Устройство для защиты электропривода постоянного тока от перегрузок

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для исключения аварийного режима работы с моментом нагрузки, превышающим максимально допустимое значение. Цель изобретения - повышение быстродействия защиты. Величина превышения Δ М момента нагрузки М электропривода над моментом холостого хода М<SB POS="POST">о</SB> измеряется по величине сигнала разности I<SB POS="POST">я</SB>-I<SB POS="POST">я</SB> тока якоря I<SB POS="POST">я</SB> нагруженого электропривода и тока якоря I<SB POS="POST">я</SB> электропривода, работающего на холостом ходу. При этом сигнал I<SB POS="POST">я</SB> вырабатывается при помощи модели электропривода. Если Δ М меньше максимально допустимой величины, то управление электроприводом ведется по току возбуждения. Если Δ М равно максимально допустимой величине, то вырабатывается сигнал U<SB POS="POST">1</SB> на уменьшение напряжения питания цепи якоря для предохранения электропривода от аварии, где U<SB POS="POST">1</SB> - сигнал, пропорциональный первой производной Δ М. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

А1 (51)5 Н 02 Н 7/08, 7/085, Н 02 Р 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4609625/24-07 (22) 28. 11.88 (46) 23. 10.90. Бюл. ff - 39 (71) Ленинградский институт водного транспорта (72) И.А.Краснов, Ю.М.Гурин, E.В.Татчихин, Е.M.Павленко и А.В.Галкин (53) 621.3 16.925 (088.8) (56) Патент США N 4550618, кл, 73/862-34, 1985.

Иванов Г.М. и Никитин Н.К. Автоматизированный электропривод агрегатов непрерывного действия. — М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 38, рис. 2.3, а (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРО=

ПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ (57) Изобретение oTHocHTcR к электротехнике и предназначено для исключения аварийного режима работы с мо:ментом нагрузки, превышающим макси-!

Изобретение относится к электроприводам производственных механизмов, в которых возможны импульсные перегрузки, например к электроприводам черпаковой цепи земснарядов, работающих на каменистых грунтах.

Цель изобретения — повышение быстродействия защиты за счет контроля мгновенного значения момента нагрузки электропривода.

Сущность изобретения заключается в том, что величина превышения h M момента нагрузки M электропривода над моментом холостого хода Мч изÄÄSUÄÄ 1601688

2 мально допустимое значение. Цель изобретения - повышение быстродействия защиты. Величина превышения А М момента нагрузки М электропривода над моментом холостого хода М изо меряется по величине сигнала разности 1. - „ тока якоря i нагруженого

° ° ! электропривода и тока якоря i электФ ропривода, работающего на холостом

° l ходу. При этом сигнал вырабатывается при помощи модели электропривода. Если (M меньше максимально допустимой величины,.то управление электроприводом ведется по току возбуждения. Если АМ равно максимально допустимой величине, то вырабатывается сигнал Uf на уменьшение напряжения питания цепи якоря для предохранения электропривода от аварии, где U — сигнал, пропорциональный первой производной Д M. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. меряется по величине сигнала разнос° 1 ти (in — ig), где ip — ток якоря нагруженного электропривода, так якоря электропривода, работающего на холостом ходу. При этом сигнал i вырабатывается с помощью I моделй электропривода.

Если М а аМ . где аМ,„— максимально допустимая величина превышения текущего момента чагрузки М электропривода над моментом нагрузки холостого хода Мо, то управление электроприводом ведется по току возбужцения.

1601688

Если ДИ = ДМ, то вырабатывается сиг-, нал U на уменьшение напряжения пи4 тания цепи якоря для предохранения электропривода от аварии, где U q5 сигнал, пропорциональный. первой производной hN.

На фиг. 1 приведена схема устройства защиты электропривода от перегрузки ; на фиг..2 - схема блока управления; на фиг. 3 — схема модели электропривода, на фиг. 4 — график работы устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит первый

1 и второй 2 управляемые источники постоянного напряжения, электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения с обмоткой якоря 3 и обмоткой возбуждения 4, датчик 5 тока нагрузки, три сумматора 6-8,,блок 9 уставок,, блок 10 сравнения, ключевые элементы 11 и 12, блок 13 управления, модель 14 электропривода, блок 15 дифференцирования, элемент

HK 16, при этом первый и второй выходы блока 13 управления соединены соответственно с первыми суммирующими, входами сумматоров 7 и 8, к второму вычитающему входу сумматора 8 подключен выход блока 15 дифференцирования, а к второму суммирующему входу

ЗО сумматора 7 — выход ключевого элемента 12, выходы сумматоров 7 и 8 соединены с входами управления источников 2 и 1 постоянного напряжения соответственно, к выходным зажимам 35 источника 1 напряжения параллельно подключена цепь из последовательно соединенных обмотки 3 якоря и датчика 5 тока нагрузки, выход которого соединен с суммирующим входом сумма40 тора 6, с вычитающим входом последнего соединен выход модели 14 электропривода.

Параллельно выходным зажимам источника 2 напряжения подключена об- т "5 мотка 4 возбуждения, плюсовые выходные зажимы источников 1 и 2 постоянного напряжения соединены соответственно с первым и BTopblM входами модели 14 электропривода, выход сумма- 50 тора 6 подключен к информационным входам ключевых элементов 11 и 12 .и к первому входу блока 10 сравнения, выход блока 9 уставок соединен = вторым входом блока 10 сравнения, выход которого подключен к управляющему входу ключевого элемента 11 и к входу элемента НЕ 16, выход элемента

HE 16 соединен с управляющим входом ключевого элемента 12, выход ключевого элемента 11 связан с входом блока 15 дифференцирования, с якорем электродвигателя постоянного тока механически соединена нагрузка 17.

B качестве блока 10 сравнения может использоваться триггер Шмидта с гистереэисной прямоугольной характеристикой или компаратор.

Управляемые источники 1 и 2 постоянного напряжения могут быть выполнены в виде источника переменного напряжения, мостового выпрямителя на тиристорах, управляемые электроды которых соединены со схемой импульсно-фазового упраления (СИФУ), управляющий вход которого подключен к выходу сумматора 8 (7).

Блок 13 управления (фиг.2) содержит источник 18 постоянного напряжения и два переменных резистора 19 и

20, которые подключены параллельно выходным зажимам источника 18. Подвижные отводы резисторов 19 и 20 соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 13 управления, Модель 14 электропривода (фиг.3) содержит два апериодических звена

21 и 22 первого порядка, два множительных блока (блоков перемножения)

23 и 24, сумматор 25, интегрирующее звено 26, при этом выход апериодичес-. кого звена 21 соединен с первыми входами множительных блоков 23 и 24, к второму входу множительного блока

23 подключен выход апериодического звена 22, а выход — с входом интегрирующего звена 26, выход которого связан с вторым входом множительного блока 24, выход которого подключен к вычитающему входу сумматора 25, а выход сумматора 25 соединен с входом апериодического звена 22, первым и вторым входами модели 14 электропривода являются соответственно суммирующий вход сумматора 25 и вход апериодическсго звена 21„ а выходом — выход апериодического звена 22, Передаточная функция апериодического звена 21 имеет вид

Ы,„(8) = К,/(1 + т,S), (1) где К вЂ” статический коэффициент пеЬ редачи цепи ьозбуждения электропривода при его работе на холостом ходу.

5 160

Т вЂ” постоянная времени цепи возбуждения э лек троприв ода при его работе на холостом ходу.

Передаточная функция апериодического звена 22 имеет вид, (2) M22(S) КФ l(1 ТФ S) 4 где Кя, Т вЂ” соответственно статический коэффициент передачи и постоянная времени якорной цепи электропривода при его работе на холостом ходу.

Передаточная функция интегрирующего звена 26 имеет вид

W (S) — 1/IS,, (3) Аналогично сигнал U gz c BToporo выхода блока 13 управления подается на суммирующий вход сумматора 7, на второй вход которого через ключевой элемент 12 подается сигнал

Ug = ДМ с выхода сумматора 6. Выходной сигнал сумматора 7 Б7 подается на управляющий вход регулируемого источника 2 постоянного напряжения где I — момент инерции электропривода при его работе на холостом ходу.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом, В блоке 13 управления (фиг.2) с помощью потенциометров переменных резисторов 19 и 20, подключенных параллельно источнику 18 постоянного напряжения, устанавливают соответственно напряжения U в,,,,U „ величина которых определяется номинальным режимом работы электропривода. Сигнал

U, подается на суммирующий вход сумматора 8, на вычитающий вход которого подается сигнал U р с выхода блока

15 дифференцирования (если нагрузка электропривода не превышает допустимые значения, то Б3) = О) . Выходной сигнал сумматора 8 U = (U — Ug ) подается на управляющий вход регулируемого источника 2 постоянного напряжения (на вход управления СИФУ, если источник 1 имеет указанную техническую реализацию) . Сигнал Ug обуславливает величину выходного напряжения источника 1, равную U которое прикладывается к цепи, содержащей последовательно соединенные обмотку 3 якоря и датчик 5 .тока.

