Реверсивный электропривод

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах буровых станков. Целью изобретения является повышение надежности электропривода. В данном устройстве обеспечивается режим торможения противовключением с ограничением максимального тока. При этом обеспечивается силовой спуск груза со стабилизацией скорости. Кроме того, исключаются режимы прерывистого тока в двигательном режиме. 1 ил.

(ОК -1 СОВ11 КИХ

СОI (ИАЛИ(: IÈ

l Г СПУ1>, 1ИК (я) Н 02 P 5/06

ГОСУДАРСТВЕ iII IV A КОМИТГ 1

ПО ИЗОБРЕТГНИЯМ И 01КРЫ1ИЯМ

ПРИ ГКIIT СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4470594/07 (22) 05.08.88 (46) 30.07.91. Бюл. М28 (71) Карагандинский политехнический институт (72) В.Ф. Бы рька, И. В. Брейдо, И.В. Петерс и

Н.Ф.Томилин (53) 621.316.718.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1206942, кл. H 02 P 5/06, 1986.

Парфенов Б.M. и др. Система электроприводов установок для сверхглубокого бурения. - Электротехника, 1986, N. 10. с.14—

16.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в реверсивных электроприводах постоянного тока, работающих в двигательных и тормозных режимах, в частности в электроприводах буровых станков и механизмов подачи угледобывающих комбайнов.

Целью изобретения является повышение надежности электропривода.

На фиг.1 представлена схема электропривода; на фиг.2 — схема задатчика интенсивности; на фиг.3 — - схема второго преобразователя полярности сигнала; на фиг.4 — временные диаграммы рабо1ы элементов электропривода.

Электропривод содержит последовательно соединенные задат ик 1 скорости, первый преобразователь 2 полярности сигнала, эадатчик 3 интенсивности, регулятор

4 скорости, второй преобразователь 5 полярности сигнала, регулятор 6 тока якоря, . SU, 1667213 А1 (54) РЕВЕРСИВНЫЙ ЭЛЕК1 РОПРИВОД (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах буровых станков. Цег ыю изобретения является повышение надежности электропривода. В данном устройстве обеспечивается режим торможения противовключением с ограничением максимального тока. При этом обеспечивается силовой спуск груза со стабилизацией скорости. Кроме того, исключаются режимы прерывистого тока в двигательном режиме. 1 ил. нереверсивный тиристорный преобразователь 7 якорной цепи, тормозной резистор 8, якорь 9 электродвигателя и датчик 10 скорости, подключенный к второму входу регулятора 4 скорости и к входам датчика 11 ЭДС и первого логического элемента 12, датчик

13 тока якоря, соединенный с вторым входом регулятора 6 тока якоря и с входом датчика 14 нулевого тока якоря, последовательно соединенные задатчик 15 ЭДС, регулятор 16 ЭДС, ключ 17, регулятор 18 тока возбуждения, реверсивный тиристорный возбудитель 19 и обмотка 20 возбуждения, датчик 21 тока возбуждения, подключенный к второму входу регулятора 18 тока возбуждения, к входам датчика 22 нулевого тока возбуждения и формирователя 23 сигнала магнитного потока, выход регулятора 4 скорости подключен к входу фильтра 24 нижних частот, последовательно соединенного с первым компаратором 25, вторым логиче1667213 ским элементом 26, первым 0-триггером 27, вторым Д-триггером 28 и третьим логическим элементом 29, второй вход которого соединен с инвертирующим выходом первого 0-триггера 27, а выход — с управляющим входом ключа 17, выход задатчика 1 скорости подключен к второму входу первого логического элемента 12 и к входу второго компаратора 30, соединеного с D-входом третьего 0-триггера 31 и четвертого логического элемента 32, выход которого подключен к управляющему входу задатчика 3 интенсивности, синхронизирующий вход Dтриггера 31 соединен с выходом датчика 33 нулевой скорости, соединенного с датчиком

