Электропривод

 

СОКИ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (!91 ()1) (Q)5 Н 02 Р 5/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

flPH ГННТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1145442 (21) 4703429/07 (22) 12.06.89 (46) 30.05.91. Бюл. Ф 23 (71) Азербайджанский институт нефти и химии им.М.Азизбекова (72) А.И.Абдулкадыров, И. P.Мамедов

Т.К.Касумова и Т.А.Абдулкадыров (53) 62-83: 621.313. 13-133.32 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1145442, кл.Н 02 P 5/50, 1985.

Авторское свидетельство СССР

9 760372, кл. H 02 Р 5/50, 1978. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах шаровых мельниц, буровых лебедок и т.д. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения позиционирования исполнительного органа. Для этого в электропривод введены коммутационный аппарат 14 для подключения выводов обмот2 ки 7 возбуждения и общей точки обмоток 7,8 возбуждения к входу выпрями— теля 11 и нулевому выводу вторичной обмотки трансформатора 12, коммута ционные аппараты 16-18 для подключения выводов статорных обмоток

5,6, синхронных двигателей к выпрямителю 11 и коммутационный аппарат

19 для подключения вывода обмотки 7 к общей точке соединения нулевых выводов обмоток 5„6. В электропривод введен также блок 29 позиционирования для управления коммутационными аппаратами 16-19 и блоком 21 сравнения и управления и датчики

27,28 положения ротора синхронного двигателя и исполнительного механизма 4, выходами подключенные к входам блока 29. Блок 29 формирует сигналы . на опочередную коммутацию аппаратов 16-18, обеспечивая медленное вращение двигателей 1,2 для перевода исполнительного механизма 4 в требуемую позицию. 3 ил.

1653118

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах возбуждения синхронных двигателей и позиционирования испол5 нительного органа двухдвигательного электропривода, применяемого в шаровых мельницах буровых лебедках и т.д.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей электро- 10 привода путем обеспечения позиционирования исполнительного органа.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая блок-схема предло женного электропривода; на фиг.2—

I блок позиционирования, на фиг.3 —диафрагмы работы электропривода.

Электропривод содержит два синхронных двигателя 1,2 (фиг.1), связан,ных механически через общий редуктор

3 с исполнительным механизмом 4, трехфазные статорные обмотки 5.6 которых пофазно соединены параллельно, а обмотки 7,8 возбуждения — по,следовательно и согласно. Обмотки .5,6 подключены к сети 9 переменного тока через выключатель 10 и снабжены нулевыми выводами,, соединенными между собой. Обмотки 7,8 подключены к выходу мостового трехфазного выпрями- 30 теля 11, соединенного входом с вторичной обмоткой .трансформатора 12, первичная обмотка которого через вь1ключатель 13 подключена к сети 9.

Один вывод обмотки 7 подключен к катодному выводу мостового выпрямителя

11 через один силовой контакт двухполюсного коммутационного аппарата

14. Другой контакт этого аппарата включен между точкой соединения обмоток 7,8 возбуждения и нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора 12, соединенной с выводами статорных обмоток 5.6 через выключа-! тель 15. Между точками соединения выводов статорных обмоток 5,6 и ка тодным выводом выпрямителя 11 пофазно включены силовые контакты однополюсных коммутационных аппаратов

16-18 а между точкой соединения нулевьгх выводов указанных обмоток и выводом обмотки 7 возбуждения включен силовой контакт четвертого однополюсного аппарата 19. Обмотки 7,8 возбуждения эашунтированы пусковым .резисто- 55 ром 20 со средней точкой, соединенной с общей точкой обмоток 7,8. Управляющий вход выпрямителя 11 соединен с выходом блока 21 сравнения и управления, входы которого соединены с вы— ходами датчиков 22,23 активных токов, одними входами соединенных с выходами трансформаторов 24-25 токов соответственно и измерительного трансформатора 26 напряжения, включенного в сеть 9. Трансформаторы 24,25 тока включены в цепи статорных обмоток

5,6 соответственно. Вторые входы датчиков 22,23 подключены к выходу трансформатора 26 напряжения. В электропривод введены датчик 27 положения, установленный на валу синхронного двигателя 2, датчик 28 положения, установленный на валу исполнительного механизма 4, и блок 29 позиционирования с двумя входами и шестью выходами, а блок 21 снабжен двумя дополнительными входами.

