Способ управления электродвигателем постоянного тока при ударной нагрузке

з Сфветскнк ециалистичес Республик ИЗОБ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к т. свид-ву(22) Заявлено 28.1076 (21) 2415483/22-0 присоединением зая Государственный номите СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯНПОГО ТОКА ПРИ УДАРНОЙ НАГРУЗКЕ Изобретение относится к области электротехники, преимущественно к управлению электродвигателями постоянного тока, снабженными замкнутыми системами автоматического регулирования и предназначенными для привода прокатных станов, например непрерывных или реверсивных станов горячей прокатки.Для таких электродвигателей харак-терен режим приложения ударной нагруз. ки к валу при захвате металла.Иззестна подчиненная система 111 авторегулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока со ф статическими (вентильными) источниками питания. В этой системе существует некомпенсируемая постоянная времени, определяемая фильтрами на выходе ре" гулятора и датчика тока, фильтром на входе системы импульсно-фазового управления, а также дискретностью вентильного преобразователя.Таким образом, благодаря указанным инерционностям и дискретным свой- аа ствам вентильных преобразователей указанная система в целом характеризуется существенно нелинейнымиразрывными характеристиками, что обуславливает повышение величины перерегулирования, а также увеличение времени реакции системы на входной сигналкак со стороны управляющего, так ивозмущающего воздействий, что приводит, в частности, к увеличению динамического падения частоты вращенияэлектродвигателя при ударной нагрузке. Для укаэанных электроприводов прокатных станов характерно также существенное влияние упругости валопровода привода валков на работу системы авторегулирования и элементов конструкции механических деталей и узлов этого валопровода и собственне прокатного электродвигателя.При этом частоты укаэанных колебаний линии привода валков прокатных станов лежат в пределах 16-60 гц, в пределах примерно 100-400 рад/сек. указанные частоты в несколько раз, а иногда и на целый порядок превышают частоту среза системы автоматического регулирования частоты вращения прокатного электродвигателя, которая, в частности, регламентируется коммутационной способностью электродвигателя, в основном скоростью нарастания его якорного тока.Известно, что с целью повышения динамической точностг регулирования, в частности, для уменьшения динамического падения частоты вращения электродвигателя при ударной нагрузке разработана система регулирования 21 которая действует по принципу комбинированного регулирования, т.е. с использованием сигналов по возмущению, в данном случае - по моменту прокатки.В указанной системе в качестве 10 сигнала, пропорционального возмущающему воздействию на валу электродвигателя,используется величина начального отрицательного ускорения привода, возникающая в момент приложения нагруз ки.Известно также устройство для управления главным приводом клети непрерывного прокатного стана 31, которое с целью предотвращения динамического падения скорости в момент захвата металла снабжено измерителем крутящих моментов, т.е. содержит датчик возмущения.Однако в нем сигнал от измерителя крутящего момента не подают в систему регулирования частоты вращения данной клети, а используют лишь как информацию о захвате металла валками.Существующие способы и устройства не устраняют нелинейности (разрыв- ЗО ности) характеристик систем регулирования, вызванной "дискретностью входящих в них элементов, что ухудшает динамические параметры системы.Наиболее близким к описываемому 35 изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ вибрационной линеаризации посредством вынужденных колебаний или автоколебаний управляющего элемента, воздействующего на электродвигатель 41 .Для режима вибрационной линеаризации посредством вынужденных колебаний или автоколебаний необходимо, в первом случае наличие специального45 источника этих колебаний, а во втором случае - создание в регуляторе гибкой положительной обратной связи со специальными параметрами цепей, обеспечивающими необходимый колебательный 50 режим исполнительных элементов.Кроме того, при осуществлении этого способа вибрационной линеаризации управление временем действия режима этой линеаризации не лимитировано. 55Тем не менее, для режима ударныхнагрузок целесообразно режим вибрационной линеаризации вводить в систему авторегулирования в момент приложения этой нагрузки к валу электро двигателя и отключать режим линсаризации после окончания переходного ,процесса изменения частоты вращения электродвигателя.С целью повышения быстродействия, надежности и уменьшения динамического падения частоты вращения электродвигателя измеряют ЭДС его подшипннковь 1 х токов, усиливают эту ЭДС, выделяют из нее высокочастотную составляющую, которую затем вводят в качестве сигнала вибрационной линеаризации в систему регулирования частотывращения электродвигателя.,На чертеже представлено устройство,реализующее предлагаемый способ.Оно содержит прокатный электродвигатель 1, шестеренную часть 2, валки 3, заземленный подшипник 4 прокатного электродвигателя, изолированныйподшипник 5 прокатного электродвигателя, изолирующую прокладку б, усилитель 7, емкость 8, резистор 9, формирователь 10 высокочастотных сигналов вибрационной линеаризации, систему 11 регулирования частоты вращенияэлектродвигателя, регулируемый источник питания 12 электродвигателя.Прокатный электродвигатель 1 черезшестеренную часть 2 вращает валки 3,прокатывающие заготовку 13.При этом подшипник 4 электродвигателя заземлен, а подшипник 5 изолирован от земли с помощью изолирующейпрокладки б.ЭДС подшипниковых токов электродвигателя, замеренная между изолированным подшипником 5 и землей, усиливается с помощью усилителя 7. Высокочастотная составляющая этой ЭДС,появляющаяся при возникновении крутильных колебаний валопровода и собственно вала электродвигателя принабросе нагрузки, т.е. при захватеметалла валками, выделяется с помощьюй-С фильтра, состоящего из емкости 8,резистора 9, и подается на вход формирователя 10 высокочастотных сигналов вибрационной линеаризации,Выход формирователя 10 связан свходом системы 11 регулирования частоты вращения электродвигателя 1.На другие входы этой системы поданы соответственно задающий сигнал14 управления, сигнал 15 обратнойсвязи по какому-либо параметру, например по частоте вращения электродвигателя, и сигнал 16, пропорциональный возмущающему воздействию на валуэлектродвигателя. Выход системы 11подключен ко входу источника питания 12. Система работает следующим образом.При захвате металла валками прокатного стана, вследствие упругости элементов линии валопровода системы электродвигатель-валки, возникают крутильные колебания этих элементов, в том числе и вала прокатного электродвигателя 1.В результате на вход Формирователя 10 поступает отФильтрованная й-С фильтром высокочастотная составляющая ЭДС подшипниковых токон, обуслонленная высокочастотными крутильнымиколебаниями вала электродвигателяи изменениями его магнитоупругихсвойств.В формирователе 10 зта ЭДС, имею"щая практически синусоидальную форму,масштабируется и подается на вход 5системы 11 в качестве высокочастотного сигнала вибрационной линеаризации.При необходимости в формирователе 10может осуществляться удвоение илиувеличение в большее количество раз 10частоты, отфильтрованной В-С фильтром ЭДС подшипниковых токов.На чертеже кривой 17 представленастатическая характеристика элементовсистемы регулирования 11, т.е. зависимость выходного сигналаы отвходного 0 . Такая характерйстикаобусловлена, например, дискретностьюсистемы импульсно-фазового управлениятиристорного источника питания и т.д.и является одной из причин повышенныхперерегулирования и динамическогоотклонения частоты вращения ЬПДэлектродвигателя при ударной нагрузке (см. кривую 18).Высокочастотная составляющая подшипниковых токов электродвигателя вфункции времени имеет вид, представленный на чертеже кривой 19, и характеризуется затуханием в соответствиис затуханиями крутильных колебаний 30системы валопровода после окончаниязахвата металла.В результате подачи на вход системы регулирования сформированной формирователем 10 высокочастотной состав ляющей ЭДС подшипниковых токов электродвигателя статическая характеристика системы регулирования линеаризуется и принимает вид представленныйна чертеже кривой 20, При этом динамическое отклонение частоты вращенияэлектродвигателя при ударной нагрузкеуменьшается (см. кривую 21),Таким образом, в предлагаемомспособе высокочастотная составляющая ЭДС подшипниковых токов электродвигателя, возникающая вследствиеизменения магнитоупругих свойств еговала при крутильных колебаниях линиивалопровода в режиме ударных нагрузок, является высокочастотным сигналом вибрационной линеаризации,При введении этого сигнала в систему регулирования исключается нелинейность характеристик элементов этой системы, вследствие чего уменьшается динамическое отклонение частоты вращения электродвигателя при ударных нагрузках.По окончании крутильных колебаний элементов линии валопровода, в том числе и вала электродвигателя, сигнал вибрационной линеаризации автоматически прекращает действовать, что является одним из достоинств предлагаемого способа.Формула изобретенияСпособ управления электродвигателем постоянного тока при ударной нагрузке преимущественно для привода валков прокатного стана, основанный на режиме вибрационной линеаризации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности и уменьшения динамического падения частоты вращения электродвигателя, измеряют ЭДС его подшипниковых токов, выделяют из нее высокочастотную составляющую, которую затем вводят в качестве сигнала вибрационной линеаризации в систему регулирования частоты вращения электродвигателя.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Фишбейн В,Г. Расчет систем подчиненного регулирования вентильного электропривода постоянного тока, Энергия, 1972, с. 9-11.2. Зеленов А.Б. и М.Ю. Файнберг. Комбинированная система стабилизации скорости автоматизированных электро- приводов постоянного тока. Электричество. 1969, Р 2.3. Авторское свидетельство Р 334626, кл. В 21 В 35/04, 12.06.69.4. Рязанов Ю.А. Проектированиесистем автоматического регулирования,Машгиз, 1968, с. 119-125..Абросимоврка Корректор М,По Составител Техред Н.Б едактор Н.Ви Заказ 1406 лиал ППП фПатент, г.ужгород, ул.Проектная,4 б Тираж 1033 ЦНИИПИ Росударственнопо делам иэобретени 113035, Москва, Ж,Подписноекомитета СССРи открытийаушская наб., д.4/