Устройство для тепловой защиты электродвигателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОМИТЕТ СССРИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫИПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН СГОж 13," АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ таллурги М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Авторское свидетельство СССРВ 765930, кл. Н 02 Н 5/04, 1977,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ,801372448 А 2 1) 4 Н 02 Н 5/04 7/08 гирующих на ток перегрузки. Цельюизобретения является повьпдение точности функционирования путем автоматической установки эоны нечувствительности регулятора положения исполнительного механизма. Цель достигается введением в устройство измерителя 23 коэффициента несимметрии,третьего элемента 24 сравнения итретьего блока 25 умножения. Это дает воэможность учитывать неравномерность нагрузки на двигатель, позволяядобиться оптимального режима егоработы. 4 ил.Изобретение относится,к схемам защиты электрических двигателей,реагирующих на ток перегрузок, может бытьиспользовано в г 7 рокатном производстве, например в системе автоматического регулирования толщины полосы,прокатываемой в прокатном стане,длятепловой защиты электродвигателейнажимных винтов, и является усовершенствованием изобретения по авт,св.У 765930,Цель изобретения - повышение точности функционирования путем автоматической установки зоны нечувствительности регулятора положения исполнительного механизма.На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства;на фиг 2 - кривая процесса управляющего воздействия системы автоматического регулирования электродвигателями нажимных винтов прокатнойклети с нанесенной зоной нечувствительности регулятора положения на 25 уровне +О ; на фиг.3 - график плотБ,ности распределения Г( - ); на фиг.4график функции распределения Р( в ),Фгде Б, - начальная зона нечувствительности регулятора положения;среднеквадратичное отклонение случаИного управляющего воздействия.Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 тока, первый 35квадратичный преобразователь 2, первый интегратор 3, составляющие датчик4 квадрата действующего значения токаякоря двигателя. Выходы датчика 4 изадатчика 5 максимально допустимого 40нагрева подключены к входу первого блока 6 деления, выход которого соединен спервым входом первого элемента 7 сравнения,выхацпоследнего подключен кпервому входу второго блока 8 деления. Выход второго блока 8 деленияподключен к входу первого блока 9 умножения. На второй вход второго блока 8 деления подключен выход второгоэлемента 10 сравнения, на входы которого подключены выходы задатчика 11и 12. Выход задатчика 13 зоны нечувствительности регулятора положениясоединен с вторым входом первого блока 9 умножения, выход последнего подключен к одному из входов регулятора14 положения исполнительного механизма. Задатчик 5 максимально допустимого нагрева выполнен из последовательно соединенных задатчика 15 квадрата номинального тока и второго интегратора 16.Выход датчика 17 управляющего воздействия подключен к входу измерителя 18 среднеквадратического отклонения управляющего воздействия, выход которого подключен к первому входу второго блока 19 умножения, на второй вход которого подключен выход задатчика 20 коэффициента;7 2 К где 1 - способность двигателя по токуК 7 - постоянный коэффициент.Устройство содержит также ключи 21 и 22, причем ключ 21 подключен к одному из входов регулятора 14 положения, а второй ключ 22 подключен параллельно входу 14 регулятора (шунтирующий ключ). Устройство содержит также измеритель 23 коэффициента асимметрии, третий элемент 24 сравнения и третий блок 25 умножения, при этом измеритель 23 коэффициента асимметрии состоит из последовательно соединенных измерителя 26 третьего центрального момента, четвертого блока 27 умножения, третьего блока 28 деления, а также третьего задатчика 29 коэффициента, выход которого соединен с вторым входом четвертого блока 27 умножения и кубического преобразователя 30, выход которого соединен с вторым входом третьего блока 28 деления, а его вход соединен с выходом измерителя 18 среднеквадратического отклонения, вход измерителя третьего центрального момента соединен с выходом датчика 17 управляющего воздействия. Выход третьего блока 28 деления соединен с первым входом третьего элемента 24 сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика 12 единичной функции, Выход третьего элемента 24 сравнения соединен с первым входом третьего блока 25 умножения, второй вход которого соединен с выходом задатчика 11 коэффициента перегрузочной способности двигателя. Выход третьего блока 25 умножения соединен с вторым входом первого элемента 7 сравнения и первым входом второго элемента 10 сравнения.1Устройство работает следующим образом.(1-К ),40 Е = Е6 45 С датчика 1 тока сигнал, пррпорциональной фактическому току контролируемого двигателя, поступает на вход квадратичного преобразователя 2, на выходе которого образуется сигнал, пропорциональный квадрату фактического тока, который поступает на вход интегрирующего устройства 3 и преобразуется в сигнал, пропорциональный10 интегралу квадрата тока:т101 =Т 1 (2)о где 1, - эквивалентный ток двигателя; Т - время интегрирования,Сигнал с интегратора 3 поступает на первый вход первого блока 6 деления, на второй вход которого поступает с выхода задатчика 5 максималь 20 ного допустимого нагрева сигнал,пропорциональный интегралу от квадрата номинального тока: где 1 - номинальный ток двигателя.С выхода первого блока 6 деления на вход элемента 7 сравнения поступает сигналт3 асТ 1 г(3)11 анНа второй вход элемента 7 сравнения и на первый вход элемента 10 сравнения поступает сигнал с задатчика 11 постоянной 3 и дополнительного7третьего блока 25 умножения где сигнал Кформируется на выходетретьего блока 28 деления и равно где- третий центральный момент управляющего воздействия, формируемый на выходе блока 26; Й - среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия, формируется на выходе блока 50 18, а 6 - на выходе кубического преЭобразователя 30; К = 1/6 - формируется на выходе блока 29. 55На второй вход второго элемента 10 сравнения поступает сигнал с задатчика 12 постоянной величины. С выхода элемента 10 сравнения на второй вход блока 8 деления поступает сигнал алгебраической суммы выходных сигналовзадатчиков 11 и 12 и третьего блока25 умножения. На выходе блока деления 8 формируется сигнал который поступает на первый вход блока 9 умножения, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 13,пропорциональный заданной зоне нечувствительности Б,. Указанные величиныперемножаются в блоке 9 умножения ис выхода последнего на вход коррекциирегулятора 14 положения поступаетсигнал, пропорциональный величинескорректированной зоны нечувствительности 11(1 К ) 1 11г( ) (1 э )г1 н В регуляторе положения устанавливается новая зона нечувствительностипри которой эквивалентный ток не превышает номинального, что удовлетворяет уСловию допустимого нагрева двигателя.С датчика 17 сигнал, соответствующий управляющему воздействию поступает в измеритель 18 среднеквадратичного отклонения, и с выхода последнего сигнала 6 поступает на первый вход блока 19 умножения. На второй вход блока 19 поступает сигнал с выхода задатчика 20 коэффициента, величина которого определяется в виде 1К (б)2 КгВ блоке 19 умножения величины К и ьперемножаются. С выхода блока 19 через ключ 21 на вход регулятора 14 поступает сигнал 11 = К Ь, пропорциональный такой зоне нечувствительности, при установке которой в регуляторе положения позиционной системы электродвигатели работают в режиме, обеспечивающем равенство эквивалентного тока и номинального токов двигателя. После установки Х, ключ 21 от 1372448ключает цепь расчета начальной эоны нечувствительности, а ключ 22 переключает на вход регулятора положения цепь управления,.