Способ управления электроприводом экскаватора и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: командоаппарат 1, корректор 2 значений максимальной скорости, задатчик 3 интенсивности, нелинейные элементы 4, 5, 20, регулятор 6 ЭДС, регулятор 7 тока, преобразователь 8, якорь 9 двигателя, датчик 10 ЭДС, датчик 11 тока, блок 12 управления, преобразователь 13 напряжения , обмотка 14 возбуждения двигателя , блок 15 вычисления среднего значения перемещения, датчик 16 перемещения, блок 17 выделения цикла, корректор уровня стопорного тока. 2 с.п.ф-лы, 6 ил. Ё 2 О ел СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>>s Е 02 F 9/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4828087/03 (22) 25.05.90 (46) 15.06,92. Бюл. N 22 (71) Московский инженерно-строительный институт им. B.Â.Êóéáûøåâà и Свердловский горный институт им. В.В.Вахрушева (72) А.В.Дружинин, А.Г.Бабенко. Ю,М.Иржак, В.Н,Полузадов и В.А.Холкин (53) 622.879.34 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1488404, кл. Е 02 F 9/20, 1989, Патент Франции

N 2295618, кл. Н 02 P 5/16, опубл, 1975.

Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок, Под общей ред. Н.С.Мовсесова и

А.М.Храмушина, изд. 2-е — М.: Энергия, 1975, с. 310, рис. 2-227.

ЯЛ 1740573 А1 (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ЭКСКАВАТОРА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Сущность изобретения; командоаппарат 1, корректор 2 значений максимальной скорости, задатчик 3 интенсивности, нелинейные элементы 4, 5. 20, регулятор 6 ЭДС, регулятор 7 тока, преобразователь 8, якорь

9 двигателя, датчик 10 ЭДС, датчик 11 тока, блок 12 управления, преобразователь 13 напряжения, обмотка 14.возбуждения двигателя, блок 15 вычисления среднего значения перемещения, датчик 16 перемещения, блок 17 выделения цикла, корректор уровня стопорного тока. 2 с.п.ф-лы, 6 ил.

1740573

15

Предлагаемое изобретение относится к управлению электроп риводами одноковшовых экскаваторов и может быть использовано для управления электроприводами кранов и других машин, режимы работы которых зависят от применяемых на предприятиях технологических схем и изменяются при изменении последних.

Известен способ управления механизмом поворота экскаватора путем задания перемещения механизма, сдпоставления его с текущим перемещением, управления перемещением механизма поворота экскаватора пропорционально величине рассогласования между ними, дополнительного задания первого и второго пороговых значений перемещения, сопоставления их с заданным и при превышении заданного перемещения над первым пороговым значением увеличения максимальной скорости двигателя пропорционально заданному перемещению при одновременном в такой же степени уменьшении значения стопорного тока якорной цепи, а при превышении заданного перемещения над вторым пороговым значением увеличения максимальной скорости двигателя и уменьшения стопорного тока его якорной цепи до расчетных постоянных величин.

Устройство для реализации этого способа содержит задатчик положения, регулятор положения, регулятор скорости, регулятор тока, управляемый преобразователь, двигатель, датчик тока, датчик скорости, датчик положения, блок выделения модуля перемещения, корректор уровня скорости и корректор уровня тока.

Недостаток этого способа управления заключается в том, что он может быть применен только в системах автоматического управления, замкнутых по перемещению, в то время как практически все системы управления, применяемые на экскаваторах, не содержат контуров регулирования по перемещению, Недостатком устройства, реализующего этот способ, является завышенная в два раза по сравнению с установочной мощностью двигателей мо цность управляемого преобразователя, так как она должна быть рассчитана по максимальным значениям напряжения и тока, Известен также способ управления электроприводом, заключающийся в том. что ослабление магнитного поля возбуждения осуществляется в функции скорости вращения двигателя. Устройство. реализующее этот способ, выполнено по принципу подчиненного регулирования параметров и содержит внутренний контур регулирования магнитного потока двигателя, замкну20

55 тый через датчик этого потока, и внешний контур регулирования скорости, замкнутый через датчик скорости.

