Многодвигательный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при работе двигателей в системах с упругими связями и зазорами. Целью изобретения является повьшение надежности электромеханической системы с упругими элементами и зазорами в передачах и рабочем оборудовании и повышение качества регулирования скорости путем снижения амплитуды упругих моментов и уменьшения пульсаций угловых скоростей в электроприводе . Электропривод содержит датчики 21, 22, 23 нагрузки, выходы которых через фильтры 24, 25, 26, инвертирующие блоки 27,.28, 29 связаны с регуляторами тока возбуждения 18, 19, 20. Изменение тока возбуждения двигателей 2, 3 относительно тока возбуждения двигателя 1 вызывает изменение их электромагнитных моментов в функции сигнала, пропорционального разности нагрузок в упругих элементах передач 15, 16, 17 относительно нагрузки в упругом элементе передачи 15 первого электродвигателя 1. 3 з.п. ф-лы,. 4 ил. ш (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) 4 Н 02 P 7/68

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ фие.4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Ilo делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 3973669/24-07 (22) 11 ° 11.85 (46) 15.07.88. Бюл. У 26 (71) Павлодарский индустриальный институт (72) Н.Г.Переслегин и В.Ю.Мельников (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Обпий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981, с. 811.

Лисицын В.П. Схемы управления электроприводами экскаватора ЭКГ-12.5, М.: Недра, 1973, с. 57. (54) МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при работе двигателей в системах с упругими связями и зазорами. Целью изобретения является повышение надежности электромеханической системы

„„SU„„1410264 А 1 с упругими элементами и зазорами в передачах и рабочем оборудовании и повышение качества регулирования скорости путем снижения амплитуды упругих моментов и уменьшения пульсаций угловых скоростей в электроприводе. Электропривод содержит датчики

21, 22, 23 нагрузки, выходы которых через фильтры 24, 25, 26, инвертирующие блоки 27, 28, 29 связаны с регуляторами тока возбуждения 18, 19, 20.

Изменение тока возбуждения двигателей

2, 3 относительно тока возбуждения двигателя 1 вызывает изменение их электромагнитных моментов в функции сигнала, пропорционального разности нагрузок в упругих элементах передач

15, 16, 17 относительно нагрузки в упругом элементе передачи 15 первого электродвигателя 1. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1410264

Изобретение относится к электроехнике и может быть использовано в ногодвигательном электроприводе при аботе двигателей в системах с упругими связями и зазорами.

Целью изобретения является повышеие надежности электромеханической истемы с упругими элементами и зазоами в передачах и рабочем оборудова- 10 и и повышение качества регулировая скорости путем снижения амплитуды ругих моментов и уменьшения пульсай угловых скоростей в электроприоде. 15

На фиг. 1 представлена схема электр привода, на фиг. 2 — схема блока рмирования управляющего сигнала, н фиг. 3 и 4 — схемы датчика нагруз20

30 к в упругом элементе.

Многодвигательный электропривод с держит (фиг, I) электродвигатели

1-3 постоянного тока, якори которых подключены последовательно к общему равляемому преобразователю 4, обтка независимого возбуждения 5 (6, ) каждого из двигателей 1-3 подключена к регулируемому источнику тока

