Способ ограничения нагрузок электропривода и устройство для его осуществления

ОПИЮИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 21,12.76 (21) 2432004/24-07 с присоединением заявкиМ, Кл.аН 02 Р Государственный комите СССР по делам изобретении и открытий(45) Дата опубликования описания 15.10.79(71) Заявител Московский ордена Трудового Красного Знамен женерно-строительный институт им. В. В. Куйбыш(54) СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ НАГРУЗОК ЭЛЕКТРОПРИВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯИзобретение относится к области управления электроприводами, а именно, к средствам ограничения нагрузок электроприводов, работающих с частыми перегрузками и стопорениями, например, электроприводов прокатных станов, землеройных машин.Известен способ ограничения нагрузок в электроприводе путем введения отрицательной обратной связи по току, подаваемой йа вход регулятора тоКа, причем при достиже нии током заданного максимального значения коэффициент обратной связи по току увеличивают, увеличивая эффективность токоограничения 11. Этот способ обеспечивает эффективное ограничение тока (а сле довательно, при неизменяемом потоке возбуждения двигателя - электромагнитный момент двигателя) в пуско-тормозных режимах. Однако в режимах нагружения при быстром возрастании момента нагрузки 20 двигателя, когда вследствие инерционности двигателя изменение величины тока отстает от изменения момента нагрузки двигателя, включение эффективного ограничения путем увеличения коэффициента отрицатель ной обратной связи по току будет осуществляться после достижения током заданного максимального значения, в то время как момент нагрузки двигателя будет значительно превышать это максимальное зна чение, что и определяет недостаточную эффективность этого известного способа в динамических режимах нагружения.Известен также способ ограничения нагрузок в электроприводе по системе генератор в двигате путем введения в цепь обмотки возбуждения генератора активного сопротивления, шунтируемого ключом, управляемым непосредственно в функции динамических нагрузок двигателя 2. В соответствии с этим способом при превышении нагрузкой заданной величины ключ запирают и вводят в цепь обмотки возбуждения генератора резистор, что обеспечивает уменьшение и реверсирование тока, а вследствие этого, и уменьшение динамических нагрузок на двигатель,Эффективность такого способа снижения нагрузок ограничивается тем, что он начинает осуществлять ограничение лишь после превышения нагрузкой заданного (фактически допустимого) значения.Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является способ ограничения нагрузок, заключающийся в том, что при превышении моментом нагрузки двигателя допустимого значения на вход системы управления преобразователем, питающим двигатель, подают сигнал отрицательной обратной связи, осуществля6920423динамических пер егру- д 20 25 30 35 40 45 55 5065 ющий снижениезок 31.Устройство для реализации этого способа в электроприводе, выполненном по системе подчиненного регулирования с питающим двигатель преобразователем и контуром регулирования скорости, содержит регулятор тока и, образующий контур отрицательной обратной связи по току датчик тока, подключенный ко входу регулятора тока, а также датчик момента нагрузки двигателя, выполненный в виде последовательно соединенных датчика ускорения и датчика электромагнитного момента двигателя, причем датчик момента нагрузки двигателя через опорный элемент соединен со входом управления преобразователем, питающим двигатель, образуя отрицательную обратную связь по моменту нагрузки двигателя,Указанный способ и устройство для его реализации осуществляет введение отрицательной обратной связи по моменту нагрузки двигателя лишь после превышения им допустимого значения, что снижает эффективность ограничения этих нагрузок. При этом уменьшить уставку ограничения момента нагрузки для увеличения этой эффективности по известному способу нельзя, так как в этом случае в статических режимах нагружения максимальная величина тока будет определяться действием отрицательной обратной связи по моменту нагрузки, уставка которой уменьшена по сравнению с допустимой, т. е, максимальное значение тока будет меньше допустимого, что приведет к недоиспользованию возможностей привода в этих режимах. Кроме того, при введении отрицательной обратной связи по моменту нагрузки двигателя одновременно действует и отрицательная обратная связь по току, подаваемая на вход регулятора тока, и определяемое этим изменение выходного сигнала регулятора тока замедляет изменение тока и уменьшает эффективность ограничения момента нагрузки двигателя,Цель изобретения - уменьшение максимальных динамических нагрузок.Эта цель достигается тем, что сравнивают модули сигналов, пропорциональных току и моменту нагрузки двигателя, и вводят отрицательную обратную связь по току, еслимодуль пропорционального ему сигнала больше модуля сигнала, пропорционального моменту нагрузки, или отрицательную обратную связь по моменту нагрузки двигателя, если модуль пропорционального ему сигнала больше модуля сигнала, пропорционального току двигателя.