Блок 29 позиционирования составлен из четырех формирователей 3033 (фиг.2), четырех усилителей

34-37, узла 38 запуска и трехвходовой логической схемы ИЛИ 39. Входы формирователей 30-33 образуют входы блока 29, подключенные соответственно к выходам датчиков 27,28. Выходы формирователей 30-32 подключены к входам усилителей 34-36 и входам логической схемы ИЛИ 39. выход которой соединен с входом усилителей 37 и входом узла 38 запуска. Выходы усилителей 34-36 образуют выходы блока 29, подключенные к управляющим входам коммутационных аппаратов 16-18, а выходы формирователя 33 и узла 38 запуска — выходы блока 29, подключенные к дополнительным входам блока 21.

Коммутационные аппараты 15-19 объедины в общий блок 40, содержащий обмотки 41-44 управления, последовательно с каждой из обмоток 41-44 соединен один из транзисторов 45-48.

Свободные выводы обмоток 41-44 подключены к источнику питания, а электроды транзисторов 45-48 объединены в общую точку. В базовый цепи транзисторов 45 — 47 последовательно включены размыкающие контакты 49—

51, которые образуют управляющие входы коммутационных аппаратов 16-18 соответственно, а база транзистора 48 является управляющим входом коммутационного аппарата 19.

На фиг.3 введены следующие обозначения: 52-54 — диаграммы напряжений

I на выходах датчика 27; 55 — диаграмма напряжения на выходе датчика 28, 1653! l 8

56 — диаграмма напряжения на выходе логической схемы ИЛИ 39; 57 — диаграмма электромагнитного момента без учета составляющей двойной частоты синхронного двигателя, 58-60— диаграммы напряжений на выходе датчика 27 при повороте его ротора на угол = 30 эл.град., 61 — диаграмма электромагнитного момента с уче- 10 том составляющей двойной частоты.

Электропривод при:позицировании исполнительного органа 4 работает следующим образом. 15

В исходном состоянии выключатели

10.13,15 и коммутационные аппараты

14,16-19 разомкнуты.

Для позицирования исполнительного органа 4 сначала включается Р.яключатель 13 н подается напряжение питания на выпрямитель 11, а затем напряжения питания подаются на блок

21 управления, на блок 40 и датчики

27,28 положения. При этом на одном . из входов датчика 27 (в зависимости от положения ротора синхронного двигателя) появляется "единичный" сигнал (фиг,3, диаграммы 52-54), на пример на выходе, соединенном с выходом фирмирователя 30. Этот сигнал проходя формирователь 30, усилитель 34, включает ключ 45, а затем коммутационный аппарат 16. Одновременно указанный сигнал проходит через логическую схему ИЛИ 39 на вход усилителя 37, включает ключ 48 и коммутационный аппарат 19. На выходе . датчика 28 устанавливается также "единичный" сигнал (фиг.3. диаграмма 55), который, проходя формирователь 33, поступает на вход блока 21 управления и разрешает ему выработку импульсов выпрямителем 11. В результате этого выпрямитель 11 включается в работу: в обмотки 7,8 возбуждения и одноименные фазы статорных обмоток 5, 6 синхронных двигателей 1 и 2 подается постоянный ток. При этом в каждом двигателе возникает электромагнитный момент М (фиг.3, диаграмма 57), обеспечивающий вращение ротора. Величина этого момента (при токах в обмотках двигателя неизменной величины) определяется положением оси ротора относительно оси питаемой фазы (угол, фиг.3).

