SU855910A1 - Способ управлени электроприводом посто нного тока и устройство дл его реализации - Google Patents

Description

,чиком частоты вращени  на валу. Якорь электродвигател  присоединен к регулируемому источнику посто нного напр жени , а обмотка возбуждени  присоединена к вентильному возбудителю , имеющЬму иа входе интегральный регул тор тока возбуждени . Устройство содержит датчики тока  кор  и тока возбуждени , узел задани  величины момента, блок вычислени  действительного значени  момента злектродвигател , узел сравнени  действительного и заданного значений момента, реостат с сервомотором,  кор которого присоединен к выходу узла сравнени , а выход реостата соединен с задающим входом регул тора возбуждени  1.

Недостатком зтого способа и устройства, его реализующего,  вл етс  то, что в них не учитываетс  вли ние изменений напр жени  на  коре и тока возбуждени  на коммутацию. Кроме того, в них не предусматриваетс  ограничение ударов при выборе зазоров в передачах и рывков при выборе слабин канатов, что не дает возможности их использовани  в электроприводе буровых установок и экскаваторов. Известен способ регулировани  скорости

электродвигател  посто нного тока, которым предусматриваетс  регулирование тока возбуждени  в функции тока  кор  в определенной зоне, что обеспечивает при регулировании скорости выше номинальной механические характеристики , близкие к характеристикам электропривода с посто нной мощностью иа ваггу 2. Недостатками этого способа  вл ютс : необходимость дл  его осуществлени  применени  электродвигателей со специально подобранными параметрами, а также то, что в нем не учитываютс  законы, определ ющие изменение допустимой величины тока  кор  при изменении режима электродвигател . Кроме того, применение этого способа затруднено дл  реверсивных быстродействующих электроприводов.

Известен также способ, который предусматривает регулирование автономного электропривода посто нного тока, включающего систему генератор посто нного тока - электродвигатель В нем измер ют напр жение на  коре и ток  кор  генератора, сравнивают зти велич;1шы с уставками, перемножают большие из сравниваемых сигналов и поддерживают сигнал )1роизведени  на заданном уровне посредством воздействи  на ток возбуждени  генератора и изменени  тока возбуждени  двигател  в тока  кор  генератора, а также сравнивают сигнал пропорциональный току возбуждени  двигател  с сигналом, пропорциональным току  кор  генератора и воздействуют разностным сигналом на систему регулировани  тока возбуждени  электродвигател  3.

Однако этот способ может бьггь использован только при компактном расположении генератора и двигател , так как электродвигатели посто ниого тока мощностью 1000-500 кВт, требуемые Д1М бзфовых установок и больщинства экскаваторов и строительных кранов, могут быть выполнены только на относительно низкие налр жеш1 . Крочю того, применение индивидуальных генераторсш, неизбежшгх при нх выполнении На посто нном токе в таких механизмах, как буровые установки, экскаваторы и строительные краны, увеличивает мощность устанавливаемого оборудовани  и затрудн ет резервирование . Недостатком этого способа  вл етс  также и то, что он не учитывает ограничени  режимов работы электропривода по услови м коммутации . Реализаци  этого способа потребует такхое второго источника питани , предпочтительно переменного тока, дл  питани  систем регулировани  тока Возбуждени .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  способ управлени  электроприводом посто нного тока, согласно которому измер ют ток  кор  и ток возбуждени  электродвигател , напр жение на его  коре и напр жение питающей сети, из которого выдел ют сигнал, пропорциональный амплитуде , при этом сигнал задани  максимально допустимого тока  кор  регулируют в функции измеренных сигналов тока возбуждени  и напр жени  на  коре, а величину тока возбуждени  - в функции измеренного сигнала тока  кор , причем ограничение нижнего уровн  тока возбуждени  поддерживают посто нным, а верхний уровень измен ют в функции амплитуды напр жени  питающей сети 4.