Так как управляющее воздействие на входе регулятора положения является стационарным случайным процессом, близким к нормальному, то необходимо это учитывать при формировании зоны нечувствительности регуля 1 О 30 где 1 - номинальный ток двигателя;1, - эквивалентный ток двигателя;1 - перегрузочная способность двига 35 теля по току; У, - начальная зона нечувствительности регулятора положения Н - скорректированная зона неф гчувствительности регулятора положеЧЗ,ния К = К - третий центь 4 зральный момент управляющего воздействия; Й - среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия; К ь = 1/6 - постоянный коэффициент.45 Зависимость неравенства (7) получена следующим образом,Зависимость количества пусковыхциклов и величины эквивалентного тока двигателей нажимных винтов от величины зоны нечувствительности позиционного регулятора соответствуетсреднему числу пересечений стационарного случайного процесса с нулевым средним в единицу времени на 55уровне Б с заданным знаком производной, близкого к нормальному, и равна(3),тора положения в зависимости от коэффициента асимметрии, с помощью которого можно оценивать степень приближения действительного закона распределения к нормальному.Нагрузочная диаграмма электродвигателей нажимных винтов, показанная на фиг. 2, формируется в соответствии с управляющим воздействием. Зона нечувствительности регулятора 14 положения обозначена +Б . Так как законораспределения управляющего воздействия имеет различные коэффициенты асимметрии, то для достижения усло вия, при котором номинальный ток 1 двигателя равен эквивалентному 1 э, необходимо выполнить неравенство(11 )е гч (8) где , - среднее число пересечений и стационарного случайного процесса с нулевым средним в единицу времени на уровне Б, с заданным знаком производной близкого к нормальному;4,о,= ; Б - среднеквадратическоешотклонение управляющего воздействия;среднеквадратическое отклонение производной случайного процесса.Среднее число выбросов стационарного нормального случайного процесса с нулевым средним над уровнем +У, за время Т равно (4):(9) "ь я ВДгде ПЧ- дисперсия случайного управляющего воздействия; Вы 1 - дисперсия производной случайного управляющего воздействия.Средние длительности выбросов стационарного нормального процесса работы (3) следующие:гт 1-г(ф- )й (10)Ьгде Б ь - среднее число выбросов стационарного нормального случайногопроцесса с нулевым средним над уровнем +Б, эа время Т.хГ(Х) = еаС,1 Ггь-ЭГ (Х) - интеграл Лапласао. ,Ц 1 1 26Р() = -е Ч ДьГгтСредняя продолжительность пребывания процесса над уровнем +Б, равнаКак показывают исследования, закон распределения разнотолщинности близок к нормальному. Геометрические параметры, определяющие точность тонколистового проката, изменяются от полосы к полосе, от листа к листу в связи с непостоянством условий прокатки, Эти изменения носят случайный характер. Тогда качество проката можно характеризовать математическим ожиданием, среднеквадратическим от1372448 где р, - третий центральный момент случайного управляющего воздействия;- среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия;+фЙ) кй ) дБ (12) Б - случайная величина управляющего воздействия; ГЙ) - плотность распределения случайного управляющего воздействия,20Плотность распределения случайного управляющего воздействия соответствующему нормальйому закону распределения с нулевым средним П равна о(13) где- среднеквадратическое отклонение. 30Процесс нагружения электродвигателей нажимных винтов близок к нормальному и его плотность распределения в большинстве случаев является унимодальной и ветви по обе стороны от вершины достаточно быстро приближаются к нулю при возрастании абсолютного значения аргумента. Такие плотности вероятности удобно аппроксимировать с помощью полиномов Эрмита. 40Рассмотрим случай, когда плотность распределения характеризуется асимметрией. В этом случае плотность распределения управляющего воздействия можно представить в виде Эдхворта; Т 2 Т 1-(0,5+К - ) (1+К ) (20)ЬэВ общем виде45 ПТв Т 2-(1+2 К-Ч(1 + К,)3. (21)ц т 6Эквивалентный ток двигателя нажимного винта определяется по формуле э(23) клонением (дисперсией) и асимметрией (скошенностью),Асимметрия (или скошенность) характеризуется коэффициентом асиммет- рии Г(П) х Ед(П) 1+ 3, НэЩЬ), (14) где Г(13,) - нормальная плотность .