10 скорости, а выход третьего D-триггера 31 соединен с входом второго логического элемента 26 и с входом пятого логического элемента 34, второй вход которого подключен к выходу второго D-триггера 28, а выход — к управляющему входу второго преобразователя 5 полярности сигнала и к входу шестого логического элемента 35, выход которого соединен с входом блока 36 управления, выход которого подключен к управляющим электродам нулевого тиристора 37, подключенного параллельно нереверсивному тиристорному преобразователю 7, и шунтирующего тиристора 38, подключенного параллельно тормозному резистору 8, выход задатчика 39 момента соединен с управляющим входом блока 40 ограничения, подключенного параллельно регулятору 4 скорости, выход формирователя 23 сигнала магнитного потока соединен с вторым входом датчика 11 ЭДС, выход когорого подключен к второму входу регулятора 16 ЭДС, выходы второго 0-триггера 28 соединены с вторым и третьим входами реверсивного тиристорного возбудителя 19 обмотки возбуждения 20, синхронизирующий вход первого 0-триггера 27 соединен с выходом датчика 14 нулевого тока якоря, синхрониэирующий вход второго 0-триггера 28 — c выходом датчика 22 нулевого тока возбуждения, выход первого логического элемента

12 подключен к стояночному тормозу 41, выход блока 42 выбора электрической сети — к управляющему электроду шунтирующего тиристора 38, а выход блока 43 минимальногого сигнала магнитного потока — к входу ключа 17, Датчики 33, 14 и 22 нулевых скоростей, тока якоря и возбуждения, компараторы 25 и 30, логические элементы 12, 26, 29, 32, 34 и 35, D-триггеры 27, 28 и 31 и их связи образуют логическое переключающее устройство 44, Компараторы 25 и 30 выполнены как одностронние ограничители сигнала.

Компаратор 25 работает по алгоритму

0,=1 при U«=0;

08 = 0 при U» =О, где U>« — выходное напряжение;

U» — входное напряжение;

1 — логическая "единица";

0 — логический "нуль".

Компаратор 30 работает по алгоритму

Овых = 1 при Оих =- 0

U« < =-0 при U>< = О.

0-триггеры 27, 28, 31 выполнены со статическими входами синхронизации.

Задатчик 1 скорости выполнен в виде двухполярного регулируемого источника опорного напряжения, Знак выходного напряжения задает направление вращения, а величина напряжения — скорость электропривода. Задатчик 39 момента и задатчик 15

ЭДС выполнены в виде однополярных регулируемых источников опорного напряжения, Блок 43 минимального сигнала магнитного потока выполнен в виде источника опорного напряжения.

Задатчик 3 интенсивности выполнен по схеме, представленной на фиг.2, и содержит источник 45 опорного напряжения, соединенный с интегратором 46, в цепи обратной связи которого установлены параллельно соединные транзисторный ограничитель 47 и полевой транзистор 48, соединенный с инвертором 49.

Зона нечувствительности создается за счет падения напряжения на переходах транзисторного огоаничителя 47.

Первый преобразователь 2 полярности

v сигнала выполнен по схеме формирователя модуля функции.

Блок 40 ограничения выполнен в виде транзистора, включенного в цепь обратной связи регулятора 4 скорости, Второй преобразователь 5 полярности сигнала выполнен по схеме, представленной на фиг,3, которая состоит из двух инвертирующих операционных усилителей 50 и

51. В обратную связь усилителя 50 включен полевой транзистор 52. Датчики нулевого тока якоря, тока возбуждения и нулевой скорости 14, 22 и 33 выполнены по схемам нуль-органов. Датчик 11 ЭДС выполнен в виде блока умножения, Электропривод работает следуощим образом, В исходном состоянии при включении электропривода на выходе задатчика 1 и фильтра 24 нижних частот устанавливаются

"нули", что приводит к состояниям логических элементов, укаэанным на фиг.4, в режиме исходного состояния.

Так как ключ 17 замкнут, то сигнал с выхода эадатчика 15 ЭДС через регулятор

16, ключ 17, регулятор 18 поступает на воз!

66(Ia будитель 19, что приводит к появлению >Ока возбуждения в обмотке 20 возбуждения и появлению "нуля" на выходе дагчика 22 нулевого тока возбуждения. Состоя><ич остальных логических элементов не изменяются.

Задатчик 3 интенсивности раэблокирован. "Единица" инверсного выхода 0-триггера 28 устанавливает возбудитель 19 в положение "Спуск", В режиме подъема последовательность процессов следующая; при появлении положительного сигнала на выходе задатчика 1 на выходе компаратора 30 - "единица". а блока 12 — "нуль", что приводит к растормаживанию стояночного тормоза 1!

