Многодвигательный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к электроприводу , и может быть использовано в металлургической промышленности, например , для привода мостовых и пор-тальных кранов. Изобретение позволяет -повысить КПД, коэффициент мощности и надежности многодвигательного привода путем перевода системы на синхронную работу более двух двигателей . Благодаря реализации режима непрерывного тока якорной цепи электродвигателей обеспечивается уменьшение потерь мощности в силовых вентилях и силовых цепях как постоянного , так и переменного тока, улучшается форма тока, потребляемого из питающей сети. Устройство реализует измерение углового положения валов электродвигателей, сравнение полученных значений между собой и регулирование тока якоря опережающего двигателя в функции заданного рассогласования , при этом в момент уменьшения углового рассогласования между валами до заданного значения обеспечивается измерение напряжения из якорных электродвигателей и выделение из них наименьшего с последующим регулированием напряжения источника питания и регулирования напряжения на якоре опережающего двигателя с последующим восстановлением напряжения источника питания. 2 ил. с $ СП N5 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) цц 4 Н 02 Р 7/68

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

° С! (1м

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ „"" . j

Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ РВ,у ! (54) МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к электропркводу, и может быть использовано в металлургической промышленности, например, для привода мостовых и портальных кранов ° Изобретение позволяет повысить КПД, коэффициент мощности и надежности многодвигательного привода путем перевода системы (21) 3566408/24-07 (22) 21.03.83 (46) 30.12.86. Бюл. )Р 48 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт автоматизации черной металлургии Научно-производственного объединения "Черметавтоматика" (72) П,А. Хакимов, В.В. Артамонов, С.Н. Бражников, M.À. Москвин и и B.С. Мартюшов (53) 612.3!6.718.5 1 088.8! (56) Авторское свидетельство СССР !

Р 1164854, кл. Н 02 P 7/68, 1983. на синхронную работу более двух двигателей, Благодаря реализации режима непрерывного тока якорной цени электродвигателей обеспечивается уменьшение потерь мощности в силовых вентилях к силовых цепях как постоянного, так и переменного тока, улучшается форма тока, потребляемого иэ питающей сети, Устройство реализует измерение углового положения валов электродвигателей, сравнение полученных значений между собой и регулирование тока якоря опережающего двигателя в функции заданного рассогласования, прк этом в момент уменьшения углового рассогласования между валами до заданного значения обеспечивается измерение напряжения из якорных электродвигателей и выделенке из них наименьшего с последующим регулированием напряжения источника питания и регулирования напряжения на якоре опережающего двигателя с последующим восстановлением напряжения источника питания. 2 нл, 1280690

2 входы.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в металлургической и других отраслях промышленности, например, для привода агрегатов прокатного производства, мостовых и портальных кранов и т ° п.

Цель изобретения — повышение

КПД, коэффициента мощности и надежности.

На фиг. 1 изображена схема многодвигательного электропривода; на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие переходные процессы синхронизации электродвигателей, Многодвигательный электропривод содержит управляемый групповой нереверсивный источник 1 питания, включающий в .себя блок 2 силовых управляемых вентилей, блок 3 управления электроприводом, четное число электродвигателей 4 и 5 постоянного тока, механически связанных через редукторы 6 с соответствующими приводными валами технологического агрегата и с датчиками углового положения валов, выполненными в виде фазовращателей 7, при этом все электродвигатели постоянного тока разделены на две группы с примерно равной суммарной мощностью, в одной из которых все якори электродвигателей

4 одним из зажимов непосредственно присоединены к отрицательному силовому выводу управляемого группового нереверсивного источника 1 питания, а в другой — к его положительному силовому выводу.

Групповой нереверсивный источник питания представляет собой трехфазный мостовой полностью управляемый выпрямитель и содержит систему

8 импульсно — фазового управления (СИФУ), регулятор 9 напряжения, выход которого соединен со входом

СИФУ 8. Первый вход регулятора 9 напряжения подключен к управляющему выходу делителя 10 напряжения обратной связи, который подключен к общей точке анодов блока 2 силовых управляемых вентилей и к общей точке катодов неуправляемъrx вентилей трехфазного полумоста 11, подключенного к той.же питающей сети переменного тока, к которой подключен управляемый нереверсивный групповой источник 1 питания, Второй вход регулятора 9 напряжения является уп5

25 равляющим входом управляемого нереверсивного группового источника 1 питания. Блок 3 управления электроприводом содержит задатчик 12 интенсивности роста управляющего напряжения, выход которого соединен с управляющим входом управляемого нереверсивного группового источника 1 питания, а вход присоединен к выходу задатчика 13 напряжения. К выходу задатчика 12 интенсивности роста управляющего напряжения подключен через ключ 14 сброса напряжения выход суммагора 15, один из двух входов кото-. рого присоединен к задатчику 16 уско-. Ъ рения при восстановлении скорости вращения в процессе синхронизации по углу. Входы обоих задатчиков 12 и

13 объединены и образуют вход блока

3 управления электроприводом, Второй вход сумматора 55 соединен с выходом блока 17 выбора наименьшего напряжения иэ всех однополярных напряжений, поданных на его входы, а управляющий вход ключа 14 сброса подсоединен к выходу блока 18 сбора импульсных сигналов, поданных на его

Комплект аппаратуры как силовых цепей, так и цепей управления, относящийся к одному электродвигателю постоянного тока электропривода, идентичен для каждого электродвигателя, каждый такой комплект содержит в силовой цепи первый управляемый вентиль 19 и два дополнительных управляемых вентиля 20 и 21, образующих трехфазный выпрямительный полумост 22, вход переменного тока которого подключен к шинам пи- тающей сети переменного тока. Трехфазные выпрямительные полумосты образуют для каждой пары электродви— гателей схему управляемого трехфазного мостового выпрямителя. Неуправляемые "обратные" вентили 23 шунтируют якоря электродвигателей 4 и 5, Фазовращатель 7 выполнен в виде сельсина, подключенного трехфазной обмоткой к трехфазной питающей сети переменного тока. Датчик 24 напряжения подключен своими входами к якорю электродвигателя постоянного тока, а выходом — к одному иэ входов блока 17 выбора наименьшего напряжения, 1280690

Все блоки 25 управления электродвигателями постоянного тока идентичны по своему аппаратному составу. Каждый из этих блоков содержит три формирователя 26 — 28 импульсов, обеспечивающих ключевое управление вентилями полумостов 22, причем вход формирователя 28 непосредственно присоединен к выходу элемента И 29, а входы формирователей 26 и 27 подключены через переключатели 30 и

31 к входу элемента И 29, а при переключении переключателей 30 и 31 к выходу элемента; И 29. Второй вход элемента И 29 присоединен к выходу блока 32 задержки, а вход блока 32 задержки вместе с третьим входом блока элемента И 29 и входом одновибратора 33 присоединен к выходу релейного элемента 34. Вход релей-20 ного элемента 34 присоединен к выходу блока 35 выбора наибольшего напряжения с числом входов, равным числу синхронизирующих связей данного электродвигателя с другими, а входы блока 35 выбора наибольшего на пряжения через дискриминаторы. 36 н

37 знака выходного сигнала фазовых детекторов присоединены к выходам соответствующих фазовых детекторов 30

38 и 39 также по числу синхронизирующих связей. Первые входы фазовых детекторов 38 и 39 присоединены к выходу соответствующего фазовращателя 7, а вторые входы фазовых детек- 35 торов 38 и 39 присоединены к выходам фазовращателей остальных электродвигателей, которые образуют с данным электродвигателем синхронизиро ванную по углу группу. 40

Многодвигательный электропривод работает следующим образом, Примем (для простоты описания работы), что электродвигатели пос-, тоянного тока связаны синхронизирую- 45 щими по углу связями попарно, т.е. электродвигатель 4 с электродвигателем 5, а переключатели 30 и 31 переведены в верхнее (по схеме на фиг.1) положение. 50

В.исходном положении сигнал на входе блока 3 управления электроприводом отсутствует, напряжение науправляющем входе управляемого группового нереверсивного источника 1 пи- 55 тания и на его силовых выходах равны нулю, сигналы на выходах всех элементов И 29 равны нулю, все вентили полумостов 22 закрыты, электродвигатели неподвижны, при согласо- ванном положении роторов фазоврашателей 7 и поданном на их трехфаз— ные обмотки напряжении возбуждения, относительный сдвиг по фазе напряжений на их выходах равен нулю, при этом напряжения на выходе фазового детектора 38, на выходе блока дискриминатора 36 знака, блока 35 выбора наибольшего напряжения и на выходе одновибратора 33 равны нулю, а на выходе релейного элемента

34 и на втором и третьем входах элемента И 29 равны логической "1".

При подаче сигнала на вход блока

3 управления электроприводом подается напряжение на задатчик 13 напряжения, на задатчик 16 ускорения и на входы всех блоков 25 управления электродвигателями постоянного тока.