8 (9, 10), управляющий вход каждого и источников 8-10 подключен к выход блока управления 11 (12, 13), в ходные валы двигателей 1-3 соедин ны с нагрузкой 14 через передаточн е. устройство 15 (16, 17) с упругими э ементами и зазорами, система управ- 35 л ния каждым из двигателей составленр из регулятора тока возбуждения 18 (19, 20), датчика 21 (22, 23) нагрузк в упругом элементе, фильтра 24 (5, 26) и инвертирующего блока 27 40 (8, 29), выход регулятора тока возб ения 18 (19, 20) подключен к в оду блока управления 11 (12, 13) регулируемого источника тока 8 (9, il0), выход датчика 21 (22, 23) наг" 45 рузки в упругом элементе подключен к входу фильтра 24 (25, 26), а система управления каждого двигателя 1-3, кроме первого, дополнительно содерж т блок 30 (3 1) формирования управляющего сигнала, вход которого подк пючен к выходу инвертора 28 (29), в од последнего подключен к выходу суммирующего блока 32 (33), первый в од суммирующего блока 32 (33) подключен к выходу фильтра 25 (26), а второй его вход †.к выходу инвертир ющего блока 27 системы управления первого двигателя 1, выход блока 30 (31) формирования управляющего сигнала подключен к входу регулятора тока возбуждения 18 (19, 20), выход инвертирующего блока 27 системы управления первого двигателя 1 подключен к регулятору 18 тока возбуждения через усилитель 34, управляющий вход общего управляемого преобразователя

4 подключен к регулятору 35 через блок 36 управления преобразователем 4.

Блок формирования управляющего сигнала (фиг. 2) 30 (31) выполнен в виде блока 37 дифференцирования, первого 38 и второго 39 блоков выделения знака, схемы 40 совпадения, блока 41 переключения, инвертирующего 42 и суммирующего 43 блоков, входы блоков 38 выделения знака, дифференцирования 37 и первыи вход суммирующего блока 43 подключены к входной клемме блока формирования управляющего сигнала 30 (31), выход суммирующего блока 43 подключен к выходной клемме блока 30 (31) формирования управляющего сигнала, выход первого блока 38 вьщеления знака подключен к первому входу схемы 40 совпадения, выход блока 37 дифференцирования подключен к первому входу блока 41 переключения и к входу второго блока 39 выделения знака, выход которого подключен к второму входу схемы 40 совпадения, выход последней подключен к второму входу блока 41 переключения, первый выход которого подключен к второму входу суммирующего блока 43, второй выход блока 41 переключения подключен к третьему входу суммирующего блока 43 через инвертирующий блок 42,.

Датчик 21 (22, 23) нагрузки выполнен (фиг. 3) в виде укрепленных на входном и выходном валу передаточного устройства 15 (16, 17) тензорезисторов 44 и 45, выход первого тензорезистора 44 подключен через первый 46 резистор к инвертирующему входу операционного усилителя 47, к этому же входу которого через второй резистор

48 подключен его выход, выход второго тензорезистора 45 через третий резистор 49 подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 47, к этому же входу которого через четвертый резистор 50 подключена общая точка питания операционного усилителя 47, выход операционного усилителя

1410264

47 подключен к выходной клемме датчика 21 (22) нагрузки.

Датчик 21 (22, 23) нагрузки в упругом элементе (фиг. 4) выполнен в виде датчиков напряжения 51, скорости 52 и тока 53 двигателя 1 (2, 3) первого 54 и второго 55 суммирующих блоков, блока 56 дифференцирования, блоков перемножения 57 и деления 58, вход датчика 51 напряжения подключен к якорю двигателя 1 (2, 3), а его выход — к первому входу первого суммирующего блока 54, выход датчика 52 скорости подключен к второму входу блока 58 деления и к входу блока 56 дифференцирования, датчик 53 тока двигателя своим выходом подключен к второму входу блока перемножения 57 и к второму инвертирующему входу первого суммирующего блока 54 через подключенные параллельно резистор 59 и конденсатор 60, выход первого суммирующего блока 54 подключен к первому входу блока перемножения 57, выход последнего подключен к первому входу блока 58 деления, выход которого подключен к первому входу второго суммирующего блока 55, к второму инвертирующему входу которого подключен выход блока дифференцирования 56, выход второго суммирующего блока 55 подключен к выходной клемме датчика

21 (22, 23) нагрузки.

Электропривод работает следующим образом.