Основным недостатком таких систем управления, относящихся к классу систем двухзонного регулирования с зависимым управлением потоком возбуждения в функции скорости электропривода, является сложность структурной реализации, а также обязательное наличие датчика скорости, в качестве которого в большинстве случаев применяются тахогенераторы, вносящие в систему трудно устраняемую нестабильность из-за оборотных и коммутационных пульсаций. В экскаваторных электроприводах по ряду причин, в том числе из-за тяжелых условий эксплуатации, тахогенергторы не нашли практического применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ управления электроприводом, заключающийся в задании скорости вращения электропривода в цикле и порогового значения скорости вращения, сопоставлении текущей скорости вращения с заданной, регулировании скорости путем изменения напряжения при постоянном значении магнитного потока электродвигателя, ограничении максимального значения тока якорной цепи в диапазоне от нуля до порогового значения скорости, регулировании скорости путем ослабления магнитного потока при постоянном значении ЭДС электродвигателяя. ограничении максимальных значений тока якорной цепи и скорости при превышении текущей скорости вращения электропривода над пороговым значением, Устройство, реализующее данный способ, включает задатчик интенсивности и два контура подчиненного регулирования параметров, первый из которых состоит из регулятора и датчика ЭДС, регулятора и датчика тока и управляемого преобразователя, к выходу которого подключен якорь двигателя, а второй — из источника постоянного напряжения, регулятора и датчика потока, регулятора и датчика тока возбуждения, к выходу которого подключена обмотка возбуждения двигателя. Входы обоих контуров регулирования соединены с задатчиком интенсивности через соответствующие параметрические нелинейные элементы, с помощью которых и осуществляется раздельное управление контурами. Нелинейный элемент, имеющий характеристику с ограничением, включенный между задатчиком интенсивности и регулятором ЭДС, служит для ограничения значения входного напряжения регулятора ЭДС до уровня, соответствующего пороговому значению ско1740573 рости электропривода. В качестве порогового значения обычно принимается. номинальная скорость вращения электродвигателя. Нелинейный элемент с характеристикой типа "Зоны нечувствительности", включенный между задатчиком интенсивности и регулятором потока, пропускает сигнал в контур регулирования потока только после достижения двигателем пороговой скорости вращения, Недостатком этого способа и реализующего его устройства является отсутствие адаптации параметров системы к изменяющимся технологическим и горно-геологическим условиям эксплуатации экскаватора.

Целесообразность такой адаптации вызывается тем, что она позволяет поддерживать заданный коэффициент тепловой загрузки электродвигателя, увеличивая тем самым срок службы последнего. Снижение величины стопорного тока ведет к уменьшению динамических нагрузок в металлоконструкциях и следовательно к увеличению их надежности. Увеличение максимальной скорости электропривода минимизирует длительность перемещения рабочих органов, увеличивая производительность экскаватора. Наложенное ограничение на возрастание максимальных значений стопорного тока и скорости по условию коммутационного нарушения на уровне 10 Д, позволяет поддерживать удовлетворител ьное качество коммутации при повышении скорости двигателя и следовательно увеличивает надежность щеточно-коллекторного узла.

Цель изобретения — повышение производительносI è и надежности экскаватора путем адаптации электропривода к горно-. технологическим условиям эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления электроприводом экскаватора задают три пороговых значения перемещения, измеряют действительные значения перемещений в каждом цикле и вычисляют их среднее значение за п последних циклов, сравнивают среднее значение перемещения за и последних циклов с заданными пороговыми значениями перемещений, При этом при превышении среднего значения перемещения над первым пороговым значением уменьшают уровень тока стопорения до величины, определяемой коэффициентом тепловой загрузки двигателя электропривода. равному единице, с одновременным увеличением максимального уровня задания скорости пропорционально среднему значению перемещения. При повышении среднего значения перемещения над вторым пороговым

55 значением увеличивают уровень тока стопорения пропорционально среднему значению перемещения, а при превышении среднего значения перемещения над третьим пороговым значением поддерживают величину тока стопорения на допустимом уровне коммутации при одновременном поддержании уровня максимальной скорости на допустимой величине.

Устройство для управления зле ктроп риводом экскаватора, содержащее командоаппарат, задатчик интенсивности, выход которого подключен к входам первого и второго нелинейных элементов, выход первого нелинейного элемента подключен к первому входу регулятора ЭДС, выход которого подключен к первому входу регулятора тока, к второму входу которого подключен датчик тока якоря двигателя, а выход регулятора тока подключен к входу преобразователя напряжения якоря двигателя, датчик ЭДС, выход которого подключен к второму входу регулятора ЭДС, выход второго нелинейного элемента подключен к первому входу блока управления магнитным потоком, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, выход блока управления магнитным потоком подключен к преобразователю напряжения обмотки возбуждения,а выход датчика тока возбуждения подключен к третьему входу блока управления магнитным потоком, снабжено блоками выделения цикла и вычисления среднего значения перемещения, датчиком перемещения, блоками коррекции значений максимальной скорости и тока стопорения, третьим и четвертым нелинейными элементами, При этом выход третьего нелинейного элемента подключен к первому входу блока коррекции значений максимальной скорости, к второму входу которого подключен командоаппарат, а выход блока коррекции максимальной скорости подключен к входу задатчика интенсивности, датчик перемещения подключен к первому входу вычисления среднего значения перемещения. к второму входу которого подключен блок выделения цикла, а выход блока вычисления среднего значения перемещения подключен к входам третьего и четвертого нелинейных элементов. выход четвертого нелинейного элемента подключен к первому входу блока коррекции значений тока стопорения, выход которого подключен к третьему входу регулятора ЭДС, выход которого подключен к другому входу блока коррекции значений тока стопорения.