Устройство дл  реализации способа управлени  электроприводом посто нного тока, содержащее уп{%вл емые преобразователи в цепи  кор  электродвигател  и его обмотки возбуждени , псюледовательно включенные задатчнк напр жени  на  коре, регул тор напр жени  и регул тор тока, ко входам которых подключены соответственно датчики напр жени  и тока  кор , а также регул тор с блоком ограничени  и датчик тока возбуждени , блок ограничени  тока  кор , включенный в цепь обратной св зи регул тора напр жени , к управл ющему входу которого подключен сумматор, и два блока нелинейности.

Недостатком этих способа и устройства  вл етс  неполный учет требований, возникающих при автономном питани  или ограниченной мощности, которую надо подводить к рабо${м органам механизма, при ограничении мощности, подводимой к рабочим органам механизма , или реактивной мощности, потребл емой тирнсторным преобразователем при питаНИИ его от синхронного генератора соизмеримой мощности.

Цель изобретени  - ограничение величины потребл емой электроприводом мощности автономного источника питани  и ограничение мощности , подводимой к рабочему органу механизма .

Поставлеина  цель достигаетс  тем, что в известном способе дополнительно определ ют потребхг емую электроприводом активную и реактивную мощность, сравнивают полученные сигналы с сигналами задани  этих параметров, и при превышении активной мощностью допустимого значени  ограничивают сигнал задани  напр жени  на  коре электродвигател , а при превыщении реактивной мощностью допустимого уровн  ограничивают сигнал задани  на предельно допустимый ток  кор .

В устройстве поставленна  цель достигаетс  тем, что в него дополнительно введены датчики активной и реактивной мощности, задатчики допустимого уровн  активной и реактивной мощности, трансформаторы тока и напр жени , два компаратора, транзистор, диодно-мостова  схема, и три резистора, при этом выход задатчика напр жени  иа  коре соединен со входом мостовой схемы, три плеча которой образованы резисторами, а четвертое - диагональю переменного тока диодно-мостовой схемы, в диагональ посто нного тока которой включен переход коллектор- эмиттер транзистора, база которого соединена с одним из выходов первого компаратора, второй выход которого соединен с эмиттером транзистора, входы первого компаратора подключены к выходам задатчика допустимого уровн  и датчика активной мощности , входы которого вместе со входами датчика реактивной мотцности подключены к выходам трансформаторов тока и напр жени , включенным на входе переменного тока вентильного преобразовател  в цепи  кор  электродвигател , а выход датчика реактивной мощности вместе с выходом задатчика допустимого урювн  реактивной мощности соединен со входами второго компаратора, выход которого подключен ко входу сумматора.

На чертеже приведена функциональна  схема устройства.

Устройство содержит  корь 1 з;юктродвигател , вход датчика 2 напр жени  на  коре присоединен последовательно со входом датчика 3 тока  кориой цепи к выходу тиристорного преобразовател  4. Вход тиристорного преобразовател  4 соединен с выходом регул тора 5 тока  кор , к первому входу которого подключен выход датчика 3 тока  кор . Ко второму входу регул тора 5 тока  кор  присоединен выход регул тора 6 напр жени  на  коре и один из входов переменного тока диодной мостовой схемы 7, выполн ющей функции блока ограничени  тока  кор , второй вход переменного тока которой соединен со входом регул тора 6 напр жени  на  коре, к другим входам которого подJ соединены выход датчика 2 напр жени  на  коре и выход мостовой схемы, образованной трем  равными ртзисторами 8-10, и диагональю переменного тока диодной мостовой схемы 11. К общей точке резисторов 8 и 9 присоединены один

Q из выходов задатчика 12 допустимого уровн  напр жени  на  коре. Второй вывод задатчика 12 присоединен к обшей точке резистора 10 и одного из входов переменного тока диодномостовой схемы 11, второй вход переменного

