Регулируемый электропривод угольного комбайна Советский патент 1993 года по МПК E21C35/24 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в системах автоматического регулирования и управления электроприводами угольных комбайнов.

Известен регулируемый электропривод угольного комбайна, содержащий преобразователь частоты, состоящий из последовательно соединенных управляемого выпрямителя, фильтра и инвертора, опера- ционный усилитель с цепью обратной связи, блок управления управляемым выпрямителем, выход которого подключен к второму входу управляемого выпрямителя и блок управления инвертором, соединенный с вторым входом инвертора, а также датчик тока и напряжения.

Недостатками известного устройства являются: отсутствие универсальности при применении многодвигательного электропривода резания и подачи с разными мощностями; низкая надежность электропривода, обусловленная отсутствием быстродействующей защиты от перегрузок; низкая производительность, так как отсутствует автоматический выбор режима работы электропривода в зависимости от условий работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является регулируемый электропривод угольного комбайна, содержащий преобразователь частоты, к выходу которого подключены электродвигатели подачи, датчики тока двигателей подачи, соединенные с входами первого блока выделения относительного максимального сигнала, выход которого соединен с первыми входами преобразователя частоты и второго блока выделения максимального сигнала, датчика тока двигателей резания, соединенные через третий блок выделения Относительного сигнала, с вторым входом второго блока выделения максимального сигнала, выход которого соединен с первыми входами элемента сравнения и регулятора нагрузки, второй вход элемента сравнения соединен с первым источником опорного сигнала, выход которого соединен с входом порогового элемента, второй источник опорного сигнала, соединенный с первым входом сумматора, задат- чик опорного сигнала, соединенный с первым входом сумматора, задатчик интенсивности, соединенный с вторым входом ре- . гулятора нагрузки, выход которого соединен с вторым входом преобразователя частоты,

Недостаткам известного устройства являются; низкая производительность комбайна с электроприводом, так как отсутствует автоматический выбор режима работы электропривода в зависимости от условий работы - реализуемый регулятором нагрузки принцип поддержания тока резания постоянным не всегда применим при ограничениях на скорость подачи комбайна на факторам газовыделения, крепления и т.д., поэтому требуется постоянное изменение уставки регулятора или переход с автомзтического на ручное регулирование скорости, а это приводит к снижению производительности; низкая надежность контура ограничения нагрузки, обусловленная тем, что в режиме стопорения исполнитель5 ного органа комбайна при продавливании препятствия на выходе сумматора появляется скачок задания, который при отработке регуляторами напряжения и тока приводит к резкому увеличению скорости подачи, тол0 щины стружки на исполнительном органе комбайна и к наиболее вероятному повторному стопорению исполнительного органа комбайна. Второй недостаток особенно проявляется при наличии тяговой цепи ком5 байна, когда накопленная потенциальная энергия в растянутой рабочей ветви реализуется в большом скачке скорости.

Целью изобретения является повышение надежности и производительности

0 электропривода.

Указанная цель достигается тем, что регулируемый электропривод угольного ком- .байна, содержащий преобразователь частоты, к выходу которого подключены

5 электродвигатели подачи, датчики тока двигателей подачи, соединенные с входами первого блока выделения относительного максимального сигнала, выход которого соединен с первыми входами преобразовате0 ля частоты и второго блока выделения максимального сигнала/датчики тока двигателей резания, соединенные через третий блок выделения максимального сигнала, с вторым входом второго блока выделения

5 максимального сигнала, выход которого соединен с первыми входами элемента сравнения и регулятора нагрузки, второй вход элемента сравнения соединен с первым источником опорного сигнала, выход которого

0 соединен с входом порогового элемента, второй источник опорного сигнала, соединенный с первым входом сумматора, задатчик интенсивности, соединенный с вторым входом регулятора нагрузки, выход которо5 го соединен с вторым входом преобразователя частоты, дополнительно введены однополярный усилитель и третий источник опорного сигнала, причем выход порогового элемента соединен с первым входом задат- чика интенсивности, выходы третьего источника опорного сигнала соединены с третьим и четвертыми входами регулятора нагрузки, вход однополярного усилителя соединен с выходом элемента сравнения, а выход с вторым входом сумматора, выход которого соединен с вторым входом задатчика интенсивности,

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на.фиг. 2 - блоке схема регулятора нагрузки; на фиг. 3 - блок схема задатчика интенсивности; на фиг. 4 - блок схема преобразователя частоты; на фиг. 5 - блок выделения относительного максимального сигнала; на фиг. 6 -диаграммы работы; на фиг. 7 - характеристика одно- полярного усилителя.

