Электропривод постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к регулируем вентильным электроприводам постоянног тока, применяемым в металлургии, в горном произвоцстве, машиностроении и других отраслях промьшле внести. Пр почтительная область использования механизмы, работающие в режиме ударн го стопорения или ударных перегрузок как вследст е особенностей технологического процесса, так и иэ-за нарушений нормального режима работы либо в аварийных ситуациях. К таким механизмам относятся многие приводы прокатных станов, печей, машин непрерывного литья, механизмы экскаваторов и других горных машин и TV д. Известен регулируемый электропривод постоянного .тока, содержащий электродвигатель и силовой преобразователь с замкнутой системой регулирования, в которой для зашиты от перегрузок используется Задержанная обратная связь ПО току (токовая отсечка) и максимальное токовое реле ij и 2. Недостатки известной схемы электропривода заключаются в том, что в ней при ударном росте момента на ъалу, например при внезапном стопоре нии, электромагнитный момент двигателя лишь ограничивается (цействие токовой отсечки), если ток якоря (момент) превысит уставку максимального реле, последнее срабатывает и отключает двигатель. Такая за адата неаффективна потому, что при внезапном стопорении двигателя ыстродействие токовой отсечки недостаточно, тсж якоря резко возрастает и превышает значение тока отсечки. Известно, что возникающие при внезапном стопорении в механизмах дополнительные усилия могут быть значительными, что должно учитываться прн расчете прочности элементов оборудования, в первую очередь экскаваторного. Кроме тсяго, суммарное время срабатывания максимального репе и силового

контактора чрезмерно велико и не обеспечивает заишты от меха шческих перегрузок. Поэтому такая заошта предупреждает лишь нарушение коммутации дыггателя и перегрев его якоря. Известные схемы защиты не дают эффективной защиты механизма в режиме ударного стопорешш и потому, что они принципиально не могут ограничивать составляющую ударного момента, вызванную действием силинернии, JQ Известен также электроприводпостоянного тока, содержащий вентильный преобразователь, двига1ель постоянного тока, систему автоматического регулирования с пропорционально интегральными регуляторами частоты вращения и тока и узе ограничения выхоцного напряжения регулятора частоты Брашеш-1й, т.е. задания на ток, ограничивающий величину то.ка при пуске и работе на упор tSj , Этот электропривод имеет перечисленные недостатки. Наиболее близким по тех шческой сущности к изобретению явшются электропри вод, содержащий двигатель постоянного тока, ущэаппяемый рехюрсиегхый вентильный преобразователь, датчики тока н частоты вращения и систему подчиненного регулирования на элементах УБСР с запа чиком частоты вращения регуляторами частоты вращения и тока 4 . В данном электроприводе для ограш; чения тока и момента в переходных процессах, в том числе 1ВЭИ CTonqjevnffl, используется ограничение выходного напряженин рег5лятора частоты враш.ения, т.е, сигнала задания на ток икоря, подаваемого на вхоц подчиненного регулятора то ка. Для такого ограничения применггетск нелинейное звено в цепи обратной связи регулятора частоты вращения. Однако и эта схема, построенная на транзисторных регуляторах, не устраняет недостатков, перечисленных выше. При ударном стопорении быстроцяйствие зааш ты остается недостаточньтм, а составляю щая ударного момента, вызванная запасенной системой кинетической энергией, в известной схеме принципиально ие может быть уменьшена.

Цель изобретения - обеспечение эффективной защиты электродвигателя и механизма от поломок при ударном стопорении.

Поставленная цель достигается введением в электропривод постоянного тока блока определения режима ударного стопорения, двух коммутационных элементов.