5 тока которой вместе с одним из выводов резисторов 8 присоединен к общей точке входов регул тора 6 напр жени . К положительному выводу ди одно-мостовой схемы 11 подключен коллекторный транзистора 13 проводиQ мости п-р-п,к отрицательному выводу диодномостовой схемы 11 присоединен эмигтерный вывод транзистора 13 и один из выходов первого компаратора 14. К первому входу компаратора 14 присоединен выход задатчика 15 до5 пустимого уровн  напр жени , ко второму входу присоединен выход датчика 16 активной мощности . Входы датчика 16 активной и датчика 7 реактивной мощности присоединены к выходу трансформатора 18 тока и соединены со вхор дом датчика 19 амплитуды напр жени , питающего гиристорный преобразователь 4. Выход датчика 17 вместе с выходом задатчика 20 допустимого уровн  реактивной мощности присоединен ко входу второго компаратора 21, выход которого присоединен к одному из входов сумматора 22, к двум другим входам которого подключены выходы блоков 23 и 24 нелинейности . К входу блока 23 нелинейности присоединен выход датчика 2 напр жени  на  коре

и входы переменного тока диодно-мостовой схемы 25 (блока ограничени  тока возбуждени ), к положительному зажиму которой подключен положительный зажим датчика 19 и один из выводов резистора 26, второй вьгаод кото , рого соединен с одним из выводов регул тора 27 тока возбуждени  и с отрицательным зажимом датчика 19. К другим входам регул тора 27 тока возбуждени  присоединены отрицательный вывод диодно мостовой схемы 25, выход датчика 28 тока возбуждени  и выход блока 29 нелинейности, вход которюго соединен с выходом датчика 3 тока  кор . К выходу регул тора 27 тока возбуждени  присоединен вход управл емого преобразовател  30, к выходу

которого подключена последовательно со входом датчика 28 тока возбуждени  обмотка 3 возбуждени  электродвигател  1. Первична  обмотка трансформатора 18 тока включена последовательно в один фазовый провод сети по785

ременного тока, питающей преобразователь 3, к той же фазе присоединен вход датчика 19 амплитуды напр жени . Между выходом регул тора 27 тока возбуждени  и входом блока 24 нелинейности включен блок 32 нелинейности. Устройство работает следующим образом. При отсутствии сигнала на выходе задатчика 12 напр жени  нет сигнала задани  иа входах регул тора 6 напр жени  на  коре, регул тора 5 тока  кор  и преобразовател  3. Позтому отсутствует сигнал на выходе преобразовател  3, на выходе датчика 2 напр жени , на  коре и на выходе трансформатора 18 тока. Следовательно, ток возбуждени , определ емый напр жением на выходе блока 29 нелинейноети , минимален и минимально напр жение на выходе датчика 28 тока возбуждени , что определ ет небольшое напр жение на выходе сумматора 22. Отсутствие сигнала на выходе трансформатора 18 тока обуславливает отсутствие сигнала на выходе датчиков 16 и 17 активной и реактивной мощности компараторов 14 и 21, закрытое состо ние транзистора 13, что определ ет работу мостовой схемы, состо щей из резисторов 8-10, и диодно-мостовой схемы 11. в качестве делител . При по влении сигнала задани  на выходе задатчика 12 половина зтого сигнала поступает на вход регул тора 6 напр жени , напр жение на выходе которого ограничено сначала небольшой величиной, обусловленной небольшим напр жением на выходе сумматора 22, приложенным встречно к выходам посто нного тока диодно-мостовой схемы 7 Под действием зтого напр жени  по вл етс  сигнал на входах и выходах регул тора 5 тока  кор , преобразовател  4, датчиков 2 и 3, за счет чего образуютс  необходимые дл  стабильной работы привода обратные св зи по току  кор  и напр жению. По вление сигнала на выходе датчика 3 до выбора зазора в передачах и слабин в канатах не приводит к большому току, вследствие чего выбор зазоров в передачах произвегдитс  с малым моментом, т.е. ограниченной силой удара после окончани  зтого режима. По вление тока в  корной цепи злектродвигател  обуславливает по вление небольшого сигнала на выходе трансформатора 18 тока и небольишх сигналов на выходе датчика 16 активной мощности 3лек тродвигател  и датчика 1 реактивной мощности электродвигател . Так как сигналы на выходе датчиков 16 и 17 активной и реактивной мощности в зтом режиме меньше, чем сигналы на выходе задатчиков 15 и 20 допустимого уровн  соответственно активной и реактивной мощности на входе пре образовател  3, то на выходе компараторов 14 и 21 сигналы отсутствуют.