Регулируемый электропривод угольного комбайна содержит (фиг. 1) асинхронные электродвигатели резания 11...1К, асинхронные электродвигатели подачи 2i...2n, преоб- разователь частоты 3. Один вход преобразователя частоты 3 присоединен к сети 4. а к его выходу через датчик 5i...5n тока подключены электродвигатели 2i, 2П подачи. Электродвигатели 11,..1к резания через датчики 6i...6K тока электродвигателей резания подключены к сети 4. Электропривод содержит также регулятор нагрузки 7, первый - 8, второй - 9 третий - 10 блоки выделения максимального сигнала, задат- чик интенсивности 11, сумматор 12, элемент сравнения 13, пороговый элемент 14, од- нополярный усилитель 15, первый - 16, второй -17, третий - 18 источники опорного сигнала, при этом выходы датчиков 5i...5r тока электродвигателей 2i...2n подачи присоединены к входам первого блока 8 выделения относительного максимального сигнала, а его выход к первым входам второго блока 9 выделения максимального сигнала и преобразователя частоты 3, выходы датчиков 6i...6K электродвигателей резания присоединены к входам третьего блока 10 выделения относительного максимального сигнала, а его выход к второму входу второго блока 9 выделения максимального сигнала, а второго блока 9 присоединен к первому входу регулятора нагрузки 7 и к первому входу элемента сравнения 13, на второй вход которого подключен выход первого источника 16 опорного сигнала. Выход элемента 13 сравнения подключен к входу порогового элемента 14, выход которого подключен к первому входу задатчика 11 интенсивности, и через однополярный усилитель 15 подключен на второй вход сумматора 12. На первый вход сумматора 12 подключен выход второго источника 17 опорного сигнала, а его выход подключен к второму входу задатчика интенсивности

выход которого присоединен к второму входу регулятора 7 нагрузки, К третьему и четвертому входам регулятора 7 нагрузки присоединены выходы третьего источника 5 18 опорного сигнала, а выход регулятора 7 подключен к второму входу преобразователя частоты 3.

Регулятор 7 нагрузки (фиг. 2) содержит элемент 19 сравнения, интегратор 20, сум- 0 матор 21, усилитель-ограничитель 22, при этом первый и второй входы элемента 19 сравнения являются соответственно первым и третьим входами регулятора 7 нагрузки, а его выход присоединен к первому 5 входу интегратора 20 и сумматора 21, выход интегратора 20 присоединен к второму входу сумматора 21, а усилитель-ограничитель 22 включен между выходом сумматора 21, выход которого является выходом регулято0 ра 7 нагрузки, и вторым входом интегратора 20. Второй вход усилителя-ограничителя 22 является вторым входом регулятора 7 нагрузки и третий вход - четвертым входом регулятора.

5 Задатчик 11 интенсивности, фиг. 3, содержит последовательно соединенные сумматор 23 и интегратор 24, охваченные отрицательной единичной обратной связью по первому входу сумматора 23, и усили0. тель-ограничитель 25, присоединенный между выходом и третьим входом сумматора 24. Первым входом задатчика 11 интенсивности является второй вход усилителя-ограничителя 25, вторым входом

5 задатчика 11 интенсивности является второй вход сумматора 23, а выходом - выход интегратора 24.

