Электропривод постоянного тока с управляемой механической передачей

 

Использование: в электроприводах горных машин с широким диапазоном изменения момента нагрузки и скорости. Сущность: переключение управляемой механической передачи при нагреве электродвигателя до допустимого значения температуры улучшает энергетические характеристики электропривода . Выполнение компараторов 14, 17 с гистерезисом исключает автоколебательные режимы при переключении передач и перегрева электродвигателя. Изменение постоянной времени задатчика 2 интенсивности и коэффициента передачи регулятора 3 скорости при изменении приведенного к валу электродвигателя момента инерции улучшает динамические характеристики. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s H 02 P 5/06

ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4899614/07 (22) 11.11.90 (46) 23,06.93, Бюл hL 23 (71) Карагандинский политехнический институт (72) И.В.Брейдо, И.В.Петерс и Ю.Б.Лигай (56) Авторское свидетельство СССР

hk 731539, кл. Н 02 P 5/06, 1980. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКАСУПРАВЛЯЕМОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ (57) Использование: в электроприводах горных машин с широким диапазоном изменения момента нагрузки и скорости. Сущность: Ы„„1823122А1 переключение управляемой механической передачи при нагреве электродвигателя до допустимого значения температуры улучшает энергетические характеристики электропривода. Выполнение компараторов 14, 17 с гистерезисом исключает автоколебательные режимы при переключении передач и перегрева электродвигателя. Изменение постоянной времени эадатчика 2 интенсивности и коэффициента передачи регулятора

3 скорости при изменении приведенного к валу электродвигателя момента инерции улучшает динамические характеристики.

2 ил.

1823122

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводе горных машин с широким диапазоном изменения момента нагрузки и скорости.

Целью изобретения является повышение надежности электропривода.

На фиг.1 представлена схема электропривода; на фиг.2 — диаграмма его работы.

Электропривод содержи1 последовательно соединенные задатчик 1, задатчик 2 интенсивности, регулятор 3 скорости, регулятор 4 тока, управляемый выпрямитель 5, электродвигатель 6, управляемую механическую передачу 7 и механизм 8, датчики 9 и 10 скорости и тока, подключенные к вторым входам регуляторов 3 и 4 скорости и тока соответственно. Датчик 10 тока последовательно соединен с квадратором 11, апериодическим звеном 12, блоком 13 коэффициентов и первым компэратором 14 20 с гистерезисом, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго ключей 15 и 16 и управляемой механической передачи 7. Входы второго компаратора 17 с гистерезисом соединены с выходом блока

13 коэффициентов и с выходом второго блока 18 установки, э выход — с управляющим входом задатчика 1.

Выход первого блока 19 уставки подключен к второму входу первого компэрато- 30 ра 14. Неподвижные контакты первого ключа 15 через конденсаторы соединены с вторым входом задатчика 2 интенсивности, а подвижный контакт — с выходом задатчика

2 интенсивности, неподвижные контакты второго ключа 16 через резисторы подключены к третьему входу регулятора 3 скорости, а подвижный контакт — к выходу регулятора 3 скорости. Третий вход регуляторэ 3 скорости соединен с точкой суммиро- 40 вания на инвертирующем входе операционного усилителя регулятора 3 скорости.

Компараторы 14 и 17 с гистерезисол1 могут быть выполнены известным спосо- 45 бом, например в виде триггеров Шмитта, выполненных в виде компаратора.

Задатчика 1 может быть выполнен известным способом, например, в виде управляемого делителя напряжения, параллельно 50 выходу которого подключен шунтирующий ключ, контакт которого соединен с управляющим входом эадатчика 1, Задатчик 2 интенсивности может быть выполнен известным способом, например, в виде последовательно соединенных усилителя-ограничителя L1 интегратора, выход которого подключен к суммирующему входу усилителя-ограничителя. Второй вход задатчика интенсивности соединен со входом интегратора, а выход интегратора — с выходом эадатчика 2 интенсивности. Блоки 18 и

19 уставки могут быть выполнены в виде управляемых делителей напряжения. Блок

13 коэффициентов может быть выполнен в виде масштабирующего усилителя. Управляемая механическая передача 7 может быть выполнена известным способом, например, в виде двухступенчатой коробки передач, переключение которой осуществляется электромагнитом, Электропривод работает следующим образом, В исходном состоянии замкнуты рэзмыкающие контакты ключей 15 и 16. Сигналы на выходах компараторов 14 и 17 равны нулю (см.фиг,2). Так как выходной сигнал первого компаратора 14 равен нулю, то управляемая механическая передача 7 включена напрямую и передаточное число равно единице.

Передаточная функция задатчика 2 интенсивности равна

1 зи, призовых <0вх (1)

Тэи Р где 0 х UQblx — входное и выходное напряжения задатчика 2 интенсивности;

Р— оператор дифференцирования;

T i — постоянная времени задатчика 2 интенсивности.

Ts =- R С. где R — входное сопротивление интегра1Ьра задэтчика 2 интенсивности;

С вЂ” емкость конденсатора в обратной связи интегратора задатчика 2 интенсивности, Для ограничения динамических нагрузок Тзи выбирается пропорциональной приведенному к валу электродвигателя 6 моменту инерции J g, 1 Х =- 1 эд + (- р + - м )/i (2 ) где 1 — передаточное число;

Jp.,1м — мол1енты инерции редуктора и механизма; .Зэд- мол1енты инерции электродвигателя.

В исходном состоянии i 1 и

JZ=J >a+Л р+1м. (3)

Постоянная времени Тз выбирается пропорциональной суммарному приведенному моменту инерции при l = 1.

1823122

К1 Кя

А . Кду (8) (9) R II

Т эм =.! (Cl )2 (5) (11 ) 7 >7н

55

К. !2 . К2

1+Т P (7) Коэффициент передачи Кр пропорционального регулятора 3 скорости при настройке на оптимум по модулю равен:!

К Тэм Кдт Сд (4) 2Т/Ю Кя Кдс гдеTprc) =Т д, + Т !,— суммарная малая постоянная времени контура скорости;

Т! — суммарная малая постоянная контура тока;

RII — сопротивление якорной цепи;

Кдс и Кдт — коэффициенты передачи датчиков 9 и 10 скорости и тока;

Сд — постоянная электродвигателя;

Тд, — постояннал времени фильтра датчика скорости;

Т,„— электромеханическая постолннал времени

В исходном состоянии Крс выбирается пропорциональным по выражению (3) за счет выбора соответствующего сопротивления в обратной связи регулятора 3 скорости, Уравнение теплового равновесия элек- 30 тродвигателя имеет вид

2, Т +7 Т (6)

01 А где Т вЂ” тепловая постолннал времени; ! — ток нагрузки:

А — коэффициент теплоотдачи; 7 — температура нагрева.

При установке на выходе задатчика 1 скорости сигнала заданной скорости этот сигнал через задатчик 2 интенсивности, регулятор 3 скорости. регулятор 4 тока поступает на управляемый выпрямитель 5. 45

Электродвигатель 6 начинает вращаться, приводя в движение через упраоллемую механическую передачу 7 механизм 8. Сигнал с выхода датчика 10 тока поступает на оход g() квадратора 11 и далее на апериодическое звено 12 и блок 13 коэффициентов.

Выходной сигнал блока 13 UI равен где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

При выборе коэффициента К равным где K1 — коэффициент преобразования.

Напряжение U1 пропорционально температуре нагрева электродвигателя, Выходное напряжение первого блока 19 уставки выбирается равным

U2 =K! 7

К1 Rg

А где !н — номинальный ток нагрузки;

7 н — тЕМПЕРатУРа НаГРЕОа, СООтВЕтСтоующоя номинальному режил1у работы электродвигателя.