Claims (4)

1. Сигнал на выходе датчика 19 амплитуды напр жени , питаюшего тиристорный преобразователь 2, обуславливает протекание тока по резистору 26, падение от зтого тока запирает выход диодно-мостовой схемы 25, вследствие чего в этом режиме отсутствует св зь между выходом датчика 2 напр жени  и входом регул тора 27 тока возбуждени . После окончани  выбора зазоров или слабин канатов ток в  корной цепи электродвигател  1 становитс  больнш и под действием этого тока  корной цепи происходат увеличение сигнала на выходе блока 29 нелинейности и, следовательно, сигнала на входе и выходе регул тора 27 тока возбуждени  и преобразовател  30. Увеличение сигнала на выходе регул тора 27 тока возбуждени  и преобразовател  30 в этом режиме обуславливаетс  пониженным (вследствие электромагнитной инерционности обмотки 31 возбуждени  электродвигател  О сигналом обратной св зи тока возбуждени . Под действием увеличенного напр жени  на выходе преобразовател  30 начинаетс  рост тока в обмотке 31 возбуждени  и сигнала на выходе датчика 28 тока возбуждени . Одновременно происходит по вление напр жени  на выходе блока 32 нелинейности. Под действием увеличивающегос  сигнала на выходе датчика 28 тока возбуждени  и блока 2 нелинейности происходит увеличение сигнала на выходе сумматора 22 и дальнейший рост сигналов на выходе регул торов 5 н 21 тока  корной цепи и тока возбуждени . По мере роста тока возбуждени  растет сигнал на выходе датчика 28 тока возбуждени , а суммарный сигнал на входе регул тора 27 тока возбужденм  уменьшаетс , что приводит к постепенному уменьшению пр мого вли ни  величины напр жени  на выходе регул тора 27 тока возбуждени  на напр женй., на выходе сумматора 22. Положительна  св зь, действующа  по контуру; выход датчиков тока  кор  3 - вход блока 29 нелинейности - выход блока 29 нелинейности вход регул тора тока возбуждени  - выход регул тора тока возбуждени  27 - блок 32 нелинейности - сумматор 22-диодно-мостова  схема 7 - регул тор 6 напр жени  - регул тор тока  кор  - преобразователь 6 - датчик 3 тока  кор , обеспечивает надежное и быстрое нарастание тока возбуждени  к тока  корной цепи после окончани  выбора зазоров в передачах . Действие этой положительной обратной св зи снижаетс  с уменьшением форсировки на выходе регул тора 27 тока возбуждени  вследствие действи  более сильной обратной св зи по току возбуждени , подаваемой с выхода датчика 28 тока возбуждени , Таким образом, осуществл етс  адаптаци  контура регулировани  момента, т.е. тока  кор  и тока возбуждени , а следовательно, магистрального потока, к услови м до и после окончани  выбора зазора. При росте тока иа выходе преобразовател  3 растет на первом этапе разгона электродвигател  реактивна  мощность, потребл ема  преобразователем , что оказывает отрицательное вли ние на нагрев статорной и роторной обмот ки генератора, питающего преобразователь, а также вызывает искажение формы напр жени , что опасно дл  друтих преобразователей, питающихс  от данного генератора. Это отрицательное  вление устран етс  в данном изобретении следующим образом. Сигнал, пропордаональный реактивной мощности, получаемый на выходе датчика 17 реактивной мощности, сравниваетс  на входе компаратора 21 с сигналом, определ  ющим максимально допустимое значение этой мощности. При питании от данного генератора только одного преобразовател  сигнал задани  посто нен, а во всех других случа х определ етс  суммарной реактивной мощностью, потребл емой другими преобразовател ми от этого и других, параллельно с ним работающих генераторов . Сигнал на выходе компаратора 21 пропорционален превыщсник) фактического потреблеии  реактивной мощности над заданным уров нем и воздействует на вход сумматора 22 таким образом, что ограничивает напр жение на выходе регул тора 6 напр