Вентильный электропривод Советский патент 1992 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизированному электроприводу, и может быть использовано в электроприводах станков с ЧПУ и других механизмов.

Наиболее близок к предлагаемому электропривод главного движения постоянного тока серии ЭПУ1...Д, содержащий электродвигатель, управляемый по двум каналам, состоящим соответственно из последовательно соединенных задатчика скорости, регулятора скорости, якорного преобразователя, якоря электродвигателя и задатчика тока возбуждения, регулятора тока возбуждения, преобразователя возбуждения, обмотки возбуждения двигателя, также содержащий соединенные последовательно блок датчиков защит, блок триггеров, элемент ИЛИ, первый триггер, элемент выдержки времени и первый блок ключей, вы; ходы которого соединены с блокирующими входами якорного преобразователя и преобразователя возбуждения, выход первого триггера подключен также к второму блокирующему входу якорного преобразователя и первому входу блока ИЛИ. к выходу которого подключено реле готовности электропривода, а его второй вход соединен с выходом второго триггера и входом второго блока ключей, выходы которого соединены с блокирующими входами задатчика скорости и регулятора тока возбуждения, а вход второго триггера подключен к выходу датчика максимального напряжения якоря двигателя, входящим в состав блока датчиков, при этом выходы блока триггеров и второго триггера подключены ко входам светодио- дов блока индикаторов.

Недостатком электропривода, принятого за прототип, являются ограниченные функциональные возможности, которые обусловлены следующими обстоятельствами:

1.Отсутствием в электроприводе способности определения и индикации первопричины, вызвавшей отключение электропривода, что затрудняет поиск причины отказа электропривода.

2.Возможностью поломки инструментов станка и порчи обрабатываемо/ детали из-за мгновенного отключения электропривода при срабатывании тепловых защит.

(Л

С

1чч|

lo

vj

О

xj ю

3. Отсутствием диагностики составных частей электропривода. Это значительно затрудняет обнаружение неисправностей и наладку при эксплуатации на заводе-изготовителе.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей электропривода за счет улучшения эксплуатационных свойств.

Сущность изобретения заключается в том, что по сравнению с другими техническими решениями данный электропривод обладает способностью определять первопричину, вызвавшую его отключение, он индицирует ее и передает в ЭВМ высшего ранга. Достигается это при помощи блока шифраторов, триггера-защелки, первого буфера и первого индикатора, причем прохождение сигналов защит мгновенного действия имеет приоритет перед прохождением сигналов тепловых защит. Кроме того, при срабатывании тепловых защит отключение электропривода происходит не мгновенно, а с задержкой, достаточной для отвода инструмента или для окончания обработки детали. Электропривод обладает также способностью опроса сигналов в контрольных точках с использованием общих цифровых индикаторов для индикации номеров защит и номеров контрольных точек, Такой набор новых возможностей электропривода значительно расширяет его функциональные возможности, улучшает его эксплуатационные свойства.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого электропривода.

Электропривод содержит электродвигатель 1, задатчик 2 скорости, регулятор 3 скорости, якорный преобразователь 4, задатчик 5тока возбуждения, регулятор 6 тока возбуждения, преобразователь возбуждения, блок датчиков 8 защит, блок триггеров 9, элемент ИЛИ 10, триггер 11, элемент 12 выдержки времени, блок ключей 13, блок ИЛИ 14, реле 15 готовности электропривода к работе, триггер 16, блок ключей 17, блок датчиков 18 тепловых защит, блок шифраторов 19, триггер-защелку 20, буффер 21, блок мультиплексоров 22, дешифратор 23, блок И 24, блок счетчиков 25, блок мультиплексоров 26, элемент ИЛИ 27, блок ИЛИ-НЕ 28, дешифратор 29, цифровой индикатор 30, выключатели 31.. 34, дешифратор 35, цифровой индикатор 36, блок счетчиков 37, дешифратор 38 блок коммутаторов 39, шины ШАЕ, ШАД адреса единиц, десятков, шины ШД1...ШДЗ данных, шины ШК контроля, шины ШС1, ШС2 связи, U3c, U3i - напряжения задания скорости и тока, Uc, ия - напряжения обратных связей по скорости и

напряжению на якоре, 1Я - ток якоря двигателя, 1В - сигнал обратной связи по току возбуждения, 11бл э, ибл рс, Ue/i ртв - сигналы блокировки задатчика скорости, регулято- ра скорости и регулятора тока возбуждения, Кбл фия. 11бл.фив - сигналы блокировки фор- мирователей импульсов якорного преобразователя и преобразователя возбуждения, U ссмакс сигнал смещения углов

регулирования в «макс.