распределения; Б - асимметрия (илиБскошенность) распределения Н ( в )ф зполином Эрмита, который равен Н ( - ) ( - ) - 3( - ), (15) функция распределения случайного управляющего воздействия определяется выражением:(" ) -г" ) аС" ), (е)Чгде Г( в) - плотность распределения управляющего воздействия.Подставив выражение (14) в (16), получим:Р( - ) 1 К( - ) 1+ - Н ( - -)1 а( - ) (17)ЧАппроксимируем выражение (17) следующей зависимостью: Г( - ) (К,+К - ) х (1+ К э) (18)П, ф" э при условии П, / О Ч1, что практически всегда выполняется в системе автоматического регулирования толщины полосы, где ЬЧ - среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия; р - третий центральный момент управ 3ляющего воздействия; Ки К, - постоянные коэффициенты.Для подтверждения выражения (18) были построены графики функций плотности распределения и функции распределения управляющего воздействия (фиг. 3 и 4) при различных значениях асимметрии Б и с помощью выражений (14) и (18).Выражение (18) с учетом К = 0,5 и К0,35 по графику на фиг. 4 для нормального закона распределения при Б = 0 получим: Г( - )=(0,5+0,35 - ) (1+ К) (19)Подставляя выражение (19) в (11), имеем где 1 н - пусковой ток двигателя; перегрузочная способность двигателя по току; 1 - номинальный ток двигателя.Учитывая, что5 ях, когда эквивалентный номинальный,что может опустимому нагреву ля, необходимо воздейстроечные параметры тического регулирования так, чтобы выполнялось ок превыш привести к не электродвигат ствовать на н системы автоитолщины полосусловие делия,изобре Форм опустим,ункциоой уста 1 э,1 нэ1 - Л 1Твн Тц О новки зоны нечувствительности регулятора положения исполнительного мехаткуд 25) и (21) 26 М 3Из полученных соотношений посленесложных преобразований получаем,что для выполнения неравенства 1 при 1 7 1т 35 К )-1к )-( - )4 1валентнь т (2 е 1- но ого соединен с пе ффициента двигател множения первого элеым входом вто мента сравнения. ог Л 1 (24) Приравнивая выражение (24 лучим 1-( )-к,2 Кт ( ) 7 Х ф 1+К теобходимо выполнить завис гд экви Й ток двигателя;1 минальный ток двигателя; перегрузочная способность двигателя по току; Б, установленная зона нечувствительности регулятора положения; Б- скорректированная зона нечувствительности регулятора положения, при котором эквивалентный токз не превьппает номинального; К =К5третий центральный момент управгзляющего воздействия; 6 - среднеквадратическое отклонение управляющего воздействия; Ез - постоянный коэффициент К = 1/6,Технико-экономическим преимуществом предлагаемого устройства является то, что расширяет функции основного устройства, учитывая непостоянство условий прокатки, позволяя добиться1оптимального режима двигателя, что повышает точность изготовления изУстройство для тепловой защиты лектродвигателя по авт,св. У 765930,т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности нирования путем автоматиче низма, в него дополнительно введеныизмеритель коэффициента асимметрии,третий элемент сравнения и третийблок умножения, при этом измерителькоэффициента асимметрии выполнен состоящим из последовательно соединенныхизмерителя третьего центрального момента, четвертого блока умножения итретьего блока деления, а также третьего эадатчика коэффициента, выходкоторого соединен с вторым входомчетвертого блока умножения, кубического преобразователя, выход которогосоединен с вторым входом третьегоблока деления, а его вход соединенс выходом измерителя среднеквадратического отклонения, вход измерителятретьего центрального момента соединен с выходом датчика управляющеговоздействия, выход третьего блока деления соединен с первым входом третьего элемента сравнения, второй входкоторого соединен с выходом задатчика единичной функции, а выход третьего элемента сравнения соединен спервым входом третьего блока умножения, второи вход кото выходом задатчика коэ грузочной способности выход третьего блока динен с вторым входом мента сравнения и пер