Преобразователь частоты 3 включает последовательно соединенные управляе0 мый выпрямитель 26, фильтр 27, инвертор 28, блок 29 управления выпрямителем, присоединенный к второму входу управляемого выпрямителя 26, блок 30 управления инвертором, выходом присоединенный к второму

5 входу инвертора 28, регуляторы тока 31 и напряжения 32, датчик напряжения 33 присоединенный к выходу инвертора 28. Вход управляемого выпрямителя 26 присоединен к сети 4, фиг. 1, а выходом преобразователя

0 3 частоты является выход инвертора 28. Регуляторы напряжения 32 и тока 31 соединены последовательно, причем выход регулятора тока 31 присоединен к входу блока 29 управления выпрямителем. Пер5 вый вход регулятора 32 напряжения является вторым входом преобразователя частоты 3 и присоединен к блоку 30 управления ин- вертором, второй вход регулятора 32 присоединен к выходу датчика 33 напряжения, Второй вход регулятора 31 тока является

первым входом преобразователя 3 и к нему присоединен выход блока 8 (фиг. 1) выделения максимального сигнала. Вход управляемого выпрямителя 26 присоединен к сети 4, фиг. 1.

Блок (например 8) выделения относительного максимального сигнала, фиг. 5, содержит схему 34 выделения максимального сигнала, блоки 35i...35n деления, количество которых равно числу электродвигателей -2, источники опорных сигналов 36i.,.36n. При этом первые входы блоков 35i...35n деления присоединены к датчикам токов 5i...5n, а вторые входы к выходам источников 36i. .36n опорных сигналов, выходы блоков 35i...35n деления присоединены к входам схемы 34 выделения максимального сигнала, выход которой является выходом блока 8 выделения относительного максимального сигнала.

Электропривод (фиг. 1), работает следующим образом.

В нормальном, установившемся без перегрузки электродвигателей 1, 2 резания и подачи, режиме работы электропривода сигнал задания скорости Una подается с источника опорного сигнала 17 на первый вход сумматора 12 и через него и задатчик 11 интенсивности передается на второй вход регулятора 7. .Другой сигнал задания тока 13 подается на третий вход регулятора 7 нагрузки с источника 18 опорного сигнала, а на первый вход регулятора 7 подается сигнал фактического тока ф, соответствующий максимальному относительному току электродвигателя 1 резания или подачи 2, который выбирается блоками выделения максимального относительного сигнала 8, 9 и 10. На четвертый вход регулятора 7 с источника 18 подается сигнал соответствующий максимальной разрешенной скорости Vnmax подачи.

В результате сравнения заданного 3 и фактического ф токов, в элементе сравнения 19, фиг. 2, вырабатывается сигнал рассогласования Д1 13-1ф, который передается через интегратор 20 и непосредственно на сумматор 21. В сумматоре 21 суммируется пропорциональная составляющая сигнала КД и интегральная составляющая и он выдает на выходе регулятора 7, сигнал - Up ДК I+ / Al dt, который воздействует на второй вход преобразователя частоты 3 (фиг. 1). В обратной связи, между выходом регулятора 7 и вторым входом интегратора 20 включен усилитель-ограничитель 22, на второй вход которого подается ..сигнал с выхода задатчика 11 интенсивности, который устанавливает уровень напряжения на выходе регулятора 7, выше которого оно не может повышаться и соответствующее заданной скорости -V n3.

Третий вход усилителя-ограничителя 22 регулятора нагрузки 7 подключен ко второму выходу источника опорного сигнала 18, на котором устанавливается сигнал пропорциональный максимальной разрешенной

СКОРОСТИ ПОДачи Vnmax.

0 Сигнал на выходе усилителя-ограничителя 22 появляется (определяется входным сигналом и его коэффициентом усиления) только в том случае, когда напряжение на первом его входе (выходное напряжение

5 сумматора 21) превышает минимальное из двух напряжений на втором (напряжение на втором входе регулятора нагрузки 7) и третьем (напряжение на четвертом входе регулятора нагрузки 7) входах усилителя-ог0 раничителя 22.