Электропривод содержит электродвигатель 1, который управляется по двум каналам, состоящим из последовательно соединенных задатчика 2 скорости, регулятора 3 скорости, якорного преобразователя 4 и задатчика 5 тока возбуждения, регулятора 6 тока возбуждения, преобразователя 7 возбуждения, выходы блока датчиков 8 защит соединены с входами блока триггеров

д, к выходам которого подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных элемента ИЛИ 10, триггера 11 элемента 12 выдержки времени и блока ключей 13, выход триггера 11 соединен также с первым

блокирующим входом преобразователя 4 и первым входом блока ИЛИ 14, первый выход которого подключен к реле 15, а второй вход блока ИЛИ 14 соединен с выходом триггера 16 и входом блока ключей 17, вход

триггера 16 подключен к выходу датчика максимального напряжения на якоре двигателя, входящего в состав блока датчиков 8, выходы блока триггеров 9 и триггера 16 соединены с входами высокого приоритета, а

выходы блока датчиков 18 - с входами низкого приоритета блока шифраторов 19, выходы которого через триггер-защелку 20 соединены первой шиной данных с входами буфера 21 и блока мультиплексоров 22, управляющий вход буфера 21 подключен к выходу дешифратора 23, выход блока И 24 соединен с входом элемента ИЛИ 10, а его входы подключены к выходам блока датчиков 18 и первой группе выходов блока счетчиков 25, вторая группа выходов которого соединена с входами данных блока мультиплексоров 22 и входами управления блока мультиплексоров 26, входы данных которого по второй шине данных соединены с выходами блока триггеров 9, триггера 16 и блока датчиков 18, выходы блока датчиков 18 через элемент ИЛИ 27 соединены с первым управляющим входом блока счетчиков 25, второй управляющий вход которого соединен суправляющим входом блока мультиплексоров 22 и первым входом блока ИЛИ-НЕ 28, а блокирующий вход блока счетчиков 25 подключен к выходу триггера 11. К выходам блока мультиплексоров 22

подключены последовательно соединенные дешифратор 29 и индикатор 30, управляющий вход дешифратора 29 соединен с выходом блока ИЛИ-НЕ 28, первый вход которого подключен к выключателю 31, а второй вход соединен с выходом блока мультиплексоров 26, при этом управляющий вход триггера-защелки 20 соединен с вторым выходом блока ИЛИ 14, выходы блока ключей 13 соединены с блокирующими входами регулятора 3 скорости, преобразователя 7 возбуждения и вторым блокирующим входом якорного преобразователя 4, а выходы блока ключей 17 подключены к блокирующим входам задатчика 2 скоро- сти и регулятора 6 тока возбуждения, также выключатели 32...34, соединенные входами с общей шиной, выход выключателя 32 соединен с вторым входом управления блока мультиплексоров 22 и управляющим входом дешифратора 35, выходы которого подключены к входам индикатора 36, выходы выключателей 33, 34 соединены с входами блока счетчиков 37, его соответствующие выходы соединены с адресными входами блока мультиплексоров 22 и адресными входами единиц блока коммутаторов 39, а также адресными входами дешифраторов 35, 38, выходы дешифратора 38 подключены к адресным входам десятков блока коммутаторов 39, входы коммутации которого соединены с контрольными точками электропривода, а выходы блока коммутаторов 39 и буфера 21 подключены к шинам связи.

Предлагаемый электропривод работает следующим образом.

Регулирование скорости электродвигателя 1 осуществляется изменением напряжения на якоре 11я и тока возбуждения с помощью преобразователей 4 и 7. На входе регулятора 3 скорости сравниваются сигналы задания с задатчика 2 скорости и обратной связи по скорости Uc, его выходной сигнал управляет якорным преобразовате- лем 4. На входе регулятора 6 тока возбуждения сравниваются сигналы задания тока с задатчика 5 тока возбуждения и обратной связи по току возбуждения IB, его выходной сигнал управляет работой преобразователя 7. До номинальной скорости электродвигатель 1 работает с постоянным моментом на валу (первая зона регулирования), а выше номинальной скорости - с постоянством мощности (вторая зона регулирования ско- рости). Регулирование скорости во второй зоне осуществляется в функции величины напряжения на якоре 11Я, т.е. при его увеличении выше заданного уровня выходной сигнал регулятора 6 линейно снижается, вызывая снижение тока возбуждения и увеличение скорости двигателя.

Датчики защит электропривода разделены на две группы - датчики защит мгновенного действия (входят в блок датчиков 8) и датчики тепловых защит (входят в блок 18), которые отключают электропривод с задержкой.

. При аварии в электроприводе, приводящей к включению датчиков мгновенных защит, включаются соответствующие триггеры в блоке триггеров 9, через элемент ИЛИ 10 включается суммарный триггер 11. Его выходной сигнал поступает на первый блокирующий вход преобразователя 4, вызывая перевод углов регулирования в #Макс и спадание якорного тока я. Одновременно выходной сигнал триггера 11 через блок ИЛИ 14 поступает на управляющий вход триггера-защелки 20, в который записывается информация о номере сработавшей защиты, поступающая на него с выходов шифратора 19. Через 20 мс, отсчитываемые элементом 12 выдержки времени (время разряда индуктивности якорной цепи, т.е время спадания тока якоря до нуля), включаются ключи в блоке 13, которые блокируют регулятор 3 скорости и выдачу импульсов на тиристоры в преобразователях 4, 7

Блокировка регулятора 3 скорости выполняется для того, чтобы исключить первый бросок тока при последующем включении электропривода.

При этом одновременно с включением триггера 11 через блок 14 отключается реле 15, которое информирует ЭВМ высшего ранга (ЧПУ) об аварии в электроприводе (снимается сигнал готовности электропривода к работе). По этому сигналу ЧПУ своей командой через дешифратор 23 открывает буфер 21 и по шине связи ШС1 получает информацию о виде отказа в электроприводе.

Одновременно с этим информация о первой сработавшей защите, записанная в триггере-защелке 20, поступает черэз блок мультиплексоров 22 и дешифратор 29 на цифровой индикатор 30.

При ряде аварий в электроприводе может поочередно сработать ряд защит и эта информация позволяет более полно проанализировать состояние электропривода и быстрее устранить основные и второстепенные неисправности Информация со всех защит поступает на индикатор 30 при включении выключателя 31. При этом запускается счетчик в блоке 25, и управляющий код с его выхода поступает на управляющие входы блока мультиплексоров 26 и входы данных блока мультиплексоров 22, который пропускает его на дешифратор 29.

Блок мультиплексоров 26 в соответствии с управляющим кодом поочередно опрашивает выходы триггеров блока 9, триггера 16 и датчиков блока 18. При нахождении сработавшего датчика или триггера выходной сигнал блока мультиплексоров 26 через блок ИЛИ-НЕ 28 поступает на управляющий вход дешифратора 29, разрешая дешифрацию управляющего кода счетчика 25, проходящего через блок мультиплексоров 22. При этом индикатор 30 поочередно индицирует номера всех сработавших защит.

При выключении выключателя 31 блок мультиплексоров 22 переходит в режим трансляции кода триггера-защелки 20, счетчик блока 25 отключается, а блок ИЛИ-НЕ 28 и дешифратор 29 включены постоянно.

При аварии в электроприводе, приводящей к увеличению напряжения на якоре двигателя выше допустимой величины, срабатывает датчик максимального напряжения на якоре двигателя, расположенный в блоке датчиков 8 мгновенных защит, По его команде включается триггер 16, который через блок ИЛИ 14 отключает реле готовности электропривода 15 и запирает триггер-защелку 20, Одновременно с этим включаются ключи в блоке 17, что приводит к отключению задатчика 2 скорости и блокировке регулятора 6 тока возбуждения. При этом ток возбуждения начинает спадать до минимальной установленной величины, а регулятор 3 скорости и преобразователь 4 реверсируются, и начинается рекуперативное торможение электродвигателя 1, что снимает перенапряжение с якоря двигателя и исключает возможность пробоя его изоляции.

При длительной работе электропривода с перегрузкой нагрев его составных частей может достигать предельных значений, что приводит к ускоренному старению изоляции и разрушению составных частей электропривода. Для контроля за нагревом наиболее нагруженных частей электропривода (электродвигателя, якорного преобразователя, преобразователя возбуждения и реакторов) служат тепловые датчики, входящие в состав блока датчиков 18. При срабатывании одного из таких датчиков информация передается через блоки 19, 20, 21 в ЧПУ. Одновременно с этим запускается через элемент ИЛИ 27 счетчик в блоке 25, и через установленное время (от 10 секунд до нескольких минут) эта информация проходит через элементы 24, 10 на триггер 11, который отключает электродвигатель 1. В

течение этого времени ЧПУ принимает решение и дает команду либо на отвод инструмента от обрабатываемой детали, либо на окончание обработки детали при уменьшенной нагрузке на электропривод, что предохраняет инструмент от поломки, а деталь от порчи. При срабатывании в течение этого периода одной из мгновенных защит электропривод отключается сразу, т.е. эти защиты имеют более высокий приоритет по сравнению с тепловыми защитами. Одновременно с отключением электропривода триггер 11 подает сигнал на блокирующий вход счетчика выдержки времени срабатывания тепловых защит блока 25 и устанавливает счетчик в исходное состояние

Для организации диагностики состояния отдельных узлов электропривода предназначен блок коммутаторов 39, который

управляется следующим образом.