М = К ii х (i) sin f + К 12 Ix ° (1)—

ad V 2 L. ad — х ) sin 21, где 1 = Т/1, 1 1х х — ток в фазе статорной обмотки;

ig- ток в обмотке возбуждения; с

I — номинальный ток статорной

Н обмотки;

I — ток возбуждения холостого

Ь.х хода; х (1), х — сопротивления взаимоиндукции по оси магнитной симметрии ротора, причем x

К 1,К вЂ” постоянные коэффициенты, зависящие от параметров синхронного двигателя.

При совпадении оси ротора с осью питаемой фазы статорной обмотки дви— гателя тангенциальные силы взаимодействия магнитных полей ротора и статора равны нулю (т.е. при = 0 и = 180 М=О), а радиальные силы указанного взаимодействия имеют максимальное значение. Поэтому в указанном положении, ротор "прилипает к статору, т.е. останавливается. Причем динамический момент, приобретенный ротором при вращении, не в состояниИ преодолеть тормозящий момент от радиальных сил. Поэтому для обеспечения беспрепятственного вращения двигателей при подходе оси ротора к оси питаемой фазы статорной обмотки необходимо обнуление токов в обмотке возбуждения и питаемой фазе, либо в одной из них. В данном изобретении использован второй путь — обнуление тока в фазе статорной обмотки. Для обеспечения коммутации фаз статорной обмотки с учетом описанного явления и формирования оптимальной диаграм— мы (кривая 61) электромагнитного мо мента в электроприводе предусмотрены: сдвиг чувствительного элемента датчика положения 27 на угол / = 30 эл. град.(фиг.3, диаграммы 58-60) и включение на входах ключей 45-47 вспомогательных размыкающих контактов 49-51 аппаратов 16-18. При этом происходит следующее. При фазовом сдвиге между осью ротора и осью питаемой фазы в 30 эл.град, на втором выходе датчика 27 появляется "единичный" (653II8 сигнал (фиг.3, диаграмма 59), по которому включается аппарат 17, размыкается его вспомогательный контакт

49, цепь .обмотки 41 управления аппа рата 16 обесточивается, приводя силовой контакт аппарата 16 в разомкнутое состояние, Одновременно замыкается

его вспомогательный контакт 51, под-. готавливая к функционированию anna" рат 18.

Согласно диаграмме 61 (фиг. 3) существуют такие положения ротора, при которых электромагнитный момент двигателя принимает минимальное 15 значение, что снижает надежность его запуска. Для обеспечения надежного запуска двигателя используется узел

38 запуска. Он выполнен как бесКонтактный ключ, в начале пуска при поступлении на его вход единичного сигнала один из его контактов замыкается, а другой размыкается, В результате установка. блока 21 управления изменяется таким образом, что 25 обеспечивает на выходе выпрямителя

11 максимальное напряжение, а в обмотках двигателей — максимальный ток, создающий электромагнитный момент, превышающий момент трогания на валу. Сразу же после движения двигателя момент трения на валу существенно (в несколько раз) уменьшается,, 1ъ поэтому подача максимального тока ь обмотки двигателя осуществляется

35 кратковременно (3-5c),. По истечении этой выдержки времени узел 38 запуска перебрасывается так, что состояние его контактов изменяется на противоположные. Это приводит к изменению уставки блока 21 управления, устанавливающей в обмотках двигателей допустимый по условиям нагрева ток.

При подходе исполнительного органа 4 в заданное положение на выходе 45 датчика 28 устанавливается "нулевой" сигнал (фиг.З. диаграмма 55), который блокирует импульсы управления на выходе блока 21, т.е. запирает выпря— митель 11. При этом ток в обмотках и электромагнитный момент обоих двигателей спадают до нуля. Doñëå этого под действием приобретенной кинетической энергии роторы двигателей продолжают вращаться, т.е. начинается их свободный выбег,, Этот выбег весьма кратковременный, что объясняется следующим." во-первых, при позицировании исполнительного органа двигатели вращаются с весьма чалой, так называемой ползучей скоростью (это

1/300-1/200 номинальной скорости), во-вторых, начинает возрастать момент сопротивления на валу, в-третьих, исполнительный механизм приводится во вращение через понижающий редуктор с большим передаточным числом. Кроме того, следует учесть возможность ориантации датчика 28 с учетом свободного выбега исполнительного органа.