Начиная с этого момента времени напряжение на управляющем входе управляемого группового нереверсивного источника 1 питания, а следова— тельно, и на первом входе регулятора 9 напряжения начинает плавно возрастать, СИФУ 8 формирует импульсы управления, отпиракщие вентили управляемого группового нереверсивного источника 1 питания, на выходе трехфазного полумоста 11 неуправляемых вентилей, на делителе 10 напряжения обратной связи и в силовой цепи электропривода такженачинает плавно возрастать напряжение, на выходах элементов И29 формируютсялогические сигналы "1", поступающие на вход формирователей 28, на входы формирователей

26 и 27 поступают логические сигналы "1" со входа блока 3 управления электроприводом через переключатели

30 и 31, все формирователи вступают в работу и все вентили полумостов 22 открываются, возрастающее напряжение силовой цепи прикладывается к якорям всех электродвигателей, электродвигатели плавно (в соответствии с темпом роста напряжения на выходе задатчика 12 интенсивности роста управляющего напряжения) увеличивают скорость вращения и через некоторое время достигают заданной установившейся скорости вращения, Если установившиеся скорости вращения обоих электродвигателей 4 и 5 синхронной ары одинаковы, то связанные с ними через редукторы 6 ро- торы фазовращателей 7 в вра1280690

6 щения остаются в согласованном по углу положении, Приложенное к якорям электродвигателей 4 и 5 напряжение через датчик 24 напряжения поступает на входы блока 17 выбора наименьшего напряжения, в котором наименьшее напряжение выделяется и поступает на BTQ рой вход сумматора 15, Сумма этого напряжения и напряжения с эадатчика

16 ускорения поступает на вход ключа 14 сброса напряжения, но не проходит на его выход. В описанном режиме электропривод работает до того момента времени, когда рассогласо- 15 вание по углу, возникшее между роторами фазовращателей двух электродвигателей, составляющих синхронную пару, достигнет значения, близкого к прецельно допустимому. 20

Пусть,.в процессе работы пары электродвигателей 4 и 5 в полнофаз-; ном режиме питания .(т.е, при всех открытых вентилях полумостов 22) в 25 момент времени t (фиг. 2) момент сопротивления на валу электродвигателя 5 увеличился, в результате чего его скорость вращения уменьшилась (фиг. 2 а) относительно скорос- 30 ти электродвигателя 4. Появившаяся разница в скоростях вращения электродвигателей (фиг, 2 б) вызовет отставание ротора фазовращателя 7 электродвигателя 5 относительно ротора фаэовращателя электродвигателя 4 (фиг, 2 .в и 2 г),в свою очередь, появившаяся разница углов вызовет появление на выходах фазовых детекторов 38 одинаковых по величине, но щ противоположных по знаку, напряжений. При этом благодаря соответствующему согласованию фаз напряжений фазовращателей пары электродвигателей на входах фазовых детекторов, 45 на выходе фазового детектора 38 блока 25 управления электродвигателем

4 напряжение будет положительным и будет передано дискриминатором 36 на вход релейного элемента 34, в то же время в блоке управления электродвигателем 5 такой же по величине, но отрицательный выходной сигнал фазового детектора будет заблокирован дискриминатором знака и на ра боту последующих блоков тракта передачи сигнала управления влияния не окажет. Когда в момент времени разница углов фазовращателей увеличится до установки срабатывания ЛЧ релейного элемента 34, логический сигнал "l" íà е о выходе изменяется на логический 0", сиг— нал на выходе элемента И 29,и входе формирователя 28 импульсов также становится равным логическому нулю, импульсы управления на выходе формирователя 28 импульсов исчезают и тиристор соответствующей фазы полумоста 22 источника питания для пары электродвигателей в следующий период напряжения питающей сети переменного тока не открывается, Таким образом в момент t якорь электродвигателя 4 переводится в режим питания по двум фазам полумоста 22 источника питания для пары электродвигателей, но ток в якоре электродвигателя 4 остается непрерывным. Развиваемый электродвигателем 4 вращающий момент уменьшается и его скорость вращения начинает уменьшаться (фиг. 2 а), разница скоростей пары электродвигателей