При появлении напряжения на выходе усилителя-ограничителя 22 выходное напряжение сумматора 21 стабилизируется в результате действия сильной отрицатель5 ной обратной связи. Таким образом, выходное напряжение сумматора 21 и регулятора нагрузки 7 при насыщении интегратора 20 поддерживается на уровне выходного напряжения задатчика интенсивности 11, но

0 не превышает Vnmax с второго выхода источника опорного сигнала 18.

Если выходное напряжение сумматора ,21 не превышает минимальное из двух напряжений на втором и третьем входах уси5 лителя-ограничителя 22, то выходное напряжение регулятора нагрузки 7 определяется сигналом на третьем входе и равно Up.

Если заданный ток (уменьшение

0 крепости угля), то наличие рассогласования на выходе элемента 19 приводит к тому, что скорость подачи комбайна увеличивается (преобразователь частоты 3 увеличивает выходную частоту напряжения, увеличивается

5 скорость вращения магнитного поля статора и скорость вращения ротора электродвигателей 2 подачи, которая в свою очередь определяет скорость подачи комбайна Vn), до тех пор, пока либо наступает равенство

0 при скорости Vni6Vn3 Vno (фиг. 6), участок 1, случай а (где Vno - скорость подачи соответствующая уровню ограничения усилителем-ограничителем 22), либо равенство не наступает, а ток ф остается меньше

5 заданного 1з(). фиг. 6, участок 1. случай б, из-за того, что скорость подачи достигла величины, равной заданной - значению Vna, которое определяется Vno.

Если заданный ток (увеличение крепости угля), то скорость подачи Vn уменьщается до тех пор, пока не выполняется равенство (фиг. 6), участок П, а скорость подачи станет равной Vn2.

Для изменения скорости подачи изменяется сигнал Vns с выхода источника 17, который меняет уровень ограничения напряжения Vno на выходе регулятора 7 и, если новое значение V na V no меньше скорости подачи Vna, которая соответствует равенству в конкретных условиях определяемых в основном крепостью угля в зоне исполнительного органа комбайна, то сигнал на выходе регулятора 7 соответствует; минимальному напряжению и регулятор находится в насыщении, фиг. 6, участок Ш. В этом случае ток и скорость пбдэчи . Если в этом режиме наступает перегрузка электродвигателей 1,2 (становится ). то неизбежно снижается скорость подачи Vn, фиг. 6, участок IV, и она становится меньше заданной . Если мы устанавливаем заданную скорость подачи больше скорости подачи, которая соответствует условию , то увеличения скорости не происходит, и скорость определяется условием пока не изменится (уменьшится) крепость угля.

Таким образом, регулятор 7 нагрузки всегда поддерживает фактический ток 1ф наиболее загруженного из двигателей 1, 2 равным или меньше заданного и этим определяется фактическая скорость подачи комбайна, которая не может превышать заДанную Vna, но может быть ей равна. Заданная скорость может меняться в пределах от нуля, до максимальной Vnmax, определяемой техническими возможностями системы преобразователь 3 частоты - электродвигатель 2 подачи.

Усилитель 15 выполнен однополярным с целью исключения влияния выходного сигнала элемента сравнения 13 на сигнал задания; скорости подачи VM при нормальном режиме работы электропривода без перегрузки. Коэффициент усиления Ki однопо- лярного усилителя 15 определяет наклон стопорной ветви экскаваторной механической характеристики и выбирается из условия характеристик электропривода и нагрузки на исполнительном органе.

Изменение сигнала на выходе элемента сравнения 13 по ветви однополярный усилитель 15, сумматор 12, задатчик интенсивности 11, регулятор нагрузки 7, в случаях, когда пороговый элемент 14 не включился в работу, не приводит к изменению скорости подачи,

Это происходит потому, что пороговый элемент 14 срабатывает и своим выходным

сигналом изменяет интенсивность в задаг- чике интенсивности 11 только в случае наличия на выходе элемента сравнения 13 напряжения отрицательной полярности, то 5 есть при наличии большой перегрузки электропривода или стопорении.