блока логики и триггера, причем входы блока определения режима ударного сто- порения связаны с датчиками тока якоря и частоты вращения электродвигаа ля, входы блока логшси соединены с выходами блока определения режима ударного стопорения и задатчика частоты врашешет, первый коммутационный элемент включен между выходом регулятора частоты

жнт электродвигатель 1, питающийся от реверсивного тиристорного преобразователя 2. На валу двигателя установлен измеритель частоты вращения, например тахогенератор 3. Для контроля тока силовой цего слуяотт измеритель 4 тока , Для гальванической развязки н преобразования сигналов применены датчик 5 напряжения, подключенный к тахогенератору 3, и датчик 6 тока, связанный с измерителем 4 тока. вращения и входом регулятора тока, его управляющий вход соединен через триггер с выходом блока определения режима ударного стопорения, .второй коммутационный элемент включен между выходом блока логики и входом регулятора тока, а его управляющий вход связан с выходом блока определения режима ударного стопорения. Электропривод постоянного тока может быть выполнен с блоком определения реЖ1ша ударного стопорешш, содержащим два форсирующих звена, два промежуточных усилителя и суммирующий усилитель с релейной характеристикой, причем входы первого форсирующего, звена и первого промежуточного усилителя связаны с яатчиком тока якоря, входы второго форсирующего звена и второго -промежуточного усилителя связаны с датчиком частоты вращения, а выходы форсирующих звеньев и промежуточных усилителей соединень со входами суммирующего усилителя, На фиг. 1 изображена схема электропривода постоянного тока; на фиг. 2 - кривая изменения скорости двигателя CJ при ударном стопорении; НЕ фиг. 3 - кривая изменения производной скорости по емени - ii(t) при ударном стопорении, на фиг. 4 - кривая тока якоря Ся - fз. (i) при ударном стопорении; на фиг. 5 кривая изменения производной тока по вре«. / я (. /1 мени у1 - 1Э(ч в этом же режиме; на фиг. 6 кривая изменения во времени выходного напряжения блока определения реж.има ударного стопорения )ч . Электропривод постоянного тока содерСистема подчиненного регулкрования содержит блок 7 фазового управления ти ристорами, регулятор 8 частоты вращения с узлом ограничения выходного сигн ла 9, регулятор 10 тока, задатчик частоты вращения, например сельсинный командоаппарат 11, к выходу которого под ключен фазочувствительный выпрямитель 12, связанный с задатчиком 13 интенсивности, определяющим темп изменения сигнала на входе регулятора 8 частоты вращения. Между регулятором 8 частоты вращения и регулятором 10 тока включен первый коммутационный элемент 14. Для быстродействующей фиксации момента начала ударного стопорения в схему введен блок определения режима удар ного стопорения, который содержит два форсирующих звена, вьшолненных на операционных усилителях 15 и 16, содержащих резистор R о во входной цепи, eKfкость С и резисторы у- в Цепи обратной связи, два промежуточных усилителя 17 и 18 и суммирующий усилитель 19 с релейной характеристикой. Усилители 15-18 (по типу известных операционных усилителей типа УПТ-4) лИмеют по два выходных демодулятора, что дает возможность иметь выходное напряжение двух знаков. Входы усилителей 15 и 17 подключены к датчику 5 нагфяжения, а входы усилителей 16 и 18 - к датчику 6 тока. Вы ходные цепи усилителей 15-18 связаны со входами суммирующего усилителя 19. Выполнение блока определения режим ударного стопорения (узлы схемы 15-19 на базе форсирующих звеньев позволяет отказаться от операции прямого дифференцирования по известной схеме с емкостью во в:.