жени , ограничива  тем самым потребл емую преобразователем 3 реактивную мощность. По мере разгона электродвигател  1 растет напр жение на его  коре и активна  мощность, потребл ема  преобразователем 3. При этом растет сигнал на выходе датчика 16 активной мощности. Когда этот сиг нал на входе компаратора 14 станет больше, чем сигнал на выходе задатчика 15 допустимого уровн  активной мощности, то на выходе этого компаратора по вл етс  напр жение, пропорциональное разности этих сигналов. Под дей ствием этого напр жени , приложенного к переходу база - эмиттер транзистора 13, уменьщаетс  сопротивление перехода эмиттер - коллектор этого транзистора, что приводит к по в лению св зи между входом регул тора 6 напр жени  и выходом задатчика 12 напр жени , уменьцкнию напр жени  на выходе преобразовател  3 и ограничению потребл емой преобразователем 3 активной мощности. Одновремечио с разгоном  кор  электродвигател  1 и ростом напр жени  на выходе преобразовател  3 происходит увеличение напр жени  на выходе блока 23 нелинейности, вследствие чего и в соответствии с законами, определ ющими допустимую величину тока  кор , уменьшаетс  напр жение на выходе сумматора 22, регул тора 6 напр жени  и тока  кор  электродвигател  1. Поэтому уменьщаетс  сигнал на выходе датчика 3 тока  кор , блока нелинейЬости 29 и входе регул тора 27 тока возбуждени , что обуславливает после спадани  тока  кор  ниже номинального дальнейший разгон 8 10 электродвигател  до скорости, определ емой минимальным значением тока возбуждени , задаваемого блоком 29 нелинейности. С началом тормозного режима ток  корной цепи мен ег знак. При переходе его значени  через ноль исчезает сигнал задани  на входе регул тора 27 тока возбуждени , что приводит к дальнейщему снижению тока возбуждени , напр жени  на выходе сумматора 22 и, следовательно, тока  кор  и момента. Поэтому уменьшаетс  сигнал на выходе датчика 3 тока  кор , блока 29 нелинейности и ьходе регул тора 27 тока возбуждени , что обуславливает после спадани  тока  кор  ниже номинального дальнейший разгон электродвигател  до скорости, определ емой минимальным значением тока возбуждени , задаваемого блоком 29 нелинейности. Поэтому выбор зазоров в передачах или слабнн канатов производитс  при пониженном значении момента , что уменьшает силу ударов. ПосЛе начала тормозного режима происходит изменение знака активной мощности и знак сигнала на выходе датчика 16 активной мощности начинает совпадать по знаку с сигналом задатчика 16 допустимого уровн  активной мощности, компаратор 14 в этом режиме не образует на своем выходе сигнала, отпирающего транзистор 13, и в этом важном дл  ограничени  динамичрских усилий в механизме режиме мощность торможени  не ограничиваетс , что позвол ет существенно уменьшить веро тность поломок колонны бурильных труб или передач. Реактивна  составл юща  полной мощности в этом режиме не мен ет знака и ограничение тока  кор  по зтому критерию действует согласно описанному . Дальнейшее торможение определ етс  соотношением сигналов на выходе датчиков напр жени  2 и амплитуды напр жени  19. При чрезмерно быстром нарастании ЭДС  кор  1, напр жени  и тока  корной цепи или глубоком снижении напр жени  питани  может произойти опрокидывание инверторного режима. Это  вление устран етс  за счет того, что если сигнал на выходе датздка 2 напр жени  становитс  больше сигнала на выходе датчика 19 амплитуды напр жени , то на выходе посто нного тока диодно-мостовой схемы 25 по вл етс  сигнал, который огра1шчивает ток. Формула изобретени  1. Способ управлени  электроприводом посто нного тока, согласно которому измер ют ток  кор  и ток возбуждени  электродвигател , напр жение на его  коре и напр жение питающей сети, из которого выдел ют сигнал. ропорциональный амплитуде, при этом сигнал

