Электропривод постоянного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< п1744883 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 14.03.78 (21) 2589863/24-07 с присоединением заявки нов (23) Приоритет—

Опубликовано 30,06 80, Бюллетень РЬ 24

Дата опубликования описания 02.07.80 (53)M. Кл.

Н 02 Р 5/06

Государственный комитет по денем изобретений и открытий (53) УДК 621. .316.7 18Л (088.8) (72) Автор изобретения

Ш. М, Марголин (71) 3

Государственный ордена Ленина Союзный институт

Заявитель по проектированию металлургических заводов ГИПРОМЕЗ

{54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к регулируемым вентильным эпектроприводам постоянного тока, применяемым в металлургии, в горном производстве, машиностроении и других отраслях промьппленности, Предпочтительная область использования— механизмы, работающие в режиме ударного стопорения или ударных перегрузок как вследствие особенностей технологического процесса, так и из-за нарушений нормального режима работы либо

1О в аварийных ситуациях.

К таким механизмам относятся многие приводы прокатных станов, домен15 ных печей, машин непрерывного литья, механизмы экскаваторов и других горных машин и т.д.

Известен регулируемый эпектропривод постоянного, тока, содержащий влек- тродвигатель и силовой преобразователь с замкнутой системой регулирования, в которой для зашиты от перегрузок используется задержанная обратная связь

2 по току (токовая отсечка) и максимапт ное токовое реле Щ и (2).

Недостатки известной схемы электропривода заключаются в том, что в ней при ударном роете момента на валу, например при внезапном стопорении, электромагнитный момент двигателя лишь ограничивается (действие токовой отсечки), если ток якоря (момент) превысит уставку максимального реле, последнее срабатывает и отключает двигатель.

Такая запт@та неэффективна потому, что при внезапном стопорении двигателя быстродействие токовой отсечки недостаточно, ток якоря резко возрастает и превышает значение тока отсечки, Известно, что возникающие при внезапном стопорении в механизмах дополнительные усилия могут быть значительными, что должно учитываться при расчете прочности элементов оборудования, в первую очередь экскаватсрного.

Кроме того, суммарное время срабатывания максимального реле и силового

3 7 446 контактора черезмерно велико и не обеспечивает зашиты от механических перегрузок, Поэтому такая защита препупрежпает лишь нарушение коммутации пвигателя и перегрев его якоря. Известныесхемы защиты не дают эффективной защиты механизма в режиме ударного стопорения и потому, что они принципиально не могут ограничивать состевляюшую ) парного м оме нта, вызванную пе йствием сил инерции.

Известен также электропривоп постоянного тока, сопержеший вентильный преобразователь, пвигатель постоянного тока, систему автоматического регулирования с пропорционально интегральными peI уляторами частоты вращения и тока и узел ограничения выходного напряжения регулятора частоты воашения, т.е, a .::пения па

ToK > огра ничиваюши и B611II >&I II/ Yo iYG iipH пуске и работе на упор 3

Г. >

Этот электропрывоп имеет перечис-" ленные недостатки.

Наиболее близким по технической сушности к изобретению является эл>эктропривоП, содержащий двигатель постоянного 25 тока, управляемый реверсив.>ый вентнльный преобразователь, датчики тока -r чеc-тоты врашения H систему подчиненного регулирования -!a элементах УБСР с зепетчиком частоты вращения регулятс 30 рами частоты врашения и тока g4j, В панном электро>-.ривопе пля огра>ц>— чения тока и моменте в переходных прс цессах, в том числе при стопореиии> ис35 пользуется ограничение выходного нацря-: жения регуляторе частоты вращения, т.е, сигнала задания не ток якоря, пспаваемого не вход попчиценцого регулятора тока. Для такого ограничении применяется

40 нелинейное звено в цепи обратной связи регуляторе частоты вращения, Однако и эта схема, построенная не транзисторных регуляторах„не устраняет недостатков, перечисленных выше. При !