Обеспечение заданного закона движения рабочего органа 14 осуществляют, воздействуя соответствующим сигналом задания скорости электропривода (управляющий сигнал) на вход регулятора 35 и дальнейшим преобразованием этого сигнала с помощью блока

36 управления управляемого преобразователя 4, электродвигателей 1-3 и передач 15-17 в требуемую скорость движения рабочего органа 14.

Наличие упругих элементов и зазоров в передачах 15-17 в сочетании со сложным режимом работы электропривода вызывает рост упругих нагрузок и колебание угловых скоростей двигателей 1-3.

В многодвигательном электроприводе измеряют нагрузку электродвигателей

1-3 в передачах 15-17 с помощью датчиков 21-23 нагрузки, выделяют с помощью фильтров 24-26 переменную составляющую сигналов, пропорциональ5

55 ных упругим нагрузкам в передачах

15-17, инвертируют с помощью инвертирующего блока 27 сигнал с выхода фильтра 24. С помощью суммирующих блоков 32 и 33 получают соответственно сигналы, пропорциональные сумме сигналов с инвертирующего блока

27 и фильтров 25 и 26. С помощью инвертирующих блоков 28 и 29 инвертируют полученный на выходе блоков

32 и 33 результирующий сигнал, пропорциональный разности мгновенных значений нагрузок между двигателями

2, 1 и 3, 4 соответственно. С помощью блока формирования управляющего сигнала 30 (31) полученный на выходе инвертирующего блока 28 (29) сигнал преобразуют и воздействуют полученным сигналом на вход регулятора 19 (20) тока возбуждения двигателей 2 и 3, изменяя тем самым напряжение управляемого преобразователя 9 (10).

Изменение тока возбуждения двигателей 2 и 3 относительно тока возбуждения двигателя 1 вызывает изменение их электромагнитных моментов в функции сигнала, пропорционального разности нагрузок в упругих элементах передач 15 — 17 относительно нагрузки в упругом элементе передачи 15 первого двигателя 1, что снижает амплитуды упругих моментов и уменьшает колебания угловых скоростей двигателей относительно соответствующих колебаний первого двигателя 1. Таким образом, колебания выходного параметра (момента, скорости) двигателей

1-3, кроме 1, приводятся к колебаниям соответствующих параметров первого двигателя 1, которые устраняются с помощью дополнительного сигнала, получаемого на выходе инвертора 27 и усиленного усилителем 34, направляемого на вход регулятора тока возбуждения 18 первого двигателя. Этот дополнительный сигнал соответствует выделенной с помощью фильтра 24 переменной составляющей нагрузки в упругом элементе передачи 15 первого двигателя 1, но взятой с обратным знаком, что обеспечивает активное гашение (демпфирование) колебаний выходного параметра электропривода и ограничение уровня и продолжительности действия динамических нагрузок в механических передачах и рабочем оборудовании. Это повышает надежность и долговечность электромеханической

1410264 системы с упругими элементами и за, зорами в передачах.

Блок формирования управляющего сигнала 30 (31) работает следующим образом.

При подаче на вход блока 30 (31) сигнала с выхода блока 28 (29) с по ; мощью блока 38 выделения знака этот сигнал преобразуется в сигнал прямоугольной формы, а с помощью блока 37 дифференцирования сигнал с выхода блока 28 (29) дифференцируется ° С помощью второго блока 39 вьщсления знака сигнал с выхода блока 37 пре— образуется в сигнал прямоугольной формы. Схема 40 совпадения образует на своем выходе также сигнал прямоугольной формы, но тогда и только тогда, когда знаки сигналов, подавае- 2 мых на ее входы с соответствующих выходов блоков 38 и 39, совпадают. Блок переключения 41 образует на своем первом выходе сигнал, совпадающий с сигналом с выхода блока 39, если 25 на управляющем его входе имеется сиг( нал, при этом на втором выходе блока переключения 41 сигнал отсутствует, Если на управляющем входе (т.е. с выхода блока 40) сигнал отсутствует, то блок переключения 41 образует на своем втором выходе сигнал, совпадающий с сигналом с выхода блока 37,который с помощью инвертирующего блока

42 меняет свой знак .на противополож35 ный. С помощью суммирующего блока 43, выход которого является выходом блока

1 формирования управляющего сигнала 30 (31), завершается формирование управляющего сигнала; в результате суммирования на его входах сигналов с выходов блока 28 (29) блока 31 и 42 на выходе блока 43 формируется управляющий сигнал.