4 и 5 начинает также уменьшаться (фиг, 2 б) и через некоторое время, начиная с момента времени Т (см. фиг. 2 r), начинает уменьшаться и возникшее ранее угловое рассогласование роторов фазовращателей, В момент времени t угловое рассогла3 сование уменьшается до уставки возврата sЧ релейного элемента 34, в этот момент на его выходе опять появляется сигнал логической "1", который, попадая на вход блока 32 задержки, запускает процесс отсчета выдержки времени, а, попадая на вход одновибратора 33, вызывает появление на его выходе короткого импуль.са напряжения. Пройдя через блок 18 сбора импульсных сигналов, этот импульс .вызывает срабатывание ключа 14 сброса напряжения и, практически мгновенно, спадение напряжения на выходе задатчика 12 интенсивности роста управляющего напряжения до выходного напряжения сумматора 15 которое равно сумме напряжения на якоре электродвигателя 4 и напряжения, снимаемого с задатчика 16 ускорения. По окончании импульса одновибратора 33 ключ 14 сброса напряжения возвращается в исходное разомкнутое состояние, после чего возобновляется рост напряжения на вы— ходе задатчика 12 интенсивности рос та управляющего напряжения до преж1280690 него заданного значения, сразу же после окончания импульса одновибратора 33 заканчивается формирование выдержки времени в блоке 32 задержки (момент г. на фиг. 2), в этот момент на его выходе, и на выходе элемента И 29 появляются логические сигналы "1", на выходе формирователя 28 импульсов появляются импульсы управления, тиристор соответствующей фазы полумостов 22 вновь открывается и электродвигатель 4 возвращается к полнофазному режиму питания °

B этот момент (фиг. 2 д) через якорь электродвигателя 4 протекает небольшой всплеск тока (амплитуда которого может регулироваться задатчиком

l6 ускорения), плавно разгоняющий электродвигатель 4 до прежнего значения скорости вращения, в других электродвигателях всплеск тока будет заведомо меньше, так как во время восстановления. напряжения на якорях их скорость и противо-ЭДС оказывают ся несколько большими. После восстановления полнофазного режима пита:ния скорость электродвигателя 4 восстанавливается (фиг, 2 а), а рассогласование по углу уменьшается и может (в зависимости от настройки релейного элемента 34) изменить знак (фиг. 2 r). Если после восстановления углового рассогласования (при

t)t ) повышенная нагрузка на валу электродвигателя 5 сохраняется, описанный процесс синхронизации будет повторяться. Таким образом, внешним проявлением увеличения нагрузки на одном из двух синхронизи.рованных электродвигателей являются кратковременное однократное или повторяющееся (в зависимости от длительности существования разницы в моментах сопротивления и ее величины) частичное отключение менее нагруженного двигателя. Это явление может быть использовано для сигнализации о возникновении разницы в нагрузках на валах определенных электродвигателей.

В том случае, если например,фазовращатель 7 связан синхронизирующими связями одновременно с двумя фазоварщателями двух других электродвигателей на вход релейного элемента 34 через блок 35 выбора наибольшего сигнала проходит сигнал рассогласования (опережения) фазовращателя 7

55.5

40 данного электродвигателя 4 по отно= шению к одному иэ двух других фазовращателей, а именно — по отношению к фазовращателю наиболее отстаю— щего электродвигателя, сформирован- ный фаэовым детектором 38 и дискриминатором 36 знака или фаэовым детектором 39 и дискриминатором 37 знака.

После автоматического подтормаживания электродвигателя 4 наиболее опережающим может оказаться другой

/ электродвигатель, например 5. В этом случае аналогичный процесс подтормаживания возникает в электродвигателе 5 и т.д. Таким образом, оказывается; что в системе из нескольких электродвигателей, связанных между собой синхронизирующими по углу связями, в общем процессе согласованного вращения ведущим является один из электродвигателей, скорость вращения которого является в данный момент наименьшей;

В тех случаях, когда разница в нагрузках на валах синхронизированных электродвигателей может существенно превышать 1/3 среднего для всей группы электродвигателей значения (например, за счет подгрузки одного и одновременной разгрузки какого-либо другого электродвигателя) может оказаться целе сообразным повысить эффективность процесса согласования использованием режима работы с двумя отключенными фазами, если же при этом электропривод характеризуется еще и большим приве— денным моментом инерции и относительно малым статическим моментом сопротивления (как например, у мостовых и портальных кранов),то может оказаться целесообразным переход на режим синхронизации со всеми тремя отключаемыми фазами.

Формула изобретения

Многодвигательный электропривод, содержащий и электродвигателей постоянного тока, где n — четное число, управляемый нереверсивный групповой источник питания, подключенный к шинам питающей сети переменного тока, включающий в себя блок силовых управляемых вентилей, управляющие электроды которых соединены с выходами системы импульсно-фазового управления, подключенной своим входом к выходу