При работе электропривода в диапазоне между первым и вторым пороговыми значениями перемещения осуществляется

1740573

15

20 оптимизация его перемещения по быстродействию с учетом ограничения по тепловой загрузке двигателя. Для увеличения быстродействия увеличивают уровень максимальной скорости пропорционально среднему значению перемещения за и последних циклов, а для ограничения коэффициента тепловой загрузки на единичном уровне уменьшают значение стопорного тока якорной цепи до первой расчетной постоянной величины.

При работе электропривода в диапазоне между вторым и третьим пороговыми значениями перемещения поддерживается коэффициент тепловой загрузки двигателя на единичном уровне за счет увеличения стопорного тока якорной цепи пропорционально среднему значению перемещения, а дальнейшее увеличение быстродействия происходит за счет поддержания уровня максимальной скорости на расчетной, максимальной величине и роста ускорений в переходных режимах; обусловленного увеличением значений стопорного тока.

При работе электропривода со средними значениями перемещений, превышающими третье пороговое значение, поддерживают значение стопорного тока на второй расчетной постоянной величине при одновременном поддержании уровня максимальной скорости на расчетной максимальной величине для того..чтобы застабилизировать допустимое длительное коммутационное нарушение на постоянном уровне десяти процентов, так как согласно теории коммутационных нарушений для обеспечения безыскровой коммутации и предотвращения возникновения кругового огня необходимо, чтобы допустимое длительное коммутационное нарушение -" макс 10%.

B известных технических решениях не обнаружено введение блоков коррекции значений максимальной скорости и тока стопорения, третьего и четвертого нелинейных элементов, датчика. перемещения, блока выделения цикла и блока вычисления среднего значения перемещения. входами связанного с выходами блока выделения цикла и датчика перемещения. а выходами соединенного с первыми входами блоков коррекции значения тока стопорения через четвертый нелинейный элемент и коррекции значения максимальной скорости через третий нелинейный элемент. Причем второй вход блока корреции значения максимальной скорости соединен с выходом командоаппарата, а выход подключен к входу задатчика интенсивности, Второй вход бло25

55 ка коррекции значения тока стопорения соединен с выходом регулятора ЭДС, а выход подключен к третьему входу регулятора

ЭДС.

Введение этих признаков позволит получить положительный эффект, так как с помощью четвертого нелинейного элемента задается закон изменения уровня стопорного тока в функции среднего значения перемещения за и последних циклов, à с помощью третьего нелинейного элемента задается закон изменения уровня максимальной скорости в функции среднего перемещения за и последних циклов, Введение этих функциональных зависимостей в закон регулирования электроприводом позволит реализовать предлагаемый способ управления и за счет этого уменьшить длительность позиционного перемещения электропривода в каждом цикле при ограничении коэффициента тепловой загрузки и уровня допустимого длительного коммутационного нарушения двигателя до значений, обеспечивающих длительную безаварийную эксплуатацию двигателя.

Совокупность указанных признаков позволяет обеспечить повышение интегральной производительности экскаватора при одновременном увеличении его надежности путем адаптации системы управления электроприводом к горно-технологическим условиям эксплуатации.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства управления электроприводом экскаватора, реализующая предлагаемый способ управления; на фиг. 2 зависимости выходного напряжения третьего нелинейного элемента от среднего значения перемещения Овых(нэз) = (/ вр) и график уровня выходного сигнала блока коррекции значения максимальной скорости от среднего значения перемещения ()вых(кмс) = < (pcp); на фиг. 3 — зависимость выходного напряжения четвертого нелинейного элемента от среднего значения переМЕЩЕНИЯ Овых(НЭ4) = f (Pcp) И ГРафИК УРОВНЯ тока стопорения в функции среднего перемещения In.* = f (pcp); на фиг. 4 — принципиальная схема блока коррекции значения тока стопорения; на фиг. 5 и 6 — функциональные схемы третьего и четвертого нелинейных элементов.