Если датчик нагрузки 21 (22, 23) выполнен в виде совокупности элементов и блоков, показанной на фиг. 3, то его работа осуществляется следующим образом.

При работе электропривода вслед50 ствие действия нагрузки происходит деформация валопровода передаточного устройства, пропорциональная значению упругого момента

С помощью датчика напряжения 51 определяют текущее значение напряжения U на якоре двигателя, с помощью датчика тока 53 и подключенных параллельно резистора 59 и конденсатора

60 определяют падение напряжения dU в якорной цепи двигателя. д0 = ТЕ(1+тяр)

На выходе первого суммирующего блока 54 получают сигнал, пропорциональный текущему значению противо-ЭДС исполнительного двигателя 1(2,3), который с помощью блока перемножения 57

55 где с

Ч„ ч, ИУ= с(,— q) — жесткость валопровода; углы поворота (скручивания) входного и выходного концов валопровода.

Закрепленные на входном и выходном концах валопровода тензометрические датчики, выполненные в виде тензорезисторов 44 и 45 воспринимают эту нагрузку и с помощью операционного усилителя 47, а также совокупности резисторов 46, 48-50 усиливает ее до необходимого значения.

Если датчик нагрузки 21-23 выполнен в виде совокупности элементов и блоков, изображенных на фиг. 4, то

его работа осуществляется следующим образом.

Нагрузка в упругом элементе кинематических передач может быть определена по выражению

d

И = И вЂ” I

У АВ дВ где M — момент в упругом элементе

У кинематической передачи, MA — момент, развиваемый исполнительным двигателем, д — момент инерции и угловая скорость ротора исполнительного двигателя.

Иомент, развиваемый исполнительным двигателем 1 (2, 3), определяют с помощью совокупности блоков и элементов 51-60 по выражению

Е I

Ав где Е, I — противо-ЭДС и ток якоря двигателя. Для двигателя с независимым возбуждением противо-ЭДС Е определяют как

Е = U — IR(1+TSp) где U — напряжение, приложенное к якорю двигателя;

R,Т вЂ” сопротивление якорной цепи и электромагнитная постоянная времени якорной цепи;

d оператор дифференцирования.

1410264 умножается на текущее значение тока нагрузки (якоря двигателя) с выхода блока 53. Получаемый на выходе блока

57 перемножения сигнал, пропорциональ- ный электромагнитной мощности р=E>I делят с помощью блока деления 58 на сигнал, пропорциональный угловой скорости ю двигателя 1 (2,3), с вы10 хода датчика 52 скорости. На выходе блока 58 деления получают сигнал, пропорциональный моменту двигателя 11<>.

С помощью блока дифференцирования

56 получают сигнал, пропорциональный производной от угловой скорости сд или при постоянном моменте инерции двигателя I+<.сигнал, пропорциональный величине динамического момента

4 и48

М = I днн + dz

На выходе второго суммирующего блока 55 получают сигнал, пропорциональный величине момента И в упругом элементе кинематической передачи.