Гак как на выходах датчи>.ов 33 и 14 нулевых скорости и тока якоря - "cr)» iиванлся в состояние "единицы". " диница с;)ыходл триггера 27 и ">4@<>b" г. гп-: ода iри>rer)a ?Л устанавливают блок 29 в поло ке»ие ":.r)I»<> цы", ключ 17 размыкается, на выкоде блока

35 — "нуль", тиристор 37 e;) r)bir)aeTI;)), Т!)к как ключ 17 размыкается, то ток возбуждения уменьшается до нуля, на выходе датчика 22 нулевого тока возбужде>>ия появляется "единица", что приводит к установке блоков 28 и 35 в состояние "еди«ица блоков 29 и 34 -- в "нуль". При этом единица" с выхода блока 28 устанавливает реверсивный возбудитель 19 в положе>4ие подъема, тирисгоры 37 и 38 через блок 36 открываются, блок 5 инвертирует сигнал регулятора 4 в состояние, соответствующее двигательному режиму, ключ 17 закрывается, Сигнал управления, поступающий с выхода задатчика 1 скорости через первый преобразователь 2 поляр><ог.ги сигнала, напряжение на выходе которого положителI= но, независимо от полярности входного напряжения поступает на базу тра><з>1сторного ограничителя 47 задатчика 3 интенсивности, устанавливая на выходе интегратора 46 под воздействием сигнала источника 45 опорного напряжения э4ада<4ную амплитуду сигнала. Сигнал с выхода интегратора 46 задатчика инвтенсивности поступает далее через регулятор 4 > корости на второй преобразователь -".. пт«<яг)><ости сигнала, При наличии на за !i)npe тр» <ýèñòîpa 52 сигнала положитель><ой полярности оН закрыт. ВхОДнОЙ сигнал преобр<)>зова геля 5 проходит через инвертирун)щие операционные усилители 50. 51, и поля рносп, напряжения на вь>коде преобразовател<) 5 соответствует полярности н ir>! яже><ия на входе. Когда транзистор 52 о»; f)bi> и orle!)à ционный усилитель 50 за»<)>«и>>г«<л«пре

Образпвател>, 5 с>ановиreÿ инвертором, т,е. пг)и отрицательном нап1)джен;1И на входе блока его выходное напряжение положительно. Выход><ой сигнал преобразователя

5 полярности сигнала через регулятор 6 тока воздействует на нереверсивный тиристорный преобразователь 7, вызывая появление тока электродвигателя 9, Одновременно сигнал с выхода задатчика 15 ЭДС через регулятор 16 ЭДС, ключ 17, регулятор 18 тока возбуждения поступает на реверсивный тиристорный возбудитель 19, вызывая появление тока в обмотке 20 возбуждения.

Двигатель начинает разгоняться, появляется сигнал скорости, При появлении сигналов с датчиков 13, 2 1 и 10 датчики 1<), 27 >;

33 уотаНаВЛИВаЮтея В СОСтпянио "НуЛЕй, снимая сигналы с синхронизирующих входов D Tðèããåðîâ 31, 2 < и 28.;!лектрог>риьод р, г)ответ в режиме подъем-..

В злектроприводе. замкнутом обратными связями по г корости и току <4КО!зя, ЭДС и

>ок, возбужде>4>1я с г)омо>ць<о да1чиков 10, 1!. 13 и 21. уста><авливается заданный реж<1м работы. rrïðåäeëëeìb>è величинами си налов задатчиков 1 скорости. 39 момента и I5 ЗДС. Б ключе><ие нулевого тиристора 37 в двигательном режиме позволяет исключить зону прерывистых токов.

Величина максимального сигнала задатчика 15 ЭДС выбирается пропорциональной номиналь»ой ЭДС, 1оэтому при работе в первой зоне регулирования регуляторы 16 и 18 ЭДС и тока возбуждения насыщены, амплитуда максимального сигнала

ЗаДастСЯ СООтВЕтСтВУ>ОЩЕ, i- ОМИНалЬНОМУ току возбуждения.

В первой зоне в двигательном режиме обеспечивается подчинен ное регул ирование скорости и момента, причем вели <ина уставки момента изменяется при изменении выходного сигнала задатчика 39 момента, ограничивающего через блок 40 ограничения выходной сигнал регулятора 4 скорости.

