Устройство для тепловой защиты электродвигателя
Изобретение относится к схемам защиты электрических двигателей,реагирующих на ток перегрузки. Целью изобретения является повьпиение точности функционирования путем автоматической установки зоны нечувствительности регулятора положения исполнительного механизма. Цель достигается введением в устройство измерителя 23 коэффициента несимметрии, третьего элемента 24 сравнения и третьего блока 25 умножения. Это дает возможность учитывать неравномерность нагрузки на двигатель, позволяя добиться оптимального режима его работы. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
< 1 4 Н 02 Н 5/04 7/08
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 765930 (21) 4083261/24-07 (22) 02.07.86 (46) 07.02.88. Бюл. Ф 5 (71) Коммунарский горно-металлургический институт (72) Н.Я. Портной и С.В. Громов (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
9 765930, кл. Н 02 Н 5/04, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к схемам защиты электрических двигателей,реа„„SU„„1372448 А 2 гирующих на ток перегрузки. Целью изобретения является повышение точности функционирования путем автоматической установки эоны нечувствительности регулятора положения исполнительного механизма. Цель достигается введением в устройство измерителя 23 коэффициента несимметрии, третьего элемента 24 сравнения и третьего блока 25 умножения. Это дает воэможность учитывать неравномерность нагрузки на двигатель, позволяя добиться оптимального режима его работы. 4 ил.
1372448
Изобретение относится,к схемам защиты электрических двигателей,реагирующих на ток перегрузок, может быть использовано в прокатном производстве, например в системе автоматического регулирования толщины полосы, прокатываемой в прокатном стане,для тепловой защиты электродвигателей нажимных винтов, и является усовершенствованием изобретения по авт,св.
У 765930.
Цель изобретения — повышение точности функционирования путем автоматической установки зоны нечувствительности регулятора положения исполнительного механизма.
На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг..2 — кривая процесса упранля- 0 ющего воздействия системы автоматического регулирования электродвигателями нажимных винтов прокатной клети с нанесенной зоной нечувствительности регулятора положения на
25 уровне +U ; на фиг.3 — график плотU, ности распределения e(— ); на фиг.4
У график функции распределения F(†), Ф где U, — начальная зона нечувствительности регулятора положения; среднеквадратичное отклонение случаИ ного управляющего воздействия.
Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 тока, первый 3э квадратичный преобразователь 2, первый интегратор 3, составляющие датчик
4 квадрата действующего значения тока якоря двигателя. Выходы датчика 4 и задатчика 5 максимально допустимого 40 нагрева подключены к входу первого блока 6 деления, выход которого соединен с первым входом первого элемента 7 сравнения, выхац последнего подключен к первому входу второго блока 8 деле- 45 ния. Выход второго блока 8 деления подключен к входу первого блока 9 умножения. На второй вход второго блока 8 деления подключен выход второго элемента 10 сравнения, на входы кото- 50 рого подключены выходы задатчика 11 и 12. Выход задатчика 13 зоны нечувствительности регулятора положения соединен с вторым входом первого блока 9 умножения, выход последнего под- 55 ключен к одному из входов регуля ора
14 положения исполнительного механизма. Задатчик 5 максимально допустимого нагрева выполнен из последовательно соединенных задатчика 15 квадрата номинального тока и второго интегратора 16.
Выход датчика 17 управляющего воздействия подключен к входу измерителя
18 среднеквадратического отклонения управляющего воздейстния, выход которого подключен к перному входу второго блока 19 умножения, на второй вход которого подключен выход задатчика 20 коэффициента:
2К где 1 — способность двигателя по току
К 7 — постоянный коэффициент.
Устройство содержит также ключи 21 и 22, причем ключ 21 подключен к одному из нходон регулятора 14 положения, а второй ключ 22 подключен параллельно входу 14 регулятора (шунтирующий ключ). Устройство содержит также измеритель 23 коэффициента асимметрии, третий элемент 24 сравнения и третий блок 25 умножения, при этом измеритель 23 коэффициента асимметрии состоит из последовательно соединенных измерителя 26 третьего центрального момента, четвертого блока 27 умножения, третьего блока 28 деления, а также третьего задатчика
29 коэффициента, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока 27 умножения и кубического преобразователя 30, выход которого соединен с вторым входом третьего блока
28 деления, а его вход соединен с выходом измерителя 18 среднеквадратического отклонения, вход измерителя третьего центрального момента соединен с выходом датчика 17 управляющего воздействия. Выход третьего блока 28 деления соединен с первым входом третьего элемента 24 сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика 12 единичной функции. Выход третьего элемента 24 сравнения соединен с первым входом третьего блока
25 умножения, второй вход которого соединен с выходом задатчика 11 коэффициента перегрузочной способности двигателя. Выход третьего блока 25 умножения соединен с вторым входом первого элемента 7 сравнения и первым входом второго элемента 10 сравнения.