При использовании предлагаемого многодвигательного электропривода 30 за счет снижения амплитуды упругих моментов и уменьшения пульсаций угловых скоростей в электроприводе повышаются показатели регулирования, энергетические показатели использова- З ния электрооборудования, а также надежность и долговечность как отдельных элементов передач механического оборудования, так и электромеханической системы в целом. 40

Формула изобретения

1. Иногодвигательный электропривод, содержащий электродвигатели пос- 45 тоянного тока, якори которых соединены последовательно и подключены к общему управляемому преобразователю, обмотка независимого возбуждения каждого из электродвигателей подклю- б0 чена к регулируемому источнику тока, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления, выходные валы двигателей соединены с нагрузкой через передаточное устройство с упругими элементами и зазорами, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности электромеханической системы с упругими элементами и зазорами в передачах и рабочем оборудовании и повышения качества регулирования скорости путем снижения амплитуды упругих моментов и уменьшения пульсаций угловых скоростей в электроприводе, в него дополнительно введен усилитель, система управления каждого из электродвигателей оставлена из регулятора тока возбуждения, датчика нагрузки в упругом элементе, фильтра и инвертирующего блока, выход регулятора тока возбуждения подключен к входу блока управления регулируемого источника тока, выход датчика нагрузки в упругом элементе подключен к входу фильтра, а система управления каждого двигателя, кроме первого, дополнительного содержит суммирующий блок и блок формирования управляющего сигнала, вход которого подключен к выходу инвертора, вход инвертора подключен к выходу суммирующего блока, первый вход суммирукицего блока подключен к выходу фильтра, а второй его вход — к выходу инвертирующего блока системы управления первого двигателя, выход блока формирования управляющего сигнала подключен к выходу регулятора тока возбуждения, выход инвертирующего блока системы управления первого двигателя подключен к регулятору тока возбуждения через усилитель.

2. Электропривод по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок формирования управляющего сигнала выполнен в виде блока дифференцирования, первого и второго блока выделения знака, схемы совпадения, блока переключения, инвертирующего и суммирующего блоков, входы первого блока выделения знака, блока дифференцирования и первый вход суммирующего блока подключены к входной клемме блока формирования управляющего сигнала, выход суммирующего блока подключен к выходной клемме блока формирования управляющего сигнала, выход первого блока выделения знака подключен к первому входу схемы совпадения, выход блока дифференцирования пЬдключен к первому входу блока переключения и к входу второго блока выделения знака, выход которого подключен к второму входу блока переключения, первый выход которого подключен к второму входу суммирующего блока, второй выход блока переключения подключен к

1410264

25

9 третьему входу суммирующего блока через инвертирующий блок.

3. Злектропривод по п. 1, о т л и а ю шийся тем, что датчик нарузки в упругом элементе выполнен в иде укрепленных на входном и выходом валу передаточного устройства ензорезисторов, выход первого тенорезистора подключен через первый езистор к инвертирующему входу опеационного усилителя, к этому же вхоу которого через второй резистор одключен его выход, выход второго ензорезистора через третий резистор одключен к неинвертирующему входу перационного усилителя, к этому.же оду которого через четвертый реистор подключена общая точка питая операционного усилителя, выход перационного усилителя подключен к

ыходной клемме датчика нагрузки.

4. Электропривод по п. 1, о т л и° ° а ю щи и с я тем, что датчик н агрузки в упругом элементе выполнен виде датчиков напряжения, скорости и тока двигателя, первого и второго суммирующих блоков, блока дифференцирования, блоков перемножения и деления, вход датчика напряжения подключен к якорю исполнительного двигателя, а его выход — к первому входу первого суммирующего блока, выход датчика скорости подключен к входу

"Делитель" блока деления и к входу блока дифференцирования, датчик тока двигателя своим выходом подключен к второму входу блока перемножения и к второму инвертирующему входу первого суммирующего блока через подключенные параллельно резистор и конденсатор, выход первого суммирующего блока подключен к первому входу блока перемножения, выход последнего подключен к входу "Делимое" блока деления, выход которого подключен к первому входу второго суммирующего блока, к второму инвертирующему входу которого подключен выход блока дифференцирования, выход второго суммирующего блока подключен к выходной клемме датчика нагрузки.

1410264

Составитель В.Наумов

Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетннк

Редактор Н.Горват

Заказ 3495/57

Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4