одной цепи операционного усилителя, которая обычно оказывается неработоспособной ввиду возрастания помех на выход такого усилителя (в 314 раз при частоте помехи 50 Гц). Выходной сигнал усилителя 19 поступает на блок 20 ЛОГИКИ; (на 1-й вход триггер 21, через выключатель 22 на управляющий вход второго коммутационного элемента 23, включенного между выходом блока 20 логики и дополнительным входом регулятора 10 тока. Управляющий вход первого коммутационного элемента 14 подключен к выходу триггера 21. На второй вход блока 20 логики подается сигнал с выхода фазочувствительного выпрямителя 20. Для возврата триггера 21 в исходное состояние служит блок 24 автоматического либо ручного возврата. Электропривод постоянного тока работает следующим образом. После поворота рукоятки задатчика частоты вращения - сельсинного командоаппарата 11 - на выходе фазочувствительного вьшрямнтеля 12 появляется напряжение определенной полярности. Зацатчиж 13 интенсивности создает плавно нарастающие напряжение на входе регулятора 8 частоты вращения с определенным темпом, соответствующим заданному ускорению привода. На выходе суммирую щего усилителя 19 сигнал отсутствует, на инверсном выходе триггера 21 имеется напряжение, поэтому первый коммутационный элемент 14 замкнут, и с выхода регулятора 8 частоты вращения напряжение поступает на вход регулятора 10 тока. Узел 9 ограничения в цепи обратной связи регулятора частоты вращения лимитирует на заданном уровне выходное напряжение регулятора 8 частоты вращения, т.е. задающее напряженке, определяющее ток, поддерживаемый регулятором 1О. Сигналы обратных связей подаются на регулятор частоты вращения от тахогенератора 3 через датчик 5 напряжения. а на регулятор тока от измерителя 4 тока якоря двигателя 1 через датчик 6 тока. Выходное напряжение регулятора 10 тока поступает на блок 7 фазового управления тиристорного преобразователя 2, определяя полярность и величину его выпрямленного напряжения, т.е. направление вращения двигателя 1 и его угловую скорость. Для изменения направления вращения на обратную рукоятку сельсинного командоаппарата 11 поворачивают в противоположную сторону от исходного положения. При внезапном ударном возрастании нагрузки на валу происходит стопорение двигателя 1, его скорость CJ резко уменьшается по кривой (фиг. 2). Соответственно быстро падает ЭДС двигателя 1, и возрастает ток якоря 1 (фиг. 4) превышая в точке максимума уставку токоограничения 7отс . Производные й /я и /fit скачкообразно изменяются (фиг. 3 и 5). Их алгебраическая сумма (--4 f )j выделяемая блоком определения режима ударного стопорения (15-19), возрастает во времени с проиэводной, примерно вдвое превышающей темп изменения - и . Форсигрующие звенья 15 и 16 входяиже в блок определения режима ударного стопорения, имеют передаточную функцшо W(( . R Демпфирующий резистор Н„ служит для уменьшения собственных колебаний контура, его величина мала и незначитель но отра шется на передаточной функвди fp На входы суммирующего усшштелк 19 подаются следующие сигналы; с форсирующего звена 15:-(K/.duyolt-VKoUj с форс1фующаго звена 16;;Кз01151/С -К 5 с промеясуточного усилителя . 17 - HjUJ, с промежуточного усилителя 18.. На выходе блока, т..е. на выходе сумми ,рующего усилителя 19 п|эи стопорении скачком появляется напряжение о1 uj / где d коэффициент. При попвлегши скачкообразного сигнала на выходе суммирующего усилителя 19 перекгаочается триггер 21. Исчезает к-юпряжешю на управляющем электроде первого коммутационного элемента 14. Если контакт выключателя 22 открыт, то происходит лишь исчезновение сигнала . на входе регулятора 10 тока, и двигатель форсированно замедляется в режиме рекуперативного торможения. Благодаря применению быстродействую щего контроля момента начала стопоре- ния процесс торможения лачинае1х;я раньше, чем в известной схеме с ограничением выходного сигнала регулятора чаототьз Ераш.ения, а также в схеме с токовой отсечкой, что дает возмож юсть умен шить шж тока и механические перегрузки Для осуществления более эффективной защиты как двигателя, так и механичеоких звеньев привода в схеме производится компенсация составляющей ударного момента,- вызванной кинетической энергией, запасенной системой. Величину удар ного момента можно существенна снизить изменив знак (направление) момента двигателя с тем.чтобы он не суммировался а вычитался из составляющей, которая вызывается кинетической энергией ДБИга теля и двиясуашхся частей механизма. Для осуществления этого в схеме замыкают контакт выключателя 22 При появлении сигнала на выходе усилителя 19 одноЕременно с первым срабатывает аторой коммутационный элемент 23. От блока 20 логики.