Устройство для реализации предложенного способа в электроприводе, выполненном по системе подчиненного регулирования с питающим двигатель преобразователем и контуром регулирования скорости, содержащем регулятор тока, и образующий контур отрицательной обратной связи по току атчик тока, подключенный ко входу регулятора тока, а также датчик момента нагрузки двигателя, отличается тем, что в него дополнительно введены два блока выделения модуля сигналов, релейный операционный усилитель сравнения с двумя входами и стабилизатором в цепи его обратной связи, а также суммирующииусилитель с двумя входами и блоком регулируемого ограничения в цепи его обратной связи, причем входы блоков выделения модуля подключены к выходам датчиков тока и момента нагрузки двигателя, а их выходы - к двум выходам релейного операционного усилителя сравнения, выход которого подключен ко входам опорных напряжений блока регулируемого ограничения, включенного в цепи обратной связи суммирующего усилителя, два входа которого подключены к выходам датчиков тока и момента двигателя, а выход - ко входу регулятора тока,Сущность изобретения поясняется чертежом. На нем представлено устройство, реализующее предложенный способ в электро- приводе, выполненное по системе подчиненного регулирования с питающим двигателем 1, преобразователем 2 и контуром регулирования скорости с регулятором 3 и датчиком скорости 4, которое содержит контур регулирования тока с регулятором 5 тока и датчиком тока б, подключенным ко входу регулятора тока 5 и образующим контур отрицательной обратной связи по току, осуществляющим ограничение величины тока при ограничении выходного сигнала регулятора скорости 3, подключенного ко входу регулятора тока 5, а также датчик момента нагрузки двигателя 7.В устройство дополнительно введены два блока выделения модуля сигналов 8 и 9, релейный операционный усилитель сравнения 10 с двумя входами и стабилитроном 11 в цепи его обратной связи, а также суммирующий усилитель 12 с двумя входами и блоком 13 регулируемого ограничения в цепи его обратной связи. Входы блоков 8 и 9 выделения модуля подключены к выходам датчиков тока б и момента нагрузки двигателя 7, а их выходы подключены к двум входам релейного операционного усилителя сравнения 10. Выход последнего подключен ко входам опорных напряжений блока регулируемого ограничения 13 суммирующего усилителя 12, два входа которого подключены к выходам датчиков тока б и момента нагрузки двигателя 7, а его выход подключен ко входу регулятора тока.Сущность предложенного способа заключается в следующем. Если величина сигнала, пропорционального току, по модулю больше величины сигнала, пропорционального моменту нагрузки двигателя, что имеет место в,нормальных рабочих режимах в процессе разгона, торможения и реверса5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 двигателя, вводят отрицательную обратную связь по току и осуществляют регулирование тока и его ограничение допустимой величиной.Поскольку в указанных режимах вызываемое изменением управляющего сигнала отклонение величины тока от величины внешних нагрузок на двигатель определяет дополнительные динамические нагрузки, тем самым обеспечивается ограничение равной их алгебраической сумме общей величины нагрузки. Одновременно ограничение тока обеспечивает защиту электрических цепей от выхода за пределы допустимых режимов.Если же модуль сигнала, пропорциональ ного моменту нагрузки двигателя, больше модуля сигнала, пропорционального току, что имеет место в режимах нагружения, именно момент нагрузки двигателя представляет наибольшую опасность для электропривода, При этом вводят отрицательную обратную связь по моменту нагрузки двигателя, обеспечивая его регулирование и ограничение допустимой величиной.Такой способ ограничения, при котором вводят сигнал отрицательной обратной связи либо по току, либо по моменту нагрузки двигателя, в зависимости от того, какая из этих величин больше по модулю, т. е. какая из этих величин представляет большую опасность для электропривода, обеспечива. ет снижение максимальных динамических нагрузок и, тем самым, повышает надежность электропривода.Устройство, реализующее этот способ, работает следующим образом.Выходные сигналы блоков выделения модуля тока 8 и модуля момента нагрузки двигателя 9 имеют противоположные знаки.Если сигнал с выхода блока 8 выделения модуля тока больше сигнала с выхода блока 9 выделения модуля момента нагрузки двигателя, стабилитрон 11 закорачивает цепь обратной связи операционного усилителя сравнения 10 и выходное напряжение последнего равно нулю. При этом равно нулю опорное напряжение блока 13 регулируемого ограничения в цепи обратной связи суммирующего усилителя 12, вследствие чего выходной сигнал суммирующего усилителя 12 отсутствует, а на вход регулятора тока 5 поступает только сигнал с выхода датчика тока 6, т. е. обеспечивается введение отрицательной обратной связи по току, что и требуется в данном режиме в соответствии с предложенным способом.