Устройство для регулирования скорости двигателя Советский патент 1982 года по МПК G05D13/62 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

1 Изобретение относится к устройству

автоматического регулирования и может быть использовано в металлургической. промышленности в системах стабипизации скорости производственных механизмов, нагрузка которых (статический момент на валу двигателя) периодически прикладывается и снимается, оставаясь приблизительно постоянной по величине, например прокатных клетей полунепрерывных и непрерывных станов.

По основному авт. св. № 758089 известно устройство, содержащее первый блок управления с датчиком и задатчнком скорости двигателя на входе и последовательно соединенные второй блок управления и усилитель мощности, к выходу которого подключена якорная обмотка двигателя, в которую включен датчик тока якоря, выход которого подключен к одному входу второго блока управления. Кроме того, устройство содержит сумматор, блоки памяти, дифференциаторы, управляемые включи и датчик наличия нагрузки на

валу двигателя, выход которого соединен .с управляющими входами ключей, выход первого блока управления непосредственно и через последовательно соединенные первый ключ, первый блок памяти, второй ключ и первый дифференциатор подключен к первым и вторым входам сумматора, выход которого соединен с другим входом второго блока управления и с третьим входом сумматора через последовательно соединенные третий ключ, второй блок памяти, четвертый ключ, третий блок памяти, пятый ключ и второй дифференциатор.