При перегрузке электродвигателей подачи или резания 1,2 из-за стопорения испол- нительного органа сигнал на выходе 0 элемента 13 сравнения превышает заданный ток отсечки 0тс, равный 1,2-1,3 номинального относительного тока электродвигателей 1,2 и на входе порогового элемента 14 появляется сигнал Un. который подается 5 на первый вход задатчика 11 интенсивности и этот сигнал через однополярный усилитель 15с коэффициентом усиления KI - где становится равным KI Un, подается на второй (вычитающий) вход сумматора 12. Вычи- 0 тание сигнала Ki Un происходит из сигнала задания Упз, что приводит к снижению сигнала на входе задатчика 11, снижению jra- пряжения Uno ограничения на выходе регулятора 7 нагрузки и быстрому сниже- 5 нию скорости подачи комбайна. Чтобы обеспечить быстрое снижение скорости подачи сигнал с порогового элемента 14, поступая на первый вход задатчика 11 интенсивности (фиг. 3) уменьшает постоянную времени за- 0 датчика 11 интенсивности следующим образом. Под действием жестко отрицательной обратной связи через компаратор 25 выходное напряжение сумматора 23 не превышает напряжение, установленное на первом 5 входе задатчика 11. Выходное напряжение сумматора 23 интегрируется интегратором 24 до тех пор, пока его выходное напряжение не станет равным напряжению на втором входе задзтчика 11. Так как коэф- 0 фициент усиления сумматора 23 выбирается достаточно большим (около 100), то его выходное напряжение достигает напряжения, установленного на первом входе задатчика 11, при появлении напряжения на 5 втором входе задатчика. Скорость изменения напряжения на выходе интегратора 24, а, следовательно, и на выходе зэдатчика, прямо пропорциональна напряжению на первом входе задатчика.

0 При исчезновении перегрузки электродвигателей 1, 2 за счет быстрого уменьшения скорости подачи и толщины стружки исполнительного органа комбайна сигнал на выходе порогового элемента 14 снимает- 5 ся и снимается сигнал с дополнительного входа датчика 11 интенсивности и постоянная времени задатчика 7 увеличивается. Если происходит продавливание препятствия на исполнительном органе или, например, скол, (отвалка) массива угля в зоне исполнительного органа, то снятие сигнала с входа задатчика 11 и увеличение его постоянной времени приводит к тому, что на вход регулятора нагрузки 7 не проходит быстрое, скачкообразное увеличение сигнала задания скорости подачи.

Преобразователь частоты 3 электропривода может быть выполнен по схеме инвертора напряжения или тока. На фиг. 4 в качестве примера представлен инвертор напряжения. Сетевое напряжение подается на третий вход преобразователя, выпрямляется выпрямителем 26 и сглаживается фильтром 27 и преобразуется в трехфазное переменной частоты инвертором 28. Напряжение на выходе преобразователя частоты 3 определяется уровнем сигнала с блока управления 29, а частота - уровнем сигнала на выходе блока управления 30. Сигнал задания частоты вращения электродвигателей подачи с выхода регулятора нагрузки 7 подается на вход 2 преобразователя 3 и поступает непосредственно в блок 30, определяющий частоту напряжения на его выходе, и через подчиненные регуляторы тока 31 и напряжения 32 в блок управления .29, определяющий напряжение на выходе преобразователя 3. Регулятор напряжения 32 поддерживает соотношение фактического напряжения, измеренного датчиком 33, и частоты на выходе преобразователя 3, обеспечивающее постоянный магнитный поток двигателей подачи 2 при регулировании скорости подачи. Фактический относительный ток наиболее загруженного электродвигателя 2 подачи подается на второй вход регулятора тока 31, который обеспечивает поддержание его заданному, подаваемому с регулятора 32.

На блок деления 35 блока выделения относительного максимального сигнала, фиг. 5, поступают сигналы пропорциональные абсолютным значением токов электродвигателей 2, измеренные датчиками токов 5, сигналы с источников опорных сигналов 36, пропорциональные номинальным токам

соответствующих электродвигателей 2. После деления фактических токов на номинальные значения на вход схемы выделения максимального сигнала 34 поступают относительные величины фактических токов электродвигателей 2, из которых схемой 34 выделяется максимальный, соответствующий наиболее загруженному электродвигателю 2..