Устройство работает следующим образом.
1372448
Я (1 — К,)
Лг(1 — К,) — 1
К (4) t
Ь (1 — К,) -(— ) тм
I dt = т- Ií г
25
= () тн
Л (1-К,), 40
М
Е = Е
45
С датчика 1 тока сигнал, пррпорциональной фактическому току контролируемого двигателя, поступает на вход квадратичного преобразователя 2, на выходе которого образуется сигнал, пропорциональный квадрату фактического тока, который поступает на вход интегрирующего устройства 3 и преобразуется в сигнал, пропорциональный
10 интегралу квадрата тока: т
dt = Т ° I (2) о где I> эквивалентный ток двигателя;
Т вЂ” время интегрирования.
Сигнал с интегратора 3 поступает на первый вход первого блока 6 деления, на второй вход которого поступает с выхода задатчика 5 максималь20 ного допустимого нагрева сигнал,пропорциональный интегралу от квадрата номинального тока: где I — номинальный ток двигателя.
С выхода первого блока 6 деления на вход элемента 7 сравнения поступает сигнал т
J igdt т,т, т 7 т. Ig (3)
$I„dt н
На второй вход элемента 7 сравнения и на первый вход элемента 10 сравнения поступает сигнал с задатчика
11 постоянной и дополнительного
2 третьего блока 25 умножения где сигнал К формируется на выходе третьего блока 28 деления и равно где — третий центральный момент управляющего воздействия, формируемый на выходе блока 26; Й вЂ” среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия, формируется на выходе блока 5О
18, а 6 — на выходе кубического пре3 образователя 30; К = 1/6 — формируется на выходе блока 29.
На второй вход второго элемента 10 сравнения поступает сигнал с задатчика 12 постоянной величины. С выхода элемента 10 сравнения на второй вход блока 8 деления поступает сигнал алгебраической суммы выходных сигналов задатчиков 11 и 12 H третьего блока
25 умножения.
На выходе блока деления 8 формируется сигнал который поступает на первый вход блока 9 умножения, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 13, пропорциональный заданной зоне нечувствительности V,. Указанные величины перемножаются в блоке 9 умножения и с выхода последнего на вход коррекции регулятора 14 положения поступает сигнал, пропорциональный величине скорректированной зоны нечувствительности
11 A (1 K ) 1 V (5)
Л (1 — К) -(Ь) н
В регуляторе положения устанавливается новая зона нечувствительности при которой эквивалентный ток не превышает номинального, что удовлетворяет уСловию допустимого нагрева двигателя.
С датчика 17 сигнал, соответствующий управляющему воздействию поступает в измеритель 18 среднеквадратичного отклонения, и с выхода последнего сигнала бз поступает на первый вход блока 19 умножения. На второй вход блока 19 поступает сигнал с выхода задатчика 20 коэффициента, величина которого определяется в виде
К (б)
В блоке 19 умножения величины К и ь перемножаются. С выхода блока 19 через ключ 21 на вход регулятора 14 поступает сигнал V = К Ь, пропорциональный такой зоне нечувствительности, при установке которой в регуляторе положения позиционной системы электродвигатели работают в режиме, обеспечивающем равенство эквивалентного тока и номинального токов двигателя. После установки Х, ключ 21 от1372448 ключает цепь расчета начальной эоны нечувствительности, а ключ 22 переключает на вход регулятора положения цепь управления..
Так как управляющее воздействие на входе регулятора положения является стационарным случайным процессом, близким к нормальному, то необходимо это учитывать при формировании зоны нечувствительности регуля10 тора положения в зависимости от коэффициента асимметрии, с помощью которого можно оценивать степень приближения действительного закона распределения к нормальному.