Описанное устройство обеспечивает формирование (запоминание) стп налов,

15 компенсирующих влияние приема и сброса нагрузки на скорость двигателя и коммутацию указанных сигналов по командам датчика наличия нагрузки. Благодаря такой работе устройства обеспечивается под20держание требуемого соотнощения скоростей, например, в непрерывной группе клетей мелкосортного стана в динамических режимах, обусловленных приложением и снятием нагрузки. Указанное обстоятельст во позволяет резко снизить зависимость натяжения в прокатываемйм металле от динамических режимов, обусловленных приложением и снятием нагрузки, и существенно повысить качество проката (уменьшается разнотопшинность продукшга) 1 . Однако после захвата металла валками (приложение нагрузки) вследствие неоднородности нагрева заготовки или наличия разнотолшинности наблюдаются небольшие колебания нагрузки на валу двигателя, что обуславливает соответствуюшие из- менения в скорости прокатньк валков. Указанные изменения скорости нарушают постоянство ежесекундного объема металла, проходящего через валки, особенно при свободной прокатке (натяжение металла в межклетевом промежутке поддерживается на нулевом уровне). В результате металл накапливается в межклетевом промежутке, что приводит к образованию петли, либо вытягивается из межклетево- го промежутка, что приводит к появлению натяжения. Если колебания скорости на интервале времени, не превышающем врем прохождения прокатом межклетевого расстояния, будут таковы, что интеграл за это время от разности текущей и заданной скорости будет равен нулю, то среднее за этот интервал значение ежесекундного объема .металла будет рав- няться заданному. При этом натяжение в межклетевом промежутке остават ся на заданном (нулевом) уровне. Целью изобретения являеа ся поддержание среднего значения скорости на заданном уровне в переходных процессах, обусловленных колебаниями нагрузки. Указанная цель достигается тем, что в устройство для регулирова:тш скорости двигателя введены источник напряжения, интегратор, последовательно соединенные второй сумматор, первый блок определени модуля, нуль-орган, четвертый блок памяти и функциональный преобразователь напряжение-дл1етельность импульса, а так- же последовательно соединенные второй блок определения модуля, блок дифференци рования и триггер, второй, вход которого соединен с выходом нуль-органа, вторым входом связанного с выходом источника напряжения, причем выход задатчика скорости двигателя подключен к первому вхо ду второго сумматора и к входу второго блока определения модуля, выход датчикаскорости двигателя соединен с вторым входом второго сумматора, выход которог подключен к первому входу интегратора, подключенного своим вторым входом к выходу триггера, а выходом - к второму входу функционального преобр азователя напряжение-длительность импульса, выход нуль-органа соединён с вторым входом триггера, выход импульсного блока подключен к четвертому входу первого сумматора. Такое выполнение устройства позволяет интегрировать величину ошибки по скорости и по оконч)ании переходного процесса ффмироватъ сигнал, обеспечивающий сведение к нулю выходного сигнала интегратора. Поддержание нулевого, сигнала на выходе интегратора вследствие возмущения ско рости двигателя обеспечивает постоянство средней скорости двигателя в переходных режимах, обусловленных колебаниями нагрузки.. На чертеже приведена электрическая схема устройства. Устройство включает задатчик 1 скорости двигателя, первый блок 2 управления, первый сумматор 3, второй блок 4 управления, усилитель 5 мощности, двигатель 6 постоянного тока независимого возбуждения, датчик 7 скорости двигателя датчик 8 тока якоря, блоки 9, 1О и 11 памяти, управляемые ключи 12-16, диф- ференциатФры 17 и 18, датчик 19, второй сумматор 20, источник 21 напряжения, первый и второй блоки 22 и 23 определения модулей, блок 24 дифференцирования, нуль-орган 25, триггер 26, интегратор 27, четвертый блок 28 памяти и функциональный преобразователь 29 напряж.ение-длительность импульса. В качестве усилителя 5 мощности используется управляемый тиристорный преобразователь переменного напряжения в постоянное в качестве датчика 7 скорости - тахогенератор постоянного тока. Блоки 9, 10 и 11 памяти реалт1зуютс$4 например, на базе операционного усилителя с конденсаторами во входной цепи и цепи обратной связи. Датчик 19 наличия нагрузки представляет собой тензо метрический датчик, установленный под подушкой опорного валка. После захвата валками металла датчик 19 обеспечивает . на своём выходе постоянный сигнал. Управляемые ключи 12-16 реализуются, например, на базе полевых транзисторов. Ключи 12,13 и 14 нормально разомкнуты и мгновенно замыкаются и размыкаются со- ответственно при появлении и исчезновении выходного сигнала датчика 19 наличия нагрузки. Ключ 15 нормально замкнут и мгновенно размыкается и замыкается соотис1ч:-Г1зО11НО при появлении и исчезио.вегаш выходного сигнала датчика 19 наличия нагрузки. Ключ 16 - импульсный, замыкающийся кратковременно после исчезнове1шя выходного сигнала датчика 19 наличия. нагрузки. Пра этом быстродейств ключа 16 несколько ниже быстродействия ключей 12 и 13, что гарантирует кратко временное замыкание ключа 16 только после размыкания ключей 12 и. 13. Сумматор 2О суммирует разнополярные сигналы датчика 7 и задатчика 1 скорости, обеспечивая на своем выходе сигнал ошибки по скорости. Источник 21 напряжения задает люфт нуль-органу 25, т.е. обеспечивает зону нечувствительност нуль-органу в районе нуля. Блоки 22 и 23 определения модулей вычисляют моду ли сигналов соответственно сумматора 20и задатчика 1 скорости. Блок 24 диф ференцирования дифференцирует выходной сигнал блока 23 определения модуля. Нуль-орган 25 обеспечивает на своем выходе сигнал, если сигнал на его входе связанном с выходом блока 22 определения модуля, превосходит сигнал на его входе, связанном с выходом источника 21напряжения. Триггер 26 устанавливается в состояние 1 сигналом, поступающим на его вход с выхода блока 24 дифференцирования (на выходе триггера появляется сигнал). При появлении сигнала на его втором входе, связанном с выходомнульоргана 25, триггер 26 устанавливается в нуль (сигнал на его выходе отсутствуе При одновременном поступлении сигналов на его входы триггер 26 устанавливается в состояние 1. Интегратор 27 обеспечивает интегрирование выходного сигнала сумматора 20 поступающего на его первый вход, при .