   зайани  максимального допустимого тока  кор  регулируют в функции измеренных Сигналов тока возбуждени  и напр жени  на  коре, а величину тока возбуждени  - в функции измеренного сигнала тока  кор , причем ограничение нижнего уровн  тока возбуждени  поддерживают посто нным, а верхний уровень измен ют в фзнкции амплитуды напр жени  питающей сети, отличающийс  тем, что, с целью ограничени  величины потребл емой электроприводом мощности автономного источника питани  и ограничени  мощности, подводимой к рабочему органу механизма, определ ют потребл емую электроприводом активную и реактивную мощность, сравнивают полученные сигналы с сигналами задани  этих параметров , и при превыщении активной мощностью допустимого значени  ограничивают сигнал задани  напр жени  на  коре электродвигател , а при превышении реактивной мощностью допустимого уровн  ограничивают сигнал задани  на предельно допустимый ток  кор .
2. 2. Устройство дл  реализации способа по п. 1 содержащее управл емые преобразователи в цепи  кор  электродвигател  и его обмотки возбуждени , последовательно включенные задатчик напр жени  на  коре, регул тора напр жени  и регул тор тока, ко входам которых подключены cooTBeTCTBetmo датчики напр жени  и тока  кор , а также регул тор с блоком ограничени  и датчик тока возбуждени , блок ограничени  тока  кор , включенный в цепь обратной св зи регул тора напр жени , к управл ющему входу которого I подключен сумматор, и два блока нелинейности, отличающеес  тем, 410, с целью ограничени  величины потребл емой электроприводом мощности автономного источника питани  и мощности, подВОДИМОЙ к рабочему органу механизма, в него введены датчики активной и реактивной мощности , задатчшси допустимого уровн  активной и реактивнш мощности, трансформаторы тока и напр жени , два компаратора, транзистор, диодно-мостова  схема и три резистора, при этом выход задат жка напр жени  на  коре соединен со входом мостовой схемы, три плеча которой образованы резисторами,, а четвертое - диагональю переменного тока диодно-мостовой схемы, в диагональ посто нного тока которой включен переход коллектор - эмиттер транзистора, база которого соединена с одним из выходов первого компаратора , второй выход которого соединен с эмиттером транзистора, входы первого компаратора подключены к выходам задатчика допустимого уровн  и датчика активной мощности, входы которого вместе со входами датчика реактивной мощности подключены к выходам трансформаторов тока и напр жени , включенным на входе переменного тока вентильного преобразовател  в цепи  кор  электродвигател , а выход датчика реактивной мощности вместе с выходом задатчика допустимого уровн  реактивной мощности соединен со входами второго компаратора, выход которого подключен ко входу сумматора.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Патент ФРГ № 2005680, кл. 21 с 59/35, 1973.

   2.Патент Японии N 49-34406, кл. 55 С 2Ш.З, Н 02 Р 7/00, 1974.
3. 3.Авторское свидетельство СССР № 341694, кл. В 60 L 11/04, 1965.
4. 4.Авторское свидетельство СССР № 568131, кл. Н 02 Р 5/26, 1976.