Нагрузочная диаграмма электродвигателей нажимных винтов, показанная на фиг. 2, формируется в соответствии с управляющим воздействием. Зона нечувствительности регулятора 14 положения обозначена +U . Так как закон о распределения управляющего воздействия имеет различные коэффициенты асимметрии, то для достижения усло- 25 вия, при котором номинальный ток Тн двигателя равен эквивалентному I э, необходимо выполнить неравенство (1 — К)
I ) 2
Тн
Зависимость неравенства (7) получена следующим образом.
Зависимость количества пусковых циклов и величины эквивалентного тока двигателей нажимных винтов от ве- 50 личины зоны нечувствительности позиционного регулятора соответствует среднему числу пересечений стационарного случайного процесса с нулевым средним в единицу времени на 55 уровне U с заданным знаком произнод1 ной, близкого к нормальному, и равна (3), где I — номинальный ток двигателя;
I. — эквивалентный ток двигателя;
I — перегрузочная способность двигаЭ
35 теля по току; U — начальная зона нечувствительности регулятора положения U — скорректированная зона не2 чувствительности регулятора положе " 3 ния К = К вЂ” третий цент- 40
4 ральный момент управляющего воздействия; А — среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия;
Кэ = i/6 — постоянный коэффициент.
«ц2 р,((1,) = = e ч (8) где 1 — среднее число пересечений и стационарного случайного процесса с нулевым средним в единицу времени на уровне U с заданным знаком производной близкого к нормальному;
4ч
ы,= ; Б — среднеквадратическое ш отклонение управляющего воздействия; среднеквадратическое отклонение производной случайного процесса.
Среднее число выбросов стационарного нормального случайного процесса с нулевым средним над уровнем +U за время Т „равно (4):
-U1
Т р (ч1 )- 2Шч (9) ь » D.(laJ7 где П (V J — дисперсия случайного управляющего воздействия; D Lwj — дисперсия производной случайного управляющего воздействия.
Средние длительности выбросов стационарного нормального процесса работы (3) следующие:
2Т„(1-F()) (1 э
Ь где U — среднее число выбросов стационарного нормального случайного процесса с нулевым средним над уровнем +Б, эа время Т,: х е с(С, 1Г2Т
-Э
F (Х) — интеграл Лапласа
u, l, U 1 1 261
F() = — ) е Ч dt
Ьч 2
Средняя продолжительность пребывания процесса над уровнем +U, равна
T, = 2Tu t1 - -F (— Ц (/
Как показывают исследования, закон распределения разнотолщинности близок к нормальному. Геометрические параметры, определяющие точность тонколистового проката, изменяются от полосы к полосе, от листа к листу в связи с непостоянством условий прокатки, Эти изменения носят случайный характер. Тогда качество проката можно характеризовать математическим ожиданием, среднеквадратическим от1372448
$ где )ц, — третий центральный момент случайного управляющего воздействия;
Й вЂ” среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия; у(О (U) f(U ) dU (12)
U — случайная величина управляющего воздействия; r(U) — плотность распределения случайного управляющего воздействия, 20
Плотность распределения случайного управляющего воздействия соответствующему нормальйому закону распределения с нулевым средним U равна
u" (U) = е
)" 21 1
25 (13) где (— среднеквадратическое отклонение. 30
Процесс нагружения электродвигателей нажимных винтов близок к нормальному и его плотность распределения в большинстве случаев является унимодальной и ветви по обе стороны от вершины достаточно быстро приближаются к нулю при возрастании абсолютного значения аргумента. Такие плотности вероятности удобно аппроксимировать с помощью полиномов Эрмита. 40
Рассмотрим случай, когда плотность распределения характеризуется асимметрией. В этом случае плотность распределения управляющего воздействия можно представить в виде Эдхворта:
Тв 2Т„51-(0,5+К вЂ” ) (1+К ) (20)
164 6V3
В общем виде
45 U
Тв Т (2-(1+2К - ) (1 + К )). (21) (, т6
Эквивалентный ток двигателя нажимного винта определяется по формуле т m э где I д — пусковой ток двигателя; перегрузочная способность двигателя
55 по токуэ 1н номинальный ток двигателя.