Устройство управления электроприводом экскаватора (фиг. 1) содержит командоаппарат 1, блок 2 коррекции значения максимальной скорости, задатчик 3 интенсивности, первый 4 и второй 5 нелинейные элементы, регулятор б ЭДС, регулятор 7 тока, преобразователь 8 напряжения якоря

1740573

55 двигателя, якорь 9 двигателя, датчики 10

ЭДС и 11 тока якоря двигателя, блок 12 управления магнитным потоком, преобразователь 13 напряжения обмотки возбуждения, обмотку 14 возбуждения двигателя, блок 15 вычисления среднего значения перемещения, датчик 16 перемещения, блок

17 выделения цикла, третий нелинейный элемент 18, блок 19 коррекции значения тока стопорения, четвертый нелинейный элемент 20, Устройство управления электроприводом экскаватора включает последовательно соединенные командоаппарат 1, блок 2 коррекции значения максимальной скорости и задатчик 3 интенсивности, Выход задатчика

3 интенсивности соединен с входами первого 4 и второго 5 нелинейных элементов. Выход первого нелинейного элемента 4 подключен к входу контура подчиненного регулирования параметров, включающего последовательно соединенные регулятор 6

ЭДС, регулятор 7 тока, преобразователь 8 напряжения якоря двигателя и якорь 9 двигателя, Отрицательные обратные связи организованы с помощью датчиков 10 ЭДС и

11 тока, При этом выход датчика 10 ЭДС подключен к второму входу регулятора 6

ЭДС, а выход датчика 11 тока подсоединен к второму входу регулятора 7 тока. Выход второго нелинейного элемента 5 соединен с входом блока 12 управления магнитным потоком, выход которого подключен к входу преобразователя 13 напряжения обмотки возбуждения, В свою очередь к выходу преобразователя 13 напряжения подсоединена обмотка 14 возбуждения двигателя.

Узел адаптации к горно-технологическим условиям эксплуатации включает блок

15 вычисления среднего значения перемещения, к первому входу ко орого подключен датчик 1.6 перемещения, к второму входу— блок 17 выделения цикла, а выход соединен с первым входом блока 2 коррекции значения максимальной скорости через третий нелинейный элемент 18 и к первому входу блока 19 коррекции значения тока стопорения через четвертый нелинейный элемент

20. Причем второй вход блока 19 коррекции значения тока стопорения подключен к выходу регулятора 6 ЭДС, а выход соединен с третьим входом регулятора 6 ЭДС.

На фиг. 2, а изображена зависимость выходного напряжения третьего нелинейного элемента от среднего значения перемещения UablX(H33) = I (pcp), а на фиг. 2, б график уровня выходного сигнала блока коррекции значения максимальной скоро5

50 сти от среднего значения перемещения

UBblX(KMC) = т (pcp).

На фиг. З,а изображена зависимость выходного напряжения четвертого нелинеиного элемента от среднего значения перемещения UablX(H34) == < (pcp), а на фиг. 3, б— график уровня тока стопорения в функциисреднего значения перемещения 1с,,„ т=(усср), ГДЕ запор.1, запор.2 И запор.з COOTветственно первое, второе и третье порогоВЫЕ ЗНаЧЕНИя ПЕрЕМЕщЕНИя; 1ст.расч.11.

=1 ст.расч.1/ Ia.í., 1 ст.расч.2, = 1 ст.расч.2/ Ia.н, =1ст.расч.з .= 1ст.расч.з/Ia.н. — первая, вторая и третья расчетные постоянные значения тока стопорения в относительных единицах, I, „— НОМИНаЛЬНЫй ",OX яКОря, Iст.станд.

=Iст.станд./1а.н. уровень тока стопорения при стандартной настройке в относительных единицах.

Способ управления электроприводом экскаватора осуществляют с помощью устройства (фиг, 1) следующим образом.

В период работы экскаватора в забое начинает функционировать узел адаптации к горно-технологическим условиям эксплуатации экскаватора, информационными элементами которого являются датчик 16 перемещения и блок 17 выделения цикла.

Блок 17 выделения цикла предназначен для учета только полноценных циклов экскавации, включающих копание, транспортировку груженого ковша, разгрузку и транспортировку порожнего ковша к месту очередного копания, Сигналы с выходов датчика 16 перемещения и блока 17 выделения цикла поступают на первый и второй входы блока 15 вычисления среднего значения перемещения. Сигнал. пропорциональный среднему значению перемещения за и последних циклов экскавации. с выхода блока 15 вычисления среднего значения перемещения поступает на входы третьего 18 и четвертого 20 нелинейных элементов (фиг.

1). Если среднее значение перемещения меньша первого порогового значения переМЕНИЯ (cp < тпор.1), тО На ПЕРВЫЙ ВХОД бЛОКа

2 коррекции значения максимальной скорости с выхода третьего нелинейного элемента 18 поступает постоянный максимальный сигнал ()макс(нэз) (фиг. 2, а), что ведет к поддержанию установившегося значения скорости на уровне номинального значения (фиг. 2, б), так как сигнал UM (@MC) соответствует заданию номинальной скорости, СлеДОВатЕЛЬНО, ПРИ Pcp < Pnop,1 С ВЫХОДа задатчика 3 интенсивности на входы первого 4 и второго 5 нелинейных элементов поступает сигнал, изменяющийся во времени

1740573

12 от нуля до значения, соответствующего номинальной скорости привода.

ПРи Pcp < snop.1 с выхоДа четвеРтого нелинейного элемента 20 на первый вход блока 19 коррекции значения тока стопорения поступает сигнал, равный нулю (фиг. 3, а), что соответствует разрыву цепи обратной связи регулятора 6 ЭДС, организованный через этот блок 19 (фиг, 3, б), Поэтому при

Pcp< snop.1 СИСтЕМа УПРаВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОприводом работает как обычная система подчиненного регулирования параметров с постоянным значением магнитного потока возбуждения электродвигателя. значение которого задано величиной U3 = const (фиг, 1). Необходимо отметить, что при рср <

< Pnop1 максимальнбе значение скоРости электропривода меньше порогового значения, т.е. формируется треугольная тахограмма с вмакс (0+op, поэтому контур регулирования магнитного потока не подключаетсяя.

ПРИ запор.1 < Pcp < Pnop.2 С ВЫХОДа третьего нелинейного элемента 18 на первый вход блока 2 коррекции значения максимальной скорости поступает сигнал, уменьшающийся пропорционально увеличению значения .рср (фиг, 2, а). При этом выходной сигнал блока 2 коррекции значения максимальной скорости возрастает пропорционально увеличению рср (фиг. 2, б), что ведет к увеличению задания значения максимальной скорости привода.

ОдНОВрЕМЕННОЛ ПрИ snop.1 < pcp <

< pnop.2 с выхода четвертого нелинейного элемента 20 на первый вход блока 19 коррекции значения тока стопорения поступает постоянный сигнал (фиг. 3, а), что соответствует организации обратной связи регулятора 6 ЭДС с постоянным коэффициентом передачи через блок 19. При этом уровень тока стопорения уменьшается до первой расчетной постоянной величины. соответствующей коэффициенту тепловой загрузки двигателя. равному единице (фиг.

3, б).

При запор.2 < pcp < pnop 3 с выхода третьего нелинейного элемента 18 на первый вход блока 2 коррекции значения максимальной скорости поступает постоянный минимальный сигнал UMvv(H33)(4> i. 2, а), что ведет к поддержанию установившегося значения скорости привода на максимальном расчетном уровне (для экскаватора ЭШ.

25. 1 00 й)макс = 1,3 (l)n). Одновременно с выхода четвертого нелинейного элемента 20 на первый вход блока 19 коррекции значения тока стопорения поступает сигнал, уменьшающийся пропорционально увеличению величины среднего перемещения

55 (фиг. 3, а), что ведет к пропорциональному ослаблению действия обратной связи регулятора 6 ЭДС, организованной через блок

19, При этом уровень тока стопорения возрастает в такой же пропорции для поддержания коэффициента тепловой загрузки двигателя на единичном уровне (фиг. 3, б), При асср > snop.з третий нелинейный элемент 18 продолжает формировать управляющий сигнал на первый вход блока 2 коррекции значения максимальной скорости, соответствующей заданию расчетной максимальной скорости привода (фиг. 2, б).

Одновременно с выхода четвертого нелинейного элемента 20 на первый вход блока 19 коррекции значения тока стопорения поступает постоянный сигнал (фиг. 3, а), что ведет к организации действия обратной связи регулятора 6 ЭДС через блок 19 с постоянным коэффициентом передачи, соответствующим поддержанию уровня тока стопорения на второй расчетной постоянной величине (фиг. 3, б). Стабилизация уровня тока стопорения на этом участке перемещения на второй расчетной величине при максимальном расчетном уровне скорости обусловлена поддержанием допустимого длительного коммутационного нарушения на постоянном минимальном уровне десяти процентов, обеспечивающем удовлетворительное качество коммутации.

При подаче машинистом через командоаппарат 1, сигнала управления на начало движения функционирование системы управления электроприводом при pcp >

Рлор.1 пРоисхоДит слеДУюЩим обРазом.

При текущей скорости вращения двигателя. меньшей порогового значения (и ((l)nop), функционирует только контур регулирования ЭДС, так как в этот период времени значение выходного сигнала задатчика 3 интенсивности меньше зоны нечувствительности второго нелинейного элемента 5.

Следовательно, этот сигнал не проходит на первый вход блока 12 управления магнитным потоком. Поэтому блок 12 управления поддерживает номинальное значение магнитного потока.

При поступлении сигнала управления на первый вход регулятора 6 ЭДС в нем формируется задающее воздействие на ток якорной цепи, которое поступает на первый вход регулятора 7 тока, Причем уровень тока стопорения устанавливается в регуляторе 6

ЭДС с помощью блока 19 коррекции значения тока стопорения в функции среднего значения перемещения. Сигнал с выхода регулятора 7 тока поступает на вход преобразователя 8 напряжения якоря двигателя, к

1740573

14 марного задающего воздействия на входе блока 12 управления магнитным потоком ведет к пропорциональному увеличению скорости двигателя.

Процесс разгона двигателя продолжа- 25 ется до тех пор, пока текущая скорость не достигнет расчетного максимального значения, соответствующего вычисленному среднему перемещению. При торможении все процессы повторяются в обратном порядке.

Причем при разгоне и торможении двигателя значение тока стопорения якоря поддерживается на расчетном уровне, соответствующем вычисленному среднему перемещению. 35

Проведенные на ЭВМ расчеты для экскаватора ЭШ. 25.100, а также для проектируемого экскаватора ЭШ. 120.100 показали, что для привода поворота этого типа экскаватора poop ) = 75, рпор 2 = 200 и 40 упор.з = 245

Применение предлагаемого способа управления и устройства управления, реализующего предлагаемый способ, в

55 выходу которого подсоединен якорь 9 двигателя.

При достижении значения текущей скорости порогового значения (в =(pp) первый нелинейный элемент 4 ограничивает сигнал на первом входе регулятора 6 ЭДС и контур регулирования ЭДС начинает работать в режиме стабилизации ЭДС. Одновременно сигнал на выходе задатчика 3 интенсивности становится больше зоны нечувствительности второго нелинейного элемента 5 и разность этих сигналов Л0(с) =

Ч)3.H.(t) — О, т .(H32) поступает на первый вход блока 12 управления магнитным потоком. Разность сигналов hU(t) противоположна по знаку задающему воздействию на втором входе блока 12 управления магнитным потоком, поэтому суммарное задающее воздействие U>,g (<) = U> — Л0(т) начинает уменьшаться. Уменьшение сумдиапазоне углов поворота платформы экскаватора 75 < p < 200 позволило получить следующие результаты. Значение тока стопорения уменьшилось до 1,5 4 <,, где 4.<,— номинальный ток якоря, т.е. на 167 по сравнению со стандартной настройкой. Коэффициент тепловой загрузки двигателей K> = 1 во всем диапазоне. Максимальная скорость вращения двигателей возрастает от номинальной до 1,3 по мере увеличения угла поворота платформы. Начиная с углов поворота платформы 90 происходит сокращение длительности цикла по сравнению с применением стандартной схемы управления приводом поворота, например при p =

=120 цикл сокращается на 3,22 /,, а при p =

=180 на 11,88 .

При работе экскаватора в диапазоне углов поворота платформы 200 < p < 245 получены следующие результаты. Значение тока стопорения повышается с 1,5 I>,> до

1,75 la. по мере возрастания угла поворота платформы. Коэффициент тепловой загрузки двигателя поддерживается на единичном уровне (K> = 1), Максимальная скорость вращения двигателей поддерживается на уровHå смаке = 1,3 он. Происходит дальнейшее сокращение длительности цикла, например при p= 240 цикл сокращается на 18,93/.

При работе экскаватора при углах йоворота платформы р > 245 получены следующие результаты. Значение тока стопорения поддерживается на уровне

1,75 4,, т.е. составляет97,2 оттокастопорения при стандартной настройке. Максимальная скорость вращения двигателей поддерживается на уровне 1,3 ю,, Допустимое длительное коммутационное нарушение двигателей поддерживается на постоянном уровне 10 . Коэффициент тепловой загрузки К < 1 и снижается по мере возрастания угла поворота. Происходит дальнейшее сокращение длительности цикла по сравнению с применением стандартной схемы управления приводом поворота, например при круговой работе цикл сокращается на 15,7%.

Необходимо отметить, что реализация предлагаемого способа управления позволяет уменьшить значение ускорений в периоды переходных процессов вследствие уменьшения величин токов стопорения, а при с) > ()< еще и из-за ослабления магнитного потока, что ведет к увеличению надежности механического оборудования поворотной части экскаватора вследствие снижения динамических нагрузок.

Ограничение максимального значения скорости и тока стопорения по условию поддержания допустимого длительного коммутационного нарушения на уровне десяти процентов позволило обеспечить безыскровую коммутацию и повысить надежность щеточно-коллекторных узлов двигателей.

Поддержание коэффициента тепловой загрузки двигателей на единичном уровне в диапазоне plop 1

1740573

50

55 тации симости коэффициента тепловой загрузки двигателя от величины перемещения. Например, для привода поворота экскаватора

ЭШ. 25,100 со стандартной системой управления коэффициент тепловой загрузки больше единицы при работе экскаватора с углами поворота платформы p < 120 (при

p= 60О, K> = 1,18), что ускоряет процесс старения изоляции двигателей, а при работе экскаватора с углами поворота платформы р > 120 коэффициент тепловой загрузки двигателей становится меньше единицы (при .у2= 180О, Кз = 0,85), что ведет к недоиспользованию двигателей по эффективному моменту и снижает производительность экскаватора.

Техническая реализация блока 19 коррекции значения тока стопорения приведена на фиг. 4. Блок 19 коррекции значения тока стопорения может быть реализован на базе операционных усилителей типа К

553УД2, транзисторов типа КТ315 и КТ361, стабилитронов типа Д814В и диодов типа

Д223.

Схема, реализующая этот блок, включает сумматор А3, инвертор А4, нелинейные элементы ЧТЗ и VT4 и диоды VD5 и VD6.

Схема функционирует следующим образом.

При отсутствии сигнала на управляющем входе сумматора А3, на выходах сумматора АЗ и инвертора А4 сигналы также равны нулю, транзисторы ЧТЗ и VT4 полностью закрыты и следовательно обратная связь, образуемая этой схемой, разорвана, При поступлении на управляющий вход сумматора АЗ сигнала на его выходе появляется сигнал, изменяющийся по закону входного сигнала, Сигнал с выхода сумматора А3 двумя параллельными каналами через диод

VT5 и через инвертор А4 и диод VD6 поступает соответственно на управляющие входы транзисторов ЧТЗ и VT4, соединенные параллельно эммитерно-коллекторные цепи которых являются выходом схемы и служат для образования обратной связи.

Изменение сигналов на управляющих входах транзисторов VTÇ и VT4 ведет к пропорциональному изменению действия обратной связи (к пропорциональному изменению максимального уровня выходного сигнала регулятора 6 ЭДС), Блок 2 коррекции значения максимальной скорости для электроприводов мощных экскаваторов может быть реализован на базе фазочувствительного выпрямителя. например типа ФВ-2АИ, служащего для преобразования переменного напряжения на выходе сельсинного командоаппарата и сигнал постоянного тока, На выходе такого

45 фазочувствительного выпрямителя имеется масштабирующий усилитель, в обратную связь которого нужно включить узел, показанный на фиг, 4.

Третий нелинейный элемент 18 может быть выполнен по схеме,. показанной на фиг. 5, Причем стандартный нелинейный элемент 21, входящий в этот узел, может быть реализован по известной схеме, а суммирующий усилитель 22 — на базе операционных усилителей К553УД2, КР554Д1А или аналогичных.

Четвертый нелинейный элемент может быть выполнен по схеме, (показанной на фиг. 6). Причем стандартные нелинейные элементы 23 и 24, входящие в этот узел, могут быть реализованы по известным схемам, а суммирующий усилитель 25 — на базе операционйых усилителей К553УД2, КР554Д1А или аналогичных.

Датчик 16 перемещения может быть выполнен, например, на базе датчика типа

ПДФ-3. Задатчик 3 интенсивности может быть выполнен на ячейке задатчика интенсивности типа ЗИ-2АИ системы УБСР-АИ.

