Устройство для управления механизмом экскаватора Советский патент 1980 года по МПК E02F9/20 H02P5/06 

Изобретение относится к автоматизированному электроприводу, а точнее к тиристорному электроприводу с реверсом поля двигателя.

Известны устройства для управления двигателем постоянного тока с реверсом поля, содержащие контур регулирования якоря, контур регулирования тока возбуждения и контур регулирования скорости с тахогенератором 1.

Однако указанные устройства с тахогенератором нецелесообразно использовать на экскаваторах в связи с трудностью размещения тахогенераторов и их невысокой надежностью, а также низкими требованиями к точности регулирования скорости экскаваторных электроприводов.

Известно также устройство для управления тиристорным электроприводом постоянного тока, содержащее нереверсивный преобразователь в цепи якоря двигателя и ревер С11ВНЫЙ преобразователь в цепи его возбуждения, контур регулирования тока якоря, датчик ЭДС и контур регулирования тока возбуждения с нелинейным преобразователем в цепи обратной связи, соединенный через блок задания тока возбуждения с вылодом регулятора скорости 2.

Недостатком упомянутого тиристорного электропривода является большая зона неуправляемости. По длительности эта зона равна вре.мени реверса тока возбуждения от номинального значения одной полярности до номинального значения другой полярности. В течение этого времени изменения потока двигатель не может развить момент требуемого направления, так как в соответствии с алгоритмом работы логического устройства и диагра.ммой работы привода ток якоря равен нулю. В это же время не может быть отработана команда на новое изменение направления момента двигателя (его потока), которое определяется по знаку выходного сигнала регулятора напряжения, так как этот регулятор на все время реверса потока блокируется. Из-за наличия длительной зоны неуправляемости увеличивается время отработки приводом сигнала задания и уменьшается его производительность.

Цель изобретения - повышение производительности экскаватора путем уменьшения зоны неуправляемости привода. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено блоком деления, ключевым элементам и релейным элементом с зоной нечувствительности, причем блок деления первым входом подключен к датчику ЭД,С, вторым входом - к выходу нелинейного преобразователя и ко входу релейного элемета с зоной нечувствительности, выход кот(фого соединен с управляющим входом ключевого элемента, включенного в цепь обратной связи блока задания тока возбуждения, а выход блока деления подключен ко входу регулятора скорости. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы элементов устройства в наиболее сложных режимах работы (при уменьшении скорости вращения двигателя и при его последующей остановке). Устройство представляет собой многоконтурную систему регулирования, которая управляется от задатчика 1 скорости, подключенного на задающий вход регулятора 2 скорости. Выход регулятора 2 скорости через последовательно соединенные логический узел 3 блокирования тока якоря и звено выделения модуля 4 подключен к задающему входу регулятора 5 тока якоря, а также через блок ,6 задания тока возбуждения к задающему входу регулятора 7 тока возбуждения. Этот регулятор своим выходом соединен с реверсивным преобразователем 8 цепи возбуждения, к выходным зажимам которого присоединена обмотка возбуждения двигателя 9 и последовательно с ней датчик 10 тока возбуждения. Датчик 10 соединен через нелинейный преобразователь 11 со входом обратной связи регу.гятора 7 тока возбуждения, одним из входов блока 12 деления, управляющим входом логического узла 3 блокирования тока якоря и со входом релейного элемента 13 с зоной нечувствительности. Выход этого элемента подключен к управляющему входу ключевого элемента 14, включенного последовательно в цепь положительной обратной связи, охватывающей блок 6 задания тока возбуждения. Выход регулятора 5 тока якоря подк„иочен к нереверсивному преобразователю 15 цепи якоря, к выходным зажимам которого подсоединены носледовательно включенные якорь двигателя 16 и датчик 17 тока якоря. Датчик 17 тока якоря соединен со входом обратной связи регулятора 5 тока якоря и с одним из входов датчика ЭДС 18, второй вход которого присоединен к якорю двигателя 16. Выход датчика 18 ЭДС подключен ко второму входу блока 12 деления, выход которого соединен со входом обратной связи регулятора 2 скорости. Схема фукнционирует следующим обраПри уменьшении сигнала с задатчика 1 скорости в момент времени t изменяется полярность напряжения Upc на выходе регулятора 2 скорости, так как текущее значение скорости становится больще заданной. Блок 6 задания тока возбуждения служит для формирования сигнала заданного значения потока Ф для контура регулирования тока возбуждения. Характеристика блока может быть или релейна, или близкой к ней со смещенным нулем. В обоих случаях напряжение насыщения характеристики выбирается таким, чтобы оно задавало номинальное значение потока Фн- В случае применения блока, имеющего характеристику со смещенным нулем, необходимо выбрать коэффициент усиления блока таким, чтобы блок попадал в насыщение, т. е. задавал номинальное значение потока во всех режимах, кроме полной остановки двигателя; смещение нуля характеристики блока установить таким, чтобы при полной остановке двигателя, когда выходное напряжение perj/лятора 2 скорости равно нулю, выходное напряжение блока вызывало появление потока. Кро.ме этого, коэффициент усиления по цепи положительной обратной связи, охватывающей блок б задания тока возбуждения, выбирается большим критического значения, а коэффициент усиления по цепи задания этого блока таким, чтобы при включенной цепи положительной обратной связи выходное напряжение блока не изменялось при любых изменениях выходного напряжения Upcрегулятора 2 скорости. При изменении полярности на выходе регулятора 2 скорости изменяется полярность заданного значения потока Ф на выходе блока в задания тока возбуждения с + на -ФЙ. -В этот же момент начинается реверс потока двигателя Ф, производимый контуром регулирования тока возбуждения, включающим в себя регулятор 7 тока возбуждения, управляющий преобразователем 8 цепи возбуждения. Ток обмотки 9 возбуждения измеряется с помощью датчика 10 тока возбуждения. В момент времени tj, когда поток уменьшается до значения + Фт/п , выходной сигнал релейного элемента 13 с зоной нечувствительности падает до нуля, вследствие чего замыкается ключевой элемент 14. Ключевой элемент 14 предназначен для включения цепи положительной обратной связи, охватывающей блок 6 задания тока возбуждения, когда выполняется условие /Ф/ Фп,;п, т. е. при увеличении погрещности вычисления скорости сверх допустимых пределов. Выполнение указанного выше условия обеспечивается за счет выбора щирины зоны нечувствительности релейного элемента 13 равной 2Фпиг1. Эта связь при выполнении сформулированных выше условий настройки позволяет сохранять (или «запоминать) заданное