условии, что на его втором входе, связанном с выходом триггера 26, сигнал отсутствует. В периоды присутствия сигнала на втором входе интегратор обеспечивает на своем выходе нулевой сигнал независимо от уровня сигнала на его первом входе, Блок 28 памяти обеспечивает запоминание выходного сигнала нуль-органа 25 на время Т , измеряемое от момента исчезновения выходного сигнала, нуль-органа 25. При появлении выходного сигнала нуль-органа 25 за время t на выходе блока памяти сигнал не прерывается. При отсутствии ВЫХОД1ГОГО сигнала нуль-орган 25 по истечении времени t на выходе блока 28 памяти сигнал, исчезает. При ко лебателыгь(х переходных процессах блок 28 памяти позволяет сохранять выходной сигнал нуль-органа 25 до конца переходного процесса несмотря на то, что прт переходе через нуль кривой ошибки по скорости на выходе нуль-органа 25 кратковременно исчезает. Ве;гачина Т определяется временем прохождения кривой переходного процесса зоны нечувствительности нуль-органа 25. Функциональный преобразователь 29 обеспечивает на своем выходе импульсный . сигнал, появление которого синхронизируется моментом установки в нуль выходного) сигнала блока 28 памяти, поступающего на его первый вход. При этом плQщaдь импульсного сигнала пропорциональна выходному сигналу интегратора 27, поступающему на второй вход преобразователя 29. Знак импульсного сигнала npOTimonoложен знаку выходнохо сигнала 1штегратора 27. Исходное статическое состояние устройства характеризуется тем, что после снятия нагрузки (выхода очередной заготовки из валков прокатной клети) на выходедатчика 19 наличия нагрузки обеспечивается нулевой . Ключи 12, 13, 14 и 16 разомкнуты, ключ 15 замкнут. Блоки 9 и Ю памяти хранят выходной сигнал сумматора 3, соответствующий режиму работы САР с нагрузкой. Блок 11 памяти следит (повторяет) за выходным сигналом блока 2 управления скорости. САР при этом работает в режиме холостого хода (на валу двигателя остается статический момент. определяемый потерями в кинематических передачах привода), обеспечивая заданный задатчиком 1 уровень скорости. При этОм выходные сигналы сумматора 2О, нульоргана 25, триггера 26, интегратора 27, блока 28 памяти и функционального преобразователя 29 равны нулю. Динамические режимы в устройстве возникают в моменты приложения и снятия нагрузки. Работа устройства в этих режи мах заключается в следующем. После появления нагрузки (захват металла валками) появляется выходной сигнал датчика 19 наличия нагрузки. Ключи 12, 13 и 14 замыкаются, ключ 15 размыкается. Под действием нагрузки скорость двигателя начинает снижаться. Однако замыкание ключей 12 и 14 приводит к прохождению через дифференциаторы 17 и 18 на входы блока 4 гзыходпых сиг- . налов блоков 9 и 11 памяти, сумма которых противодействует снижению скорости, обеспечивая резкое сокрашешю площади динамической просадки в скорости. Разом нутое состояние ключей 15 и 16 обеспеч вает сохранение на выходах блоков 11 и 8 памяти сигналов, соответствующих выходным сигналам блока 4 управления и| сумматора 3 для режима с нагрузкой. Замкнутое состояние ключа 13 обеспечива ет блоку 1О памяти слежение за выходны сигналом сумматора 3. После окончания переходного процесса, вызванного приложе iraeM нагрузки, система приходит в новое статическое состояние, обеспечивая при наличии нагрузки заданный задатчиком 1 уровень скорости. После снятия нагрузки исчезает сигнал на выходе датчика 19 наличия нагрузки. Ключи 12, 13 и 14 размыкаются, ключ 15замыкается. Ключ 16 замыкается на короткое время после размыкания ключей 12,13 и 14. Размыкание ключа 13 обес-. печивает запоминание на выходе блока 10 памяти выходного сумматора 3, предшествовавшего размыканию ключа 13, Замыкание ключа 15 обеспечивает блоку 11 па мяга слежение за выходным стп налом блока 2 управления скорости. Кратковременное (импульсное) замыкание ключа 16 приводит выходной сигнал блока 9 памяти в соответствие с выходным сигналом блока 10 памяти. После размыкания ключа 16блоки 9 и 10 памяти сохраняют на своих выходах сигнал сумматора 3, со- ответствуюншй статическому режиму работы САР с нагрузкой. Размыкание ключей 12 и 14 приводит к снятию выходных сигналов блоков 9 и 11 памяти с входов блока 4, что обеспечивает форсированный переходный процесс, по истечении которог САР возвращается в исходное статическое состояние. В Д1шамических режимах, вызванных колебаниями нагрузки, обусловленных неоднородностью нагрева и разнотолщинносты прокатываемого металла, устройство различает переходные режимы, вызванные колебаниями нагрузки. Если переходной режим вызван измене1-шем (колебанием) выходного задатчика 1 скорости, то па выходе триггера 26 появляется сигнал, который блокирует работу интегра тора 27. При колебаниях нагрузки изменя ется выходной сигнал датчика 7 скорости, что приводит к появлению сигнала на выходе сумматора 2О и срабатыватпо нульоргана 25. На выходе блока 2.8 памяти появляется сигнал. Если на выходе триггера 26 присутствует сигнал, то он сбрасывается в нуль выходным сигналом нульоргппа 25. Интегратор 27 интегрирует В течение переходного процесса ошибку по скорости. По окончании переходного процесса сигнал на выходах сумматора 20 и нуль-органа 25 становится равным нулю. Через ттромежуток времени исчезает сигнал с выхода блока 28 памяти и возбуждается функциональный преобразователь. На выходе функционального преобразователя 29 появляется импульсный сигнал, который, поступая на вхОд сумматора 3, вызывает уменьшение скорости валков. (Будем полагать, что после окончания переходного процесса на выходе интегратора 27 накопился положительный сигнал) . Выходной сигнал функционального преобразователя 29 вызывает новый переходный процесс, в результате которого выходной сигнал интегратора 27 сводится к нулю и устройство возвращается в статическое состояние. Применение указанного устройства для регулирования скорости рабочих валков черновой группы клетей сортовых станов, где из-за значительного сечения проката трудно организовать свободную прокатку на базе регулятора петли, позволяет поддерживать натяжение между клетями группы близкое к нулю, что обеспечивает более качественную прокатку (уменьшение разнотолщинности). Указанные обстоятельства повышают сортность проката. Формула изобретения Устройство для регулирования скороста двигателя по авт. св. № 758089, отличающееся feM, что, с целью поддержания среднего значения скорости на заданном уровне в переходнь1х процессах, обусловленных колебаниями нагрузки, оно содержит источник напряжения, интегратор, последовательно соединенные второй сумматор, первый блок определения модуля, нуль-орган, четвертый блок памяти и функциональный преобразователь напряжениедлительность импульса, а также последовательно соединенные второй блок определения модуля, блок, дифференцирования и триггер, второй вход которого соединен с выходом нуль-органа, вторым входом связанного с выходом источника напряжения, причем выход задатчика скорости двигателя подключен к первому входу второго сумматора и к входу второго блока определения модуля, выход датчика скорости двигателя соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого подключен к Первому входу интегратора, подключенного своим вторым входом к выходу триггера, а выходом - к второму входу функционального преобразователя напряжение-длительность импульса, выход нуль-органа соединен с вторым входом трщгера, выход импульсного блока подключен к четвертому входу первого сумматора. 97 31 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 758О89, кл. е O5D 13/62, 1978 (прототип).