Схемное решение второго нелинейного элемента 5 может быть получено путем последовательного соединения схемы выделения модуля и схемы ограничения типа "Зоны нечувствительности". В качестве блока 12 управления магнитным потоком и преобразователя 13 напряжения обмотки возбуждения может быть применен модуль типа

ПТЭМ унифицированной системы управления экскаваторными электроприводами

"СУПЕР ПТЭМ", Техническая реализация блока 15 вычисления среднего значения перемещения может быть выполнена согласно известной схеме.

Блок 17 выделения цикла может быть реализован по известной схеме, Командоаппарат 1, регулятор 6 ЭДС, регулятор 7 тока, преобразователь 8 напряжения якоря двигателя, датчики 10 ЭДС и 11 тока, якорь 9 и обмотка 14 возбуждения двигателя явл> ются стандартными элементами систем электроприводов экскаватора, выпускаемых серийно, например, экскаватора

ЭШ. 25.100, выпускаемого ПО "Уралмаш".

Применение прадлагаемого способа управления электроприводом экскаватора и устройства для его осуществления позволит повысить интегральную производительность экскаватора на 5-10 при одновременном увеличении надежности металлоконструкций и электропривода экскаватора за счет адап гации электропривода .к горно-технологическим условиям эксплуа18

1740573

50

Формула изобретения

1. Способ управления электроприводом экскаватора, заключающийся в ограничении тока стопорения, задании скорости в цикле и ее порогового значения, сравнении действительной и заданной скоростей, регулировании скорости электропривода изменением напряжения при превышении пороговой скорости над действительной, регулировании скорости электропривода изменением потока при повышении действительной скорости над пороговой, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности и надежности экскаватора путем адаптации электропривода к горно-технологическим условиям эксплуатации, задают три пороговых значения перемещения, измеряют действительные значения перемещений в каждом цикле и вычисляют их среднее значение за и последних циклов, сравнивают среднее значение перемещения за п последних циклов с заданными пороговыми значениями перемещений, причем при превышении среднего значения перемещения над первым пороговым значением уменьшают уровень тока стопорения до величины, определяемой коэффициентом тепловой загрузки двигателя электропривода, равному единице, с одновременным увеличением максимального уровня задания скорости пропорционально среднему значению перемещения, при повышении среднего значения перемещения над вторым пороговым значением увеличивают уровень тока стопорения пор пропорционально среднему значению перемещения, а при превышении среднего значения перемещения над третьим пороговым значением поддерживают величину тока стопорения на допустимом уровне коммутации при одновременном поддержании уровня максимальной скорости на допустимой величине.

2, Устройство дл>- управления электроприводом экскаватора, содержащее командоаппарат, задатчик интенсивности. выход которого подключен к входам первого и второго нелинейных элементов. выход первого

45 нелинейного элемента подключен к первому входу регулятора ЭДС, выход которого подключен к первому входу регулятора тока, к второму входу которого подключен датчик тока якоря двигателя. а выход регулятора тока подключен к входу преобразователя напряжения якоря двигателя, датчик ЭДС, выход которого подключен к второму входу регулятора ЭДС, выход второго нелинейного элемента подключен к первому входу блока управления магнитным потоком, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, выход блока управления магнитным потоком, подключен к преобразователю напряжения обмотки возбуждения, а выход датчика тока возбуждения подключен к третьему входу блока управления магнитным потоком, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности и надежности экскаватора путем адаптации электропривода к горно-технологическим условиям эксплуатации, оно снабжено блоками выделения цикла и вычисления среднего значения перемещения, датчиком перемещения, блоками коррекции значений максимальной скорости и тока стопорения, третьим и четвертым нелинейными элементами, при этом выход третьего нелинейного элемента подключен к первому входу блока коррекции значений максимальной скорости, к второму входу которого подключен командоаппарат, а выход блока коррекции максимальной скорости подключен к входу задатчика интенсивности, датчик перемещения подключен к первому входу блока вычисления среднего значения перемещения, к второму входу которого подключен блок выделения цикла, а выход блока вычисления среднего значения перемещения подключен к входам третьего и четвертого -нелинейных элементов, выход четвертого нелинейного элемента подключен к первому входу блока коррекции значений тока стопорения, выход которого подключен к третьему входу регулятора ЭДС, выход которого подключен к другому входу блока коррекции значений тока стопорения.

20

55

LI8wz

03чх(нзч) 1740573

Улорз

21

Управ

0QG/О

fcp — 7Ю8

+158

1740573

23

1740573

Третй нелииейнь!й элемент

Фиг.5 етдерть!й нелинейный элемеит

Составитель 0. Капконец

Редактор М, Кобылянская Техред М,Моргентал Корректор А, Осауленко

Заказ 2058 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101