5 ударном стопорении быстродействие зашиты остается непостето-1ным> а составляюшая ударного моменте, вызванная запасенной системой кинетической энергией, в известной схеме npHHBBBHeTihHo IIe может быть уменьшена, Г .. цель изобретения — обеспечение a!I фективной защиты электропвигателя и механизма от поломок при упарном стопорении, Поставленная цель постигается введением в эпектропривоп постоянного тока блока определения режима ударного стопорения, двух коммутационных элементов, 83 ф блока логики и триггера, причем входы блока определения режима ударного стопорения связаны с датчиками тока якоря и частоты вращения электродвигателя, входы блока логики соединены с выходами блока определения режима ударного стопорения и запатчика частоты врашения, первый коммутационный элемент включен между выходом регулятора частоты вращения и входом регулятора тока, его упревляюший вход соединен через тригг.ep с выходом блока определения режима ударного стопорения, второй коммутационный элемент включен между выходом блока логики и входом регулятора тока, а

его управляющий вход связан с выходом блока определения режиме ударного стс поре ния.

Электропривоп постоянного тока может быть выполнен сблоком опр,еделения режиме ударного стопорения, содержащим пва форсируюших звена, пва промежуточных усилителя и суммируюший усилитель с релейной характеристикой, причем вхопы первого форсируюшего звена и первого промежуточного усилителя связаны с датчиком тока якоря, входы второго форсируюшего звене и второго промежуточного усилителя связаны с датчиком частоты врешения, а выходы форсирующих звеньев и промежуточных усилителей соединены со входами суммирующего усилителя.

На фиг. 1 изображена схема электропривода постоянного тока, на фиг. 2 — кривая изменения скорости двигателя M при ударном стопорении, не фиг, 3 — кривая изменения производной скорости по времени — у (8) при ударном стопорении; не фиг. 4 — кривая тока якоря tg = Pg (/) при ударном стопорении, на фиг. 5 — кривая изменения производной тока по времени г — — - ъ в этом же режиме;

Л не фиг, 6 — кривая изменения во времени выходного напряжения блока определения режима ударного стопорения Uyc .

Электропривоп постоянного тока содержит электродвигатель 1, питаюшийся от реверсивного тиристорного преобразователя 2, Не валу двигателя установлен измеритель частоты врешения, например тахогенеретор 3. Для контроля тока силовой цепи служит измеритель 4 тока .

Для гальванической развязки и преобразования сигналов применены датчик

5 напряжения, подключенный к тахогенератору 3, и датчик 6 тока, связанный с измерителем 4 тока.

5 7448

Система подчиненного регулирования содержит блок 7 фазового управления тиристорами, регулятор 8 частоты вращения с узлом ограничения выходного сигнала 9, регулятор 10 тока, задатчик частоты вращения, например сельсинный командоаппарат 11, к выходу которого подключен фазочувствительный выпрямитель

12, связанный с задатчиком 13 интенсивности, определяющим темп изменения 10 сигнала на входе регулятора 8 частоты вращения. Между регулятором 8 частоты вращения и регулятором 10 тока включен первый коммутационный алемент 14.

Для быстродействующей фиксации мо- 35 мента начала ударного стопорения в схему введен блок определения режима ударного стопорения, который содержит два форсирующих звена, выполненных на операционных усилителях 15 и 16, содержа- 20 ших резистор К о во входной цепи, емкость С и резисторы К - Кз в цепи обратной связи, два промежуточных усилителя 17 и 18 и суммирующий усилитель

19 с релейной характеристикой. Усилители 15-18 (по типу известных операционных усилителей типа УПТ-4) -имеют по два выходных демодулятора, что дает возможность иметь выходное напряжение двух знаков, 30

Входы усилителей 15 и 17 подключены к датчику 5 напряжения, а входы усилителей 16 и 18 — к датчику 6 тока. Вь ходные цепи усилителей 15-18 связаны со входами суммирующего усилителя

19, Выполнение блока определения режима ударного стопорения (узлы схемы 15-19) на базе форсирующих звеньев позволяет отказаться от операции прямого дифферен40 цирования по известной схеме с емкостью во входной цепи операционного усилителя, которая обычно оказывается неработоспособной ввиду возрастания помех.на выходе такого усилителя (в 314 раз при частоте

45 помехи 50 Гц).