Выходное напряжение второю блока 18 устаоки Lip оыбираетсл равныл1

2 з =К вЂ”, (110)

K1 lA Rg гДе 7 д — пРеДельно ДопУстимал тел1пеРатУра для данного класса изоляции; ! д — предельно допустимый ток, соответСтОУЮЩИй 7 д .

При увеличении температуры нагрева до величины срабатывает компаратор 14 (см.фиг.2), включается управляемая механическая переда га 7 с передаточным числом и замыкаютсл контакты первого и второго ключей

15 и 16.

Включение управляел1ой механической передачи 7 изменяет приведенный к валу электродвигателя л1омент инерции в соответствии с (2). При этом в соответствии с (2) эа счет изменения величин подключающихся резистора и конденсатора изменяются постояннал времени Т н задатчика 2 интенсивности и Крс регулятора 3 скорости.

Величина тока нагрузки из-за увеличения передаточного числа уменьшается в l раз. Длл исключения автоколебательных режимоо, свлзанных с обратным переключением компаратора 14, он выполняется с зоной гистерезиса, причем нижний порог зоны гистерезиса выбирается равным

7н К1 К1 lí RII

2, 04 !

2 l2 .А

1823122

20

30

Если при переключении компаратора

14 температура нагрева постоянно умень+ k1 шается до величины т —, ( то на выходе компаратора 14 устанавливается нуль и вновь включается прямая передача, что увеличивает скорость (производительность) механизма 8.

При работе в диапазоне температур включена пониженная передача.

Если при включенной пониженной передаче температура нагрева продолжает возрастать и достигает предельно допустимой для данного класса изоляции тд, то срабатывает второй компаратор 17 и выходной сигнал (см,фиг.2) шунтирует поуправляющему входу задатчика его сигнал, и электропривод останавливается.

Электродвигатель охлаждается до температуры, соответствующей (12), на выходах компараторов 4 и 17 устанавливаются нули и электропривод вновь включается на прямую передачу.

Формула изобретения

1. Электропривод постоянного тока с управляемой механической передачей, содержащий электродвигатель, вал которого через механическую передачу соединен с валом механизма, задатчик скорости, последовательно соединенные регулятор скорости, регулятор тока, управляемый выпрямитель, выход которого подключвн к якорной обмотке электродвигателя, датчики скорости и тока, подключенные к входам соответствующих регулгторов, о т л и ч а ющ и Я с я тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введены задатчик интенсивности, включенный между выходом задатчика скорости и входом регулятора скорости, два конденсатора и два ключа, неподвижные контакты первого ключа через конденсаторы соединены с входом эадатчика интенсивности, подвижный контакт соединен с выходом задатчика интенсивности, два резистора, включенные в цепь обратной связи регулятора скорости через второй ключ, два компаратора, два блока уставки, а также последовательно соединенные квадратор, апериодическое звено и блок коэффициентов, к выходу которого подключены первый и второй компараторы, первый компаратор соединен с управляющими входами первого, второго ключей, и механической передачи, выполненной управляемой, выход второго компаратора подключен к управляющему входу задатчика скорости, первый блок уставки соединен с

° вторым входом первого компаратора, второй блок уставки соединен с вторым входом второго компаратора. а вход квадратора подключен к выходу датчика тока.

2. Электропривод по п.1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что компараторы выполнены с гистерезисом, причем верхний порог срабатывания первого компаратора пропорционален квадрату номинального тока электродвигателя, верхний порог срабатывания второго компаратора пропорционален квадрату допустимого тока электродвигателя, а нижние пороги срабатывания компараторов пропорциональны частному от деления квадрата номинального тока на квадрат передаточного числа второй ступени механической передачи.

1823122 фиг.2

Составитель И.Брейдо

Техред М.Моргентал Корректор Н.Гунько

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2186 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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