1688 б

Сигнал и7 устанавливает величину выходного напряжения источника 2, равной U<, которое приложено к обмот ке 4 возбуждения.

При этом якорь электродвигателя начинает вращаться и развивать момейт, определяемый нагрузкой 17.

Одновременно напряжение U подается на первый вход модели 14 электропривода, а напряжение U< — на второй вход модели 14 электропривода. Модель

14 электропривада воспроизводит статические и динамические характеристиФ ки электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением с- приводным механизмом без учета момента сопротивления, вызванного нагрузкой

17 на приводной механизм и на вал электродвигателя.

В модели электропривода напряжение U подается на суммирующий вход сумматора 25, на вычитающий вход которого подается,,сигнал е с выхода блока 24 перемножения. При этом

1 сигнал е пропорционален ЭДС моделируемого электродвигателя. Выходной сигнал сумматора 25 U = К - (U

I — е Э), где ʄ— статический коэффициейт сумматора 25 (в частном случае

К = 1), подается на вход апериодическога звена 22 с передаточной функцией W„(S), моделирующего якорную цепь 3 электродвигателя. Апериодическое звено 22 преобразует сигнал U в сигнал i пропорциональный току якоря 1 электродвигателя.

° I

Сигнал i с выхода апериодическоЯ го звена 22 поступает на второй вход множительного блока 23 (блока перемножения) н на вычитающий вход сумматора. 6.

В модели 14 напряжение U подается на вход апериодического звена 21 с передаточной функцией W„(S), моделирующего передаточную функцию цепи возбуждения электродвигателя. Выходной сигнал апериодического звена 21

U, = К Ф пропорционален потоку возбуждения электродвигателя. Данный сигнал подается на первые входы множительных блоков 23 и 24.

Множительный блок 23 формирует сигнал, пропорциональный электромеха1 ническому моменту М электродвигатеЭ ля, который равен произведению сигналов (К Pz) и (i>) с выходов апериодических звеньев 2 1 и 22 соответственно.

1601688

Выходной сигнал множительного

l блока 23 U » М поступает на вход интегрирующего звена 26 с передаточной функцией Ч (Я), моделируюшей приведенныи .момент инерции электро5 двигателя и нагрузки 8. Интегрирую щее звено 26 формирует выходной сиг1 нал U) =Я, пропорциональный частоте вращения электродвигателя. Укаэанный

I сигнал Я с выхода интегрирующего звена 26 подается на второй вход множительного блока 24. В результате перемножения сигналов, поступающих на входы множительного блока 24, 1 1 соответственно K>(P и и С3 на его

1 выходе формируется сигнал е, На суммирующий вход сумматора 6 с выхода датчика 5 тока подается сигнал i>, пропорциональный току якоря нагруженного электродвигателя„

Сумматор 6 формирует разностный сигнал U> = 5 M = М вЂ” М,, пропорциональный моменту сопротивления (моменту нагрузки) электродвигателя. 25

При изменении нагрузки 17 или при изменении значений U, U» что имеет ,место в автономных энергосистемах, изменяется сигнал i>, снимаемый датчиком 5 тока, что .приводит к изменению выходного сигнала сумматора 6.

Выходной сигнал сумматора 6

U< = gM подается на информационные входы ключевых элементов 11 и 12 и на первый вход блока 10 сравнения, имеющего выходную характеристику (фиг.4). На второй вход блока 10 сравнения с выхода блока 9 установки подается сигнал U М1 Где 6 М 40 максимально допустимое значение величины g M. Если gM а М то выходной сигнал блока 10 сравнения равен логическому "0" (фиг.4) . При этом сигнал на управляющем входе ключевого

)! I t элемента 11 равен, логическому 0 поэтому ключевой элемент 11 закрыт, Сигкал на входе элемента HE 16 также равен логическому "0", поэтому выходной сигнал элемента HE 16 равен логическбй "1". Сигнал логической

"1" элемента НЕ 16 подается на управляющий вход ключевого элемента 12, .открывая его. Сигнал U< с выхода сумматора 6 через открытый ключевой эле55 мент 12 подается на соответствующий суммирующий вход сумматора 7, изменяя выходное напряжение П .в соответствии с изменением величины ЬМ.