Все это позволяет осуществлять достаточно точную остановку исполнительного органа в заданном положении.

Электопривод в нормальном режиме работает следующим образом.

Дополнительно введенные для позиционирования коммутационные аппараты

16-19 разомкнуты, контакты коммутационного аппарата 14 замкнуты,датчики 27,28 и блок 29 позиционирования обесточены. Пуск двигателей в указанном режиме осуществляется при включении выключателя 10 путем подачи на статорные обмотки 5 6 двигателей 1, 2 напряжения от сети 9 переменного тока. При этом выключатель 13 включен, а выпрямитель 11 заперт. При подходе двигателей к подсинхронной частоте вращения в работу включает— ся блок 21 управления, импульсы управления которого отпирают выпрямитель 11, в результате чего в обмотки возбуждения двигателей подается постоянный ток, обеспечивающий синхронизацию двигателей 1,2 с сетью 9.

Равномерное распределение нагрузки между синхронными двигателями осуществляется путем измерения активных составляющих токов двигателей с помощью трансформаторов 24,25 токов и датчиков 22,23 и сравнения их с уставкой в блоке 21 управления. Последний воздействуя на углы управления катодных и анодных тиристорных групп тиристорного выпрямителя iiI, изменяет токи в обмотках 7 8 возбуждения и тем самым равномерно распределяет нагрузку между синхронными двигателями 1,2.

Таким образом, за счет введения относительно простых дополнительных элементов и соответствующего соединения их с элементами, входящими в электропривод, достигнуто расширение его функциональных возможностей путем позиционирования исполнительного органа механизма.

Формула изобретения

Электропривод по авт.св. N - 1345442, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения позиционирования исполнительного органа механизма статорные обмотки синхронных двигателей снабжены нулевыми выводами, соединенными между собой, а блок сравнения и управления — двумя дополнительными входами, и введены датчик положения, установленный на валу одного из синхронных двигателей, датчик 15 положения для установки на валу исполкительного органа механизма, четыре однополюсных и двухполюсный коммутационные аппараты, контакты первого, второго и третьего однополюсных аппа- 2О ратов включены соответственно между точками соединения статорных обмоток синхронных двигателей и катодным выводом постоянного тока трехфазного мостового выпрямителя, а контакт четвер- 25 того однополюсного аппарата — между точкой соединения нулевых выводов статорных обмоток и свободным выводом обмотки возбуждения соответствующего синхронного двигателя, один контакт двухполюсного аппарата включен между управляемым выводом обмотки возбужде" ния укаэанного синхронного двигателя и катодным выводом постоянного тока трехфазного мостового выпрямителя, а другой контакт двухполюсного аппарата — между точкой соединения обмоток возбуждения и нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора, блок позиционирования с двумя входами и шестью выходами, составленный из четырех формирователей, входы которых образуют два входа блока позиционирования, подключенные к выходам упомянутых датчиков положения, четырех усилителей, узла запуска и трехвходовой логической схемы ИЛИ, входы которой подключены к выходам первого, второго и третьего формирователей к ко7 торым подключены соответственно вхо1 ды первого второго и третьего усилителей, выход логической схемы ИЛИ соединен с входами четвертого усилителя и узла запуска, выходы усилителей образуют первые четыре выхода блока позиционирования, соединенные с управляющими входами однополюсных и двухполюсного аппаратов, а выход четвертого формирователя и выход узла запуска образуют соответственно пятый и шестой выходы блока позиционирования, соединенные с дополнительными входами блока сравнения и управления.

Составитель В.Тарасов

Техред Л.Сердюкова

Корректор С.Пекмар

Редактор М.Келемеш

Заказ 1779 Тираж 361 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101