значение потока - Ф;, имеющееся на выходе блока перед моментом срабатывания ключевого элемента 14, независимо от последующего изменения его входного напряжения Upc. Такое изменение напряжения Upc. происходит в промежуток времени t -t 3 из-за нарушения нормального режима работы блока 12 деления.

Блок 12 деления предназначен для вычисления скорости двигателя, осуществляемого путем деления ЭДС двигателя Е на поток Ф. Информацию о величине ЭДС дает датчик 18 ЭДС, связанный с преобразователем 15 якорной цепи, а информацию о величине потока - нелинейный преобразователь 11, характеристика вход-выход которого моделирует характеристику намагничивания. Сигнал О) на выходе блока 12 деления пропорционален с известной точностью скорости со якоря двигателя 16, если выполняется условие /Ф/ Фт.п , Де Фтап - наименьшее значение выходного напряжения нелинейного преобразователя 11 (т. е. наименьшее значение делителя), при котором погрешность операции деления лежит еще в допустимых пределах (такое напряжение указывается в технических данных блоков деления). Теоретически, в это время напряжение Upt может принимать любое из значений в диапазоне от - U до + и , где Up - напряжение насыщения регулятора .2 скорости (область возможных значений напряжения Upt на фиг. 2 выделена штриховкой). К моменту времени t S, когда поток двигателя достигает значения - Фт , восстанавливается нормальная работа блока 12 деления и напряжение Upc принимает значение - U . В момент времени tjсрабатывает релейный элемент 13, вследствие чего ключевой элемент 14 размыкается. Хотя цепь положительной обратной связи при этом размыкается, однако изменение полярности заданного значения потока Ф не происходит, так как напряжение Upc и.меет ту же полярность, что и перед замыканием ключевого элемента. В момент времени i , когда двигатель достигает скорости , близкой к заданной скорости вращения coi, меняется полярность напряжения Upc , заданного значения потока Ф и начинается реверс потока Ф в обратную сторону. В течение времени t 5- t 6, когда поток изменяется от значения - Ф до + Фпт , происходит замыкание и размыкание цепи положительной обратной связи по аналогии с описанным выше. При этбм изменение напряжения Upc (заштрихованная площадь), вызванное нарушением нор.мального режима работы блока 12 деления, также не приводит к изменению заданного значения потока + Фн.

В начальный момент остановки tr уменьшается до нуля сигнал ш заданного значения скорости на входе системы. Это приводит к изменению полярности напряжения

Upc И заданного значения потока двигателя Ф и, в свою очередь, к реверсу потока двигателя Ф. По аналогии с описанны.м выше работает система при изменении потока в диапазоне - -фт-п -Фпип (прсмежуток времени tg-tg). в момент времени tio скорость двигателя уменьшается до нуля. До нуля уменьшается также напряжение Upt на выходе регулятора 2 скорости и ток якоря 1я . Напряжение Ф на выходе блока 6 задания тока возбух дения принимает при этом значение Фо, задаваемое смещением нуля характеристики блока, о которо.м говорилось выше. Поток двигателя Ф спустя определенное время принимает значение Фо- Такое уменьшение потока после остановки двигателя позволяет обеспечить подобное протекание процесса пуска в обе стороны. Если же поток после остановки имее одно из номинальных значений, что имеет место при релейной характеристике блока 6 задания тока возбуждения, то процессы пуска в обе стороны заметно отличаются. Так, при пуске в одну сторону двигатель способен сразу же создать .момент нужного направления, а в другую - лишь после реверса потока. Умельиение потока после ocTaHOBKii позволяег кроме того получить

i п.: авное нарастан;1е npii пуске за счет плавного нарастан 1я потока, что имеет важное значение для ряда механизмов.

Ток якоря Б рассмотренных режимах работы 10 форме повторяет модуль напряжения Up за исключением промеж тков, когда работает логический зел 3 для блокировйН;:я тока якоря, измеряемо ) датч1 ком 17 тока.

Логический узел, связанный через звено вьгде, модуля 4 блокирования тока якоря .3 с рег ля-ором 5 тока якоря, предназиачеи д,1к того, чтобы снижать сигнал задания с контура тока якоря на время, когда

а UJ-EM направлении потока не может быть создан люмент требуемого направления. Это направление задает полярность напряжения ир на выходе регулятора 2 скорости. Применение логического узла позволяет сократить время обработки сигнала

5 задания скорости ю на входе системы. При работе логического узла ток якоря двигателя 6 равен нулю, а это происхОлТ.ит в MOMC.hTbi, когда полярность напряжения Upc и направление гютока Ф не совпадают. же, как и напряжение Upc , ток якоря при наружении нормальной работы блока деления может принимать .любые значения из области, обозначенной штриховкой. При этом от величины тока якоря переходный процесс изменения скорости, ирактически,

5 не зависит, так как это время поток двигателя, а следовательно, и его момент близки к нулю.

Таким образом, при использовании устройства момент требуемого направления создается за время, в течение которого поток изменяется от номинального значения + Фн (-Фн) до значения - Фт/п (+ Фот// ), близкого к нулю, т, е. по сравнению с известным зона неуправляемости сокращается почти в два раза. Кроме того, управление приводом улучшается еще и потому, что команда на изменение направления момента (потока двигателя может быть отработана в течение всего времени реверса потока от но-, минального значения одной полярности до номинального значения другой полярности, за исключением непродолжительного периода, в течение которого поток изменяется от значения +Фта1,(-Фтп.п ) до значения Фт1ч (+Фт1и)- Уменьшение же зоны неуправляемости в устройстве позволяет повысить производительность экскаватора.

Формула изобретения

Устройство для управления механиз.мом экскаватора с электроприводом, содержаш.ее нереверсивный преобразователь в цепи якоря двигателя и реверсивный преобразователь в цепи его возбуждения, контур регулирования тока якоря, датчик ЭДС и

контур регулирования тока возбуждения с нелинейным преобразователем в цепи обратной связи, соединенный через блок задания тока возбуждения с выходом регулятора скорости, отличающееся тем, что, с

целью повышения производительности экскаватора путем уменьшения зоны неуправляемости привода, оно снабжено блоком деления, ключевым элементом и релейным элементом с зоной нечувствительности, причем блок деления первым входом подключен к

датчику ЭДС, вторым входом - к выходу нелинейного преобразователя и ко входу релейного элемента с зоной нечувствительности, выход которого соединен с управляюшим входом ключевого элемента, включенного в цепь обратной связи блока задания тока возбуждения, а выход блока деления подключен ко входу регулятора скорости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 375743, кл. Н 02 Р 5/06, 25.05.70.

2.Тиристорный электропривод постоянного тока для гусеничных механизмов крупных экскаваторов. «.Экспресс-информация Сер. Автоматизированный электропривод, 1975, вып. 4, реф. 19.

хЫ,

M/

HOC

-U PC

I

/

ф,

t, t.

t,

0

l±

Й

Ф

fa

ta

ь

t

I

Vo