Учитывая, что (23) "в клонением (дисперсией) и асимметрией (скошенностью).
Асимметрия (или скошенность) характеризуется коэффициентом асимметрии ® х „(U) f 1 + — t Н (П/ )1, 114) где f „(U „) — нормальная плотность . распределения; S — - асимметрия (или
U скошенность) распределения Н (†) в 8 полином Эрмита, который равен
Н (— ) (— ) — 3(— ) . (15) Функция распределения случайного управляющего воздействия определяется выражением:.6 cD
f(— ) = (f(— ) d(— ), (16) v
U, где f(†) — плотность распределения Ч управляющего воздействия.
Подставив выражение (14) в (16), получим:
Р(— )- К„(— ) (1+ — Н,(— -)) а(— ) (17)
-СФ Ч
Аппроксимируем выражение (17) следующей зависимостью:
F(— ) (К,+ К вЂ” ) х (1+ К,) (18)
U Ui ((" э при условии U, / д Ч < 1, что практически всегда выполняется в системе автоматического регулирования толщины полосы, где ЬЧ вЂ” среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия; р — третий центральный момент управв ляющего воздействия; К и К, - постоянные коэффициенты.
Для подтверждения выражения (18) были построены графики функций плотности распределения и функции распределения управляющего воздействия (фиг. 3 и 4) при различных значениях асимметрии S и с помощью выражений (14) и (18).
Выражение (18) с учетом К = 0,5 и
К 0,35 по графику на фиг. 4 для нормального закона распределения при
S = 0 получим:
F()=(0,5+0,35 — ) (1+ К ) (19)
Подставляя выражение (19) в (11), имеем
1372448 запишем делия. э и
Допустим, Ií
I — h I
TS1 э 4 ч
20 откуда (26)
I <Т„при I r I„ н т
Iýâ Лтм ° (24) н
В тех случаях, когда эквивалентный ток превышает номинальный,что может привести к недопустимому нагреву электродвигателя, необходимо воздействовать на настроечные параметры системы автоматического регулирования толщины полосы так, чтобы выполнялось условие
Т„ = (" ) Т, (25)
В1 bI„
Приравнивая выражение (24) и (21), 25 получим
1-("} -К, 2Кт () л1н
1+К т
V 1
Из полученных соотношений после несложных преобразований получаем, что для выполнения неравенства необходимо выполнить зависимость
Л (1-К i) -1 т иа 7 Т ц, (27)
ЛХ(1 К ) (— Iý)2 1
Тн где I - эквивалентный ток двигателя;
I — номинальный ток двигателя; н перегрузочная способность двигателя по TDKY; U, установленная зона нечувствительности регулятора положе45 ния; U — скорректированная зона нечувствительности регулятора положения, при котором эквивалентный ток
93 .не превьппает номинального; К =К
5 третий центральный момент управ " 3 ляющего воздействия; 65 — среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия; Кз — постоянный коэффициент К = 1/6.
Технико-экономическим преимуществом предлагаемого устройства является то, что расширяет функции основного устройства, учитывая непостоянство условий прокатки, позволяя добиться
В оптимального режима двигателя, что повышает точность изготовления изформула и з о б р е т е н и я
Устройство для тепловой защиты электродвигателя по авт,св. 9 765930, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности функционирования путем автоматической установки зоны нечувствительности регулятора положения исполнительного механизма, в него дополнительно введены измеритель коэффициента асимметрии, третий элемент сравнения и третий блок умножения, при этом измеритель коэффициента асимметрии выполнен состоящим из последовательно соединенных измерителя третьего центрального момента, четвертого блока умножения и третьего блока деления, а также третьего эадатчика коэффициента, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока умножения, кубического преобразователя, выход которого соединен с вторым входом третьего блока деления, а его вход соединен с выходом измерителя среднеквадратического отклонения, вход измерителя третьего центрального момента соединен с выходом датчика управляющего воздействия, выход третьего блока деления соединен с первым входом третьего элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика единичной функции, а выход третьего элемента сравнения соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого соединен с выходом задатчика коэффициента перегрузочной способности двигателя, а выход третьего блока умножения соединен с вторым входом первого элемента сравнения и первым входом второго элемента сравнения.
+ /
08
-РО -15
Д) 1372448 p5