запоминающего направление вращеш1Я двигателя 1 до начала стопорения (полярность задающего напряжения), на вход регулятора тока 10 подается сигнал, полярность которого противоположна полярности сигнала на входе этого регулятора до момента стопорения. Знак электромагнитного момента двигателя меняется на обратный. В результата уменьшается результирующий момент, действующий на механические звенья привода. Сигнал на выходе суммирующего усилителя 19 исчезает второй коммутационный элемент 23 от крывается, и напряжение на входе регулятора 10 тока исчезает (фиг. 6). Для последующего включения привода вруч)егую либо автоматически переключают триггер 21 (с помощью блока возврата 24). Система может быть трех - контурной (содержать дополнительный контур регулирова шя напряжения), вместо двух отдельных коммутационных элементов может использоваться один комбинированный, для автоматического возврата механизма Б исходное положение вход блока 20 логики может быть соединен с выходом триггера 21. Преимущества заявляемого электропривода заключшотся в быстродействующей электронной защите, основанной на фиксахши момента начала ударного снижения скорости при внезапном стопорении и компенсации (частичной или полной) кинетической составляющей суммарного момента на валу д:эигателя и в кинемати1«еских звеньях путем краткощземен- ного измене1шя знака (направления) электромагнитного момента двигателя. Предлагаемая схема обеспечивает эф4хзктивную защиту двигателя, передач и рабочих органов механизма, удлинение срока их службы, повышение выпуска продукшш за счет уменьще1-шя itpocToeB оборудования. Формула изобретения I. Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенньзй к реверсивному преобразователю с системой управления, выполненной по принципу подчиненного регулирования с последовательно включенными за датчиком частоты вращения регуляторами частоты вращения и. тока и соединенными со входами соответствующих регуляторо датчиками частоты вращения и тока, отличающийся тем, что, с целью обеспечения эффективной защиты двигателя и механизма от поломок при ударном стсяорении, электропривод содежит блок определения режима ударного стопорения, два коммутационных элемента, блок логики и триггер, причем входы блока определения режима ударного стопорения связаны с датчиками тока якоря и частоты вращения электродвигателя, входы блока логики соединены с выходами блока определения режима ударного стопорения и задатчика частот вращения, между регулятором частоты вращения и регулятором тока включен первый коммутационный элемент, между выходом блока логики и входом регулятора тока включен второй коммутационный элемент, а управляющие входы указанных коммутационных элементов, первого через триггер, а второго непосредственно, соединены с выходом блока определения режима ударного стопорения.

2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и ограничения

помех, блок определения режима ударного стопорения содержит два форсирующих звенаг два промежуточных усилителя к суммирующий усилитель с релейной характеристекой, причем входы первого форсирующего звена и первого промежуточного усилителя связаны с датчиком тока якоря, входы второго форсирующего звена и второго промежуточного усилителя связаны с датчиком частоты вращения, а выходы форсирующих звеньев и промежуточных усилителей соединены со входами суммирующего усилителя.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. СнротинА. А. Автоматическое у правление электроприводами. М., Энергия, 1969, с. 327.

2. Алексеев Н. И. и Мительман М. В. Запаздывание действия токовой отсечки в системе Г-Д при внезапном стопорешш электродвигателя -- Сб. статей Электропривод, 1975, вып. 6(41), с. 7-10.

3. Патент Швеции № 320432, кл. 21 с 46/51, 1970.

4. Гарнов В. К. и др. Унифицированные системы автоуправления электроприводом в металлургии. М., МаталлургияТ,

1977, с. 54.

, ч

i

сИй di:

. ФМ.Р.2

1PW.3

ФтЛ

24

ug.5

I.

AC

WUQ.6

CZ