С помощью выключателей 33, 34 и счетчиков блока 37 набираются коды контролируемых узлов (контрольных точек электропривода). С выхода первого счетчика код поступает на адресные входы блока мультиплексоров 22 и адресные входы единиц блока коммутаторов 39, а с выхода второго счетчика код поступает через дешифраторы 35 и 38 соответственно на

индикатор 36 и адресные входы десятков блока коммутаторов 39 При этом при включенном выключателе 32 индикатор 36 показывает число десятков, индикатор 30-число единиц набранного номера контрольной

точки, а коммутаторы блока 39 передают напряжение в этой точке на выход (на шину состояния ШС2).

Формула изобретения

1. Вентильный электропривод, содержащий электродвигатель, управляемый по двум каналам, состоящим соответственно из последовательно включенных задатчика скорости, регулятора скорости, якорного

преобразователя, выход которого соединен с якорем электродвигателя и задатчика тока возбуждения, регулятора тока возбуждения, преобразователя возбуждения, выходом подключенного к обмотке возбуждения

электродвигателя, также соединенные последовательно первый блок датчиков защит, блок триггеров, элемент ИЛИ первый триггер, элемент выдержки времени и первый блок ключей, причем выход первого

триггера также соединен с первым блокирующим входом якорного преобразователя и первым входом блока ИЛИ второй вход которого соединен с входом второго блока ключей и выходом второго триггера, подключенного входом выходу датчика максимального напряжения на якоре двигателя первого блока датчиков, а выход блока ИЛИ соединен с реле готовности электропривода к работе, второй блок датчиков защит, выходы первого блока ключей соединены с бло- кирующими входами регулятора скорости, преобразователя возбуждения и вторым блокирующим входом якорного преобразователя, выходы второго блока ключей соединены с блокирующими входами задатчика скоро- сти и регулятора тока возбуждения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет улучшения эксплуатационных свойств, дополнительно введены блок шифраторов, триггер-защелка, буфер, первый и второй дешифраторы, второй элемент ИЛИ, блок И, блок счетчиков, два блока мультиплексоров, блок ИЛИ-НЕ, выключатель и цифровой индикатор, при этом входы высокого приори- тета блока шифраторов соединены с выходами блока триггеров и второго триггера, а входы низкого приоритета блока шифраторов подключены к выходам второго блока датчиков, выходы блока шифраторов соединены шиной данных через триггер-защелку с входами буфера и первой группой входов данных первого блока мультиплексоров, управляющий вход буфера соединен с выходом первого дешифратора, а к выходу буфера подключена шина связи, управляющий вход триггера-защелки соединен с вторым выходом блока ИЛИ, входы блока И подключены к выходам второго блока датчиков и первой группе выходов блока счетчи- ков, а выход блока И соединен с входом первого элемента ИЛИ, вторая группа выходов блока счетчиков соединена с второй группой входов данных первого блока мультиплексоров и входами управления второго блока мультиплексоров, входы данных которого подключены к выходам блока триггеров, второго триггера и второго блока датчиков защит, первый вход блока счетчиков через второй элемент ИЛИ подключен к выходам второго блока датчиков защит, а второй и третий его входы соединены соответственно с выходом выключателя и первого триггера, выключатель подключен также к управляющему входу первого блока мультиплексоров и первому входу блока ИЛИ-НЕ, второй вход блока ИЛИ-НЕ соединен с выходом второго блока мультиплексоров, а его выход подключен к управляющему входу второго дешифратора, адресные входы которого соединены с выходами первого блока мультиплексоров, а его выходы подключены к входам индикатора.

2, Электропривод по п. 1,отличающий с я тем, что дополнительно введены второй блок счетчиков, третий и четвертый дешифраторы, второй цифровой индикатор, блок коммутаторов и три выключателя, при этом входы выключателей подключены к общей шине, выход второго выключателя соединен с управляющим входом третьего дешифратора и вторым управляющим входом первого блока мультиплексоров, входы второго блока счетчиков соединены с выходами третьего и четвертого выключателей первая группа выходов второго блока счетчиков соединена с третьей группой входов данных первого блока мультиплексоров и управляющими входами единиц блока коммутаторов, вторая группа его выходов соединена с адресными входами третьего и четвертого дешифраторов, выходы третьего дешифратора соединены с входами второго индикатора, а четвертого дешифратора - с управляющими входами десятков блока коммутаторов, входы данных которого по шине контроля подключены к контрольным точкам электропривода, а вход блока коммутаторов соединен с второй шиной связи

U . « fa

k ill Ј - jr П

ffx

Ufrpn Ut,tput

Г

l/7x. ™,.

/

2Ј.

f/

C/

JL

Использование: в электроприводах станков. Сущность: в данном устройстве обеспечивается диагностика состояния составных частей, определяется первопричина отключения электропривода. Применение данного электропривода позволяет исключить поломку инструмента и детали на станке, сократить время на наладку и эксплуатацию электропривода. 1 ил.

)

d

r/