Выходной сигнал усилителя 19 поступает на блок 20 . логики. (на 1-йвход) триггер 21, через выключатель 22 на управляющий вход второго коммутационS0 ного алемента 23, включенного между выходом блока 20 логики и дополнительным входом регулятора 10 тока. Управляющий вход первого коммутационного элемента 14 подключен к выходу триг55 гера 21. На второй вход блока 20 логики подается сигнал с выхода фазочувствительного выпрямителя 20. Для возврата триггера 21 в исходное состояние

83 6 служит блок 24 автоматического либо ручного возврата.

Электропривод постоянного тока работает следующим образом, После поворота рукоятки задатчика частоты вращения — сельсинного командоаппарата 11 — на выходе фазочувствительного выпрямителя 12 появляется напряжение определенной полярности. Задатчик 13 интенсивности создает плавно нарастающие напряжение на входе регулятора 8 частоты вращения с определенным темпом, соответствующим заданному ускорению привода. На выходе суммирующего усилителя 19 сигнал отсутствует, на инверсном выходе триггера 21 имеется напряжение, поатому первый КоМмутационный алемент 14 замкнут, и с выхода регулятора 8 частоты вращения напряжение поступает на вход регулятора

10 тока, Узел 9 ограничения в цепи обратной связи регулятора частоты вращения лимитирует на заданном уровне выходное напряжение регулятора 8 частоты вращения, т.е. задающее напряжение, определяющее ток, поддерживаемый регулятором 10.

Сигналы обратных связей подаются на регулятор частоты вращения от тахогенератора 3 через датчик 5 напряжения. а на регулятор тока от измерителя 4 тока якоря двигателя 1 через датчик 6 тока, Выходное напряжение регулятора 10 тока поступает на блок 7 фазового управления тиристорного преобразователя 2, определяя полярность и ееличину его выпрямленного напряжения, т.е. направление вращения двигателя 1 и его угловую скорость. Для изменения направления вращения на обратную рукоятку сельсинного командоалпарата 11 поворачивают в противоположную сторону от исходного положения.

При внезапном ударном возрастании нагрузки на валу происходит стопорение двигателя 1, его скорость 62 резко уменьшается по кривой (фиг. 2). Соответственно быстро падает ЗДС двигателя 1, и возрастает ток якоря 1 g (фиг. 4) превышая в точке максимума уставку токоограничения,Уотс.. Производные (М/оИ и a3 скачкообразно изменяются (фиг. 3 и 5}. Их алгебраическая сумма (- — + -у ) выделяемая блоком оп4(OD С а

ott. Д ределения режима ударного стопорения (15-19), возрастает во времени с производной, примерно вдвое превышающей с

7 7448

Форсирующие звенья 15 и 16 входящие в блок определения режима ударного стопорения, имеют передаточную функцию и(р )- K „(+ O ), где

5 с

Я +Р RgRg

Кр= "R ) R+R о л г.

Демпфирующий резистор R служит з для уменьшения собственных колебаний контура, его величина мала и незначительно отражается на передаточной функции /(.

На входы суммирующего усилителя 19 подаются следу|ощие сигналы: 15 с форсирующего звена 15:-(K,,ñÌ/Î Íê,ж), с форсирующего звена 16:;Кто /Ж+К4i, с промежуточного усилителя 17 - т о, с промежуточного усилителя 18 ; 41дНа выходе блока, т.е. на выходе сумми-2о рующего усиа теля 19 при стопоре нии скачком появляется напряжение

0 =uК =>1

О1 р С (л дс -ЗД no< / где A — коаффициент, При появлении скачкообразного сигнала на выходе суммирующего усилителя

19 перекьточается триггер 21. Исчезает зо напряжение на управляющем электроде первого коммутационного элемента 14.

Бсли контакт выключателя 22 открыт, то происходит лишь исчезновение сигнала на входе регулятора 10 тока, и двига35 тель форсированно замедляется в режиме рекуперативного торможения, Благодаря применению быстродействующего контроля момента начала стопорения процесс торможения начинается рань40 ше, чем в известной схеме с ограни ением выходного сигнала регулятора часI тоты вращения, а также в схеме с токовой отсечкой, что дает возможность уменьшить пик тока и механические перегрузки, 45

Дти осуществления более эффективной защиты как двигателя, так и механичеоких звеньев привода в схеме производит-. ся компенсация составляющей ударного момента, вызванной кинетической анергией, запасенной системой. Величину ударS0 ного момента можно существенно снизить, изменив знак (направление) момента двигателя с тем чтобы он не суммировался а вычитался йз составляющей, которая

55 вызывается кинетической анергией двигат&ля и движущихся частей механизма.

Для осуществления этого принципа в схеме замыкают контакт выключателя 22, 83 8

При появлении сигнала на выходе усилителя 19 одновременно с первым срабатывает второй Kîììóòàöèонный элемент

23. От олока 20 логики запоминающего направление вращения двйгателя 1 до начала стопорения (полярность задающего напряжения), на вход регулятора тока

1С подается сигнал, полярность которого противоположна полярности сигнала на входе этого регулятора до момента стопорения, Знак электромагнитного момента двигателя меняется на обратный.

В результате уменьшается результирующий момент, действующий на механические звенья привода, Сигнал на выходе суммирующего усилителя 19 исчезает второй коммутационный алемент 23 открывается, и напряжение на входе регулятора 10 тока исчезает (фиг, 6), Для последующего включения привода вручную либо автоматически переключают триггер 21 (c помощью блока возврата 24). Система может быть трехконтурной (содержать дополнительный контур регулирования напряжения), вместо двух отдельных коммутационных элементов может использоваться один комбинированны;", для автоматического возврата механизма в исходное положение вход блока

20 логики может быть соединен с выходом триггера 21.

Преимущества заявляемого электропривода заключаются в быстродействующей электронной защите, основанной на фиксации момента начала ударного снижения скорости при внезапном стопорении и компенсации (частичной или полной) кинетической составляющей суммарного момента на валу двигателя и в кинематических звеньях путем кратковременного изменения знака (направления) алектромагнитного момента двигателя, Предлагаемая схема обеспечивает эффективную защиту двигателя, передач и рабочих органов механизма, удлинение срока их службы, повышение выпуска продукции за счет уменьшения простоев оборудования, Формула изобретения

Х. Злектропривод постоянного тока, содержащий алектродвигатель, подключенный к реверсивному преобразователю с системой управления,. выполненной по принципу под яненного регулирования с последовательно вколоченными задатчиком частоты вращения, регуляторами частоты вращения и. тока и соединенными со входами соответствующих регуляторов датчиками частоты вращения и тока, отличающийся тем, что, с целью обеспечения эффективной защиты двигателя и механизма от поломок при ударном стопорении, электропривод содержит блок определения режима ударного стопорения, два коммутационных элемента, блок логики и триггер, причем входы блока определения режима ударного стопорения связаны с датчиками тока якоря и частоты вращения электродвигателя, входы блока логики соединены с выходами блока определения режима ударного стопорения и задатчика частоты вращения, между регулятором частоты вращения и регулятором тока включен первый коммутационный элемент, между выходом блока логики и входом регулятора тока включен второй коммутационный элемент, а управляющие входы указанных коммутационных элементов, первого через триггер, а второго непосредственно, соединены с выходом блока определения режима ударного стопорения.

2, Электропривод по п. 1, о т л и— чаю щийся тем, что, с целью повышения быстродействия и ограничения

44883 10 помех, блок определения режима ударного стопорения содержит два форсирующих звена,--два промежуточных усилителя и суммирующий усилитель с релейной характеристикой, причем входы первого форсирующего звена и первого промежуточйого усилителя связаны с датчиком тока якоря, входы второго форсирующего звена и второго промежуточного усилителя свя10 заны с датчиком частоты вращения, а выходы форсирующих звеньев и промежуточных усилителей соединены со входами суммирующего усилителя.

15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сиротин А.А. А втоматическое упра вление электроприводами. М., Энергия, 1969, с. 327, 2. Алексеев Н. И. и Мительман М, В.

Запаздывание действия токовой отсечки в системе Г-Д при внезапном стопорении электродвигателя — Сб. статей " Электропривод", 1975, вып. 6(41), с. 7-10.

3, Патент Швеции № 320432, кл. 21 с 46/51, 1970. 4. Гарнов B. К, и др. Унифицированные системы автоуправления электроприводом в металлургии. М., Маталлургия,, 3о 1977, с. 54,