Если же сигнал с выхода блока 9 выделения модуля момента нагрузки двигателя больше сигнала с выхода блока 8 выделения модуля тока, на выходе релейного операционного усилителя сравнения 10 появляется напряжение, ограничиваемое стабилитроном 11, которое подается на входы опорных напряжений блока 13 регулируемого ограничения в цепи обратной связи суммирующего усилителя 12, увеличивая ограничение выходного напряжения этого суммирующего усилителя 12 от нуля до его допустимого значения, т. е. отпирается усилитель, который в первом из рассмотренных случаев был заперт нулевым значением напряжения ограничения,При этом выходное напряжение суммирующего усилителя 12 будет определяться разностью сигналов, подаваемых на два его входа с выхода датчиков тока 6 и момента нагрузки двигателя 7 с разными знаками, т, е. его выходной сигнал пропорционален разности сигналов, пропорциональных моменту нагрузки двигателя и току. Этот сигнал подается на вход регулятора тока 5 и складывается здесь с сигналом, поступающим на тот же вход непосредственно с выхода датчика тока 6, в результате чего суммарный сигнал, подаваемый на вход регулятора тока, будет пропорционален моменту нагрузки двигателя, т. е. в этом режиме обеспечивается введение отрицательной обратной связи по моменту нагрузки двигателя, что соответствует реализации предложенного способа в данном режиме, 11 ри этом регулятор тока 6 фактически становится регулятором момента нагрузки двигателя, обеспечивания регулирование и ограничение этого момента,В режиме нагружения, когда вследствие инерционности двигателя момент нагрузки двигателя увеличивается быстрее тока и представляет большую опасность для элек-. тропривода, введение обратной связи по моменту нагрузки двигателя вместо обратной связи по току обеспечивается сразу же пос ле начала этого режима еще до достиже. ния максимального значения, вследствие че го осуществляется заблаговременное вклю чение ограничения наиболее опасной в данном режиме нагрузки, исключается запаздывание включения этого ограничения в режиме нагружения и эффективное его действие до момента, когда сигнал, пропорциональный моменту нагрузки двигателя, по модулю станет меньше сигнала, пропорционального току, т. е. в любой момент устройство обеспечивает ограничение большего, 50 т, е. наиболее опасного для электропривода,сигнала.Реализация предложенного способа ограничения нагрузок электропривода может быть осуществлена не добавлением в одном 55 из режимов к сигналу, пропорциональномутоку с датчика тока 6, сигнала с выхода суммирующего усилителя 12, пропорционального разности сигналов с выхода датчика момента нагрузки двигателя 7 и с выхода датчика тока 6, как в предложенном устройстве, а непосредственным включением и отключением каналов, связывающих датчики 6 и 7 со входом регулятора тока 5, в зависимости от того, по какому сигналу необходимо вво692042 25 Составитель В. Кузнецов Корректор А, Галахова Техред Л. Расторг едактор В. Луаказ 2925/1629 Тираж 8 одписно ография, пр. Сапунова,дить обратную связь в каждом из рассмотренных режимов, При этом исключается связь между выходом датчика тока 6 и одним из выходов суммирующего усилителя 12, однако необходимо дополнительно меж ду выходом датчика тока 6 и входом регулятора тока 5 включить ключевой элемент (например, аналогичный усилителю 12 с блоком регулируемого ограничения 13 в цепи его обратной связи) и узел управления 10 этим ключевым элементом.Предложенный способ ограничения нагрузок электропривода и устройство для его реализации обеспечивают получение адаптивных свойств системы, в которой осу ществляется изменение структуры введением отрицательной обратной связи по току или моменту нагрузки двигателя в зависимости от того, какая из этих величин представляет большую опасность для элек тропривода, чем увеличивается эффективность ограничения нагрузки и уменьшаются максимальные динамические нагрузки,Формула изобретения 1. Способ ограничения нагрузок электро- привода, заключающийся в измерении тока и момента нагрузки и подаче этих сигналов в систему управления электропривода, о т личающийся тем, что, с целью уменьшения максимальных динамических нагрузок, сравнивают модули сигналов, пропорциональных току и моменту нагрузки двигателя, и подают в систему управления сиг нал отрицательной обратной связи по току, если модуль пропорционального ему сигнала больше модуля сигнала, пропорционального моменту нагрузки двигателя, или сигнал отрицательной обратной связи по мо.менту нагрузки двигателя, если модульпропорционального ему сигнала больше модуля сигнала, пропорционального току двигателя.2, Устройство для осуществления способапо п. 1, содержащее последовательно включенные регулятор скорости и регулятор тока с подключенными к их входам соответ-ствующими датчиками, датчик момента нагрузки двигателя и преобразователь, к которому подключен якорь двигателя, отл ич а ю щ ее с я тем, что в него дополнительно введены два блока выделения модулясигналов, релейный операционный усилитель сравнения с двумя входами и стабилитроном в цепи его обратной связи, а также суммирующий усилитель с двумя входами и блоком регулируемого ограничения вцепи его обратной связи, причем входыблоков выделения модуля подключены квыходам датчиков тока и момента нагрузкидвигателя, а их выходы - к двум входамрелейного операционного усилителя сравнения, выход которого подключен ко входамопорных напряжений блока регулируемогоограничения, включенного в цепь обратнойсвязи суммирующего усилителя, два входакоторого подключены к выходам датчиковтока и момента нагрузки двигателя, а выход - ко входу регулятора тока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР368705, кл, Н 02 Р 5/06, 1969,2. Авторское свидетельство СССР216083, кл, Н 02 Р 5/00, 1966.3. Авторское свидетельство СССР312356, кл. Н 02 Р 5/06, 1968 (прототип),ю