС, один вход - к датчику скорости, а другой вход через формирователь сигнала магнитного потока - к датчику тока возбуждения, логическое переключающее устройство, входы которого соединены с за- датчиком скорости, датчиком скорости и датчиком тока возбуждения, а выход соединен с ключом, задатчик момента, тормозной резистор, блок управгсг 1я и стояночный тормоз, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введены фильтр нижних частот, шунтирующий и нулевой тиристоры, блок выбора электрической сети и блок минимального сигнала магнитного потока,причем задатчик интенсивности выполнен с зоной нечувствительности, логическое Переключающее устройство содержит первый логический элемента И-НЕ, последовательно соединенные первый компаратор, второй логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый D-триггер, инверсный выход которого подключен к входам третьего логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и второго D-триггера, второй компаратор, входом соединенный с выходом задатчика скорости, а выходом - с четвертым логическим элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и третьим D-триггером, второй вход которого подключен к датчику нулевой скорости, а выход - к вторым входам второго и четвертого логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к входу пятого логического элемента ИСКЛЮЩАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом второго преобразователя полярности сигнала и с шестым логическим элементом НЕ, а второй вход - с прямым выходом второго D-триггера, подключенного также к второму входу третьего логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к второму входу реверсивного тиристорного возбудителя, инверсный выход второго D-триггера соединен с третьим входом реверсивного тиристорного возбудителя, а второй вход второго D-триггера подключен к датчику нулевого тока возбуждения, соединенного с датчиком тока возбуждения, второй вход первого D-триггера соединен с датчиком нулевого тока якоря, подключенного к датчику тока якоря, вход датчика нулевой скорости

соединен с выходом датчика скорости, выход третьего логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к ключу, выход четвертого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ - к управляющему входу эа- датчика интенсивности, выход шестого логического элемента НЕ - к входу блока управления, соединенного с управляющими электродами шунтирующего и нулевого тиристоров, управляющий электрод шунтирующего тиристора подключен также к блоку выбора электрической сети, между силовым выводом нереверсивного тиристорного преобразователя и выводом якорной обмот0

ки включены параллельно соединенные тормозной резистор и шунтирующий тиристор, параллельно нереверсивному тиристорно- му преобразователю подключен нулевой ти- ристрор, выход первого логического элемента И-НЕ соединен со стояночным тормозом, а входы - с задатчиком и датчиком скорости, вход фильтра нижних частот подключены к выходу регулятора скорости, а выход - к первому компаратору, задатчик момента соединен с входом блока ограничения, а блок минимального сигнала магнитного потока - с входом ключа

Фиг 1

Фиг. 2

QK/

D

Г

п

c

I

.CMlr «olt oo|Ci3Cr)fx.lr5 «Nir t 1f 5ir l MK4vj«NltNtM r r

M