1280690

)О регулятора напряжения, первый вход которого подключен к управляющему выводу делителя напряжения обратной связи, а второй вход, являющийся управляющим входом управляемого нереверсивного группового источника питания — к выходу блока управления электроприводом, включающему задатчик интенсивности роста управляющего напряжения, ключ сброса напряжения, сумматор и блок выбора наименьшего напряжения с числом входов, равным числу электродвигателей, при этом вход задатчика интенсивности роста управляющего напряжения соединен с выходом задатчика напряжения, а выход задатчика интенсивности роста управляющего напряжения образует выход блока управления электроприводом, ключ сброса напряжения подключен к выходу задатчика интенсивности роста управляющего напряжения, а силовым входом — к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом задатчика ускорения, а второй вход — с выходом блока выбора наименьшего напряжения, неуправляемые о бр ат ные вентили, шун т ирующие эле к тро†двигатели постоянного тока, подключенные первым зажимом якоря к одной из выходных шин постоянного тока управляемого нереверсивного группового источника питания, а вторым зажимом — к силовому электроду первого управляемого вентиля, при этом вал каждого электродвигателя соединен через редуктор с датчиком углового положения, датчики напряжения по числу электродвигателей постоянного тока, подключенные своими входами к зажимам якоря каждого электродвигателя постоянного тока, а выходами — ко входам блока выбора наименьшего напряжения и блок управления электродвигателями постоянного тока, первый выход которого соединен с управляющим электродом первого управляемого вентиля, а первый вход— с выходом датчика углового положения электродвигателя постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, коэффициента мощности и надежности, в него дополнительно введены трехфазный полумост неуправляемых вентилей, вход переменного тока которого подключен к шинам питающей сети переменного тока, а выход постоянного тока через делитель напряжения обратной связи группового нереверсивного источника питания — к шине постоянного тока управляемого нереверсивного группового источника питания, дополнительные управляемые вентили, подключенные ко второму зажиму якорей электродвигателей постоянного тока, образующие с первым управляемым вентилем трехфазный выпрямительный полумост, вход переменного тока которого подключен к шинам питающей сети переменного тока, управляющие электроды дополнительных управляемых венти.лей соединены соотвественно со вто15 рым и третьим выходами блока управления электродвигателем, блок выбора наименьшего напряжения снабжен числом входов, равным числу электродвигателей, трехфазные выпрямитель20 ные полумосты образуют для каждой

J пары электродвигателей схему полностью управляемого трехфазного мостового выпрямителя, электродвигатели постоянного тока попарно подсое25 динены к выводам противоположной полярности полумостов, блоки управления электродвигателем постоянного тока выполнены по числу электродвигателей постоянного тока, датчики

3О углового положения выполнены в виде фазовращателей, трехфазные обмотки которых подключены к шинам питающей сети переменного тока, выход фазовращателя каждого электродвигателя постоянного тока подключен к перво35 му входу блока управления данным электродвигателем постоянного тока и ко вторым входам блоков управления остальными (п-1) электродвига4р телями постоянного тока, каждый блок управления электродвигателем постоянного тока содержит первый, второй и третий формирователи импульсов управления, выходы которых обра45 зуют первый, второй и третий выходы блока управления электродвигателем постоянного тока, (n-1) фазовых детекторов, первые входы которых объединены и образуют первый

5g вход блока управления электродвигателем постоянного тока, вторые входы фазовых детекторов образуют группу вторых входов блока управления электродвигателем постоянного тока и сое55 динены с выходами фазовращателей соответствующих электродвигателей постоянного тока, дискриминаторы знака выходного сигнала фазовых детекторов по числу фазовых детекто12806 90 ров, .входы которых соединены с выходами соответствующих фазовых детекторов, блок выбора наибольшего напряжения, входы которого подключены к выходам дискриминаторов знака выходного сигнала фазовых детекторов, релейный элемент, подключенный входом к выходу блока выбора наибольшего напряжения, однавибратор",вход которого подключен к выходу релейного элемента,.„а выход образует четвертый выход блока управления электродвигателем постоянного тока и соединен с одним из входов блока сбора импульсных сигналов блока управле- 15 ния электроприводом, блок задержки, вход которого подключен к выходу релейного элемента, элемент И, первый вход которого подключен к выходу релейного элемента, втарой вхадк выходу блока задержки, а третий вход образует третий вход блока управления электродвигателем постоянного тока и подключен к входу блока управления электроприводом, вход первого формирователя импульсов управления соединен с выходам элемента И, третий вход блока управ" ления электродвигателем постояннага тока соединен с входами второго и третьего формирователей импульсов управления, входы эадатчикав напряжения и ускорения соединены с . входом блока управления электроприводом.

1280690 а г

Я) иг.

Составитель Н. Кецарис

Редактор А. Ревин Техред В.Кадар, Корректор А. Тяско

Заказ 7133/58 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Mосквa, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, .г. Ужгород, ул. Проектная, 4