Однополярный усилитель 15 реализуется по схеме, представленной на фиг. 7, Она включает операционный усилитель 37 с диодом 38 на входе и стабилитронами ограничения 39. Характеристика вход-выход

усилителя 15 представлена на фиг. 7, из которой следует, что усилитель пропускает на вход только сигнал отрицательной полярности.

Система управления электропривода,

имея высокое быстродействие при перегрузке электродвигателей в случае стопоре- ния исполнительного органа, исключает повторное стопорение электропривода при продэвливании исполнительным органом

препятствия за счет этого повышается надежность электропривода. Усилитель 15 по- зволяет регулировать коэффициент передачи сигнала на вход сумматора 12 и наклон стопорной ветви механической характеристики электропривода, изменяя который согласуют механические характеристики привода и нагрузки. В электропри- воде автоматически реализуется алгоритм работы, при котором регулятор нагрузки

всегда обеспечивает не превышение заданного тока и не превышение заданной скорости подачи комбайна, выбираемой машинистом комбайна по условиям крепления, отжима и т.д. В то же время при отсутствии ограничений по скорости подачи система управления обеспечивает максимальную скорость подачи при заданном токе, определяемую в основном крепостью угля. Этим самым достигается повышение производительности комбайна даже в условиях наличия ограничений на скорость подачи.

Формула изобретения

Регулируемый электропривод угольного комбайна, содержащий преобразователь частоты, к выходу которого подключены электродвигатели подачи, датчики тока дви- гател:ей подачи, соединенные с входами первого блока выделения относительного максимального сигнала, выход которого со- с первыми входами преобразователя частоты и второго блока выделения максимального сигнала, датчики тока двигателей резания, соединенные через третий блок выделения максимального сигнала с вторым входом второго блока выделения максимального сигнала, выход которого соединён с первыми входами элемента сравнений и регулятора нагрузки, второй вход элемента сравнения соединен с первым источником опорного сигнала, выход которого

соединен с входом порогового элемента, второй источник опорного сигнала, соединенный с первым входом сумматора, задат- чик интенсивности, соединенный с вторым входом регулятора нагрузки, выход которого соединен с вторым входом преобразователя частоты о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности и производительности, он снабжен однополярным усилителем и третьим источником опорного сигнала, причем выход порогового элемента соединен с первым входом задатчика интенсивности, выходы третьего источника опорного сигнала соединены с третьим и четвертыми входами регулятора нагрузки. вход однополярного усилителя соединен с выходом элемента сравнения, а выход - с вторым входом сумматора, выход которого соединен с вторым входом задатчика интенсивности.

Изобретение относится к горной про- мышл иностй, а именно к средствам авто- матич ского регулирования и управления электроприводами угольных комбайнов, позволяет повысить их надежность и пройзво- дител ность. При работе электродвигателей (ЭД) 1 и 2 без перегрузок регулятор нагрузки (РН), 7 поддерживает скорость подачи комбайна (СПК) не больше заданной величины, обеспечивающей нагрузку 1 и 2 равной заданной величине. При еретрузке ЭД 1 или 2 блоки 8 или 9 и 10 выделения максимального сигнала и элемент S13 сравнения фиксируют превышение текущим максимальным значением тока величины заданной источником 16 опорного сигнала, что приводит к срабатыванию порогового элемента 14 и однополярного усилителя 15. Усилитель 15 и сумматор 12 обеспечивают снижение величины заданной СПК, а пороговый элемент 14,задатчик 11 интенсивности и РН 7 обеспечивают быстрое снижение СПК, При снижении нагрузки ЭД 1 и.2 за счет быстрого снижения СПК отключаются пороговый элемент 14 и однополярный усилитель 15, а задатчик 1Т интенсивности и РН 7 обеспечивают плавное нарастание СПК. 7 ил. ;

Риг. 3

ч5

l

Фиг.4,

Фиг. 7.

Редактор

Составитель Г. Бабокин

Техред М.МоргенталКорректор М. Керецман