При дМ = hМ на выходе блока 10 сравнения появляется сигнал логической "1" (фиг.4), которая подается на управляющий вход ключевого элемента 11 и на вход элемента НЕ 16.

Выходной сигнал элемента НЕ 16 становится равным логическому "0" ° При этом открывается ключевой элемент

11 и закрывается ключевой элемент 12.

Сигнал U< = аМ = 6 M через открытый ключевой элемент 11 подается на вход блока 15 дифференцирования, выходной ( сигнал которого U g = К, (Ы1), где ф

К, — некоторый коэффициент, подается на вычитающий вход сумматора 8, ° уменьшая его выходной сигнал U>, a следовательно, и величину U.

При i5M = 4М„, к обмотке 4 возбуждения приложено напряжение U„а к обмотке якоря — напряжение U =,U; которое может быть равно нулю.

В результате применения предлагаемого устройства повышается надежность работы за счет исключения режима раI боты с моментом нагрузки, превышающим максимально допустимое значение. Использование модели электропривода позволяет в реальном масштабе време-. ни определять текущее, а не среднее, значение момента нагрузки, что новышает достоверность работы устройства. Использование для защиты сигна-! ла М, пропорционального производной от значения текущего момента, повышает быстродействие электропривода, что особенно важно в многодвигательных электроприводах,применяемых в земснарядах, на сменах и т.д, Формула изобретения

1. Устройство для защиты электропривода постоянного тока от перегрузки, содержащее первый источник постоянного тока, отрицательный вывод которого имеет клемму для подключения к первому выводу обмотки якоря, а положительный вывод соединен с первым выводом датчика тока цепи якоря, второй вывод которого имеет клемму для подключения к второму выводу обмотки якоря, выход датчика тока цепи якоря соединен с суммирующим.входом первого сумма-.îðà, второй источник постоянного тока имеет клеммы для подключения к обмотке возбуждения, второй и третий сумматоры, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с

1601б88

:целью повышения быстродействия защиты, дополнительно введены блок управ ления, модель электропривода, блок уставки, блок сравнения, первый и второй ключевые элементы, элемент

НЕ, блок дифференцирования, при этом положительные выводы первого и второ го источников постоянного напряжения ! ! соединены соответственно с первым и вторым входами модели электропривода, выход которой подключен к второму вычитающему входу первого сумматора, выход которого соединен с объединенными информационными входами первого и второго ключевых элеменFoB и с первым входом блока сравнения, к второму входу которого подключен выход блока уставок, выход блока сравнения связан с управлякщим входом первого ключевого элемента и с входом элемента НЕ, выход элемента НЕ соединен с управляющим входом второго ключевого элемента, выход которого подключен к первому суммирующему входу второго сумматора, выход первого ключевого элемента связан с входом блока дифференцирования, выход которого подключен к первому вычитающему входу третьего сумматора, к вторым суммирующим входам второго и третьего сумматоров подключены соответствующие выходы блока управления, выходы второго и третьего сумматоров соединены с управляющими входами соответственно первого и второго источников постоянного напряжения.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде источника постоянного напряжения, параллельно выходным зажимам которого подключены первый и второй переменные резисторы, подвижные движки которых образуют соответственно первый и второй выходы блока управления.

3. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что модель электропривода содержит четвертый сумматор, первое и второе апериоди- ° ческие звенья, первый и второй множительные блоки и интегрирующее звено, при этом к в считающему входу четвертого сумматора подключен выход второго множительного блока, первый вход которого и первый вход первого множительного блока объединены и соединены с выходом первого апериодического звена, выход четвертого сумматора соединен с входом второго апериодического звена, выход которого подключен к второму входу первого множительного блока, выход которого соединен с входом интегрирующего звена, выход которого связан с вторым входом второго множительного блока, входами модели электропривода являются соответственно суммирующий вход четвертого сумматора и вход первого апериодического звена, а выходом — выход второго апериодического звена..

1601688

Составитель Г .Ермаков

Техред M. Ходанич Корректор Т.Малец

Редактор М.Бланар

Заказ 3274 Тираж 480 П одписное

ВНЦИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035„ Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина,!01