Переход во вторую зону регулирования происходит при увеличении сигнала датчика 11 ЭДС выше сигнала номинальной ЭДС, При этом обесп .чивается регулирование путем ослабления магнитного потока С целью поддержания минимального ма> нитно> о, ОТ0КВ в переходных процегсах г<ри работе вп второй зоне с выхода блока 43 на вход ключа

17 подается сигнал минимально доп,стимого маг><итного потока. Для из>1ерс>4ия ЭДС используется выходной сигнал формирователя 23 сигнала ма>нитно>о потока и .игнаrI3 дат IHKd 10 скорости. Пр>1 Ост внове злектропривода, если задагчик 1 уста.>авливается в положение, близкое» чл:о, в i)pe

1667213 делах эоны нечувствительности задатчика 3 интенсивности, на выходе блока 30 — "нуль", который перебрасывает блок 32 в положение "единица". Состояния всех остальных логических элементов в начальный момент останова не изменяются. Логическая "единица" с выхода блока 32 поступает на инвертор 49 задатчика 3 интенсивности, сигнал с выхода которого открывает полевой транзистор 48, и напряжение на выходе интегратора 46 задатчика 3 интенсивности становится равным нулю, т,е. задатчик 3 интенсивности блокируется, Напряжение на выходе управляемого выпрямителя 7 уменьшается. Как только напряжение преобразователя становится меньше противоЭДС, управляемый выпрямитель 7 закрывается и на выходе датчика 14 устанавливается "единица".

Скорость электродвигателя также уменьшается до нуля, датчик 33 устанавливается в состояние "единица", триггер 31 устанавливается в "нуль", блок 32 вследствие этого — в "нуль", блок 26 — в состояние

"единица", блок 27 — в состояние "нуль", на блоке 29 — "единица", на блоке 17 — "нуль", на блоке 34 — "единица", на блоке 35—

"нуль", на блоке 12 — "единица". Вследствие такого состояния логических элементов ток возбуждения становится равным нулю (ключ 17 размыкается), сигнал датчика 22 равен "единице", что приводит к перебрасыванию триггера 28 в состояние "единицы" (положение "Спуск" ), блоков 29 и 34 — в

"нуль", на блоке 35 — "единица", вновь появляется ток возбуждения, вкючается стояночный тормоз 41, т.е, электропривод устанавливается в исходное состояние. Если электропривод останавливается без нагрузки, в режиме свободного выбега, то в процессе останова, пока скорость не равна нулю, возможна ситуация, когда на выходе регулятора 4 появляется отрицательный сигнал (заданная скорость меньше фактической), на выходе фильтра 24 сигнал также отрицательный, блок 25 устанавливается в

"нуль", на блоке 26 — "единица" (т.е. на блоке

31 — "единица"), и далее процесс идет в соответствии с описанным алгоритмом останова. При останове электропривода сигнал на выходе регулятора 4 становится равным "нулю", на выходе блока 25 — "единица", на блоке 31 — "нуль", в блоке 26—

"единица", В режиме "Спуск" сигнал с выхода блока 1 — отрицательный, на блоке 30 — "нуль", и состояния всех логических элементов соответствуют режиму исходное состояние (т.е. триггер 28 в положении "Спуск" ). Под действием отрицательного сигнала задатчика 1 через блок 12 растормаживается сто5

55 яночный тормоз 41 и электропривод разгоняется в двигательном режиме до заданной скорости.

Если в процессе спуска под действием груза электродвигатель разгоняется до скорости больше заданной, то управляемый выпрямитель 7 закрывается (противоЭДС больше, чем напряжение управляемого выпрямителя) и на выходе датчика 14 формируется "единица", а при устойчивом превышении скорости больше заданной (т.е. при появлении отрицательной постоянной составляющей на выходе фильтра 24) на выходе блока 25 формируется "нуль", в блоке 26 — "нуль", в блоке 27 — "единица", в блоке 29 — единица и ключ 17 размыкается.

Это приводит к уменьшению тока возбуждения до нуля и появлению "единицы" на выходе датчика 22, к установке на выходе блока 28 "единицы" и реверсу возбудителя

19 при нуле тока возбуждения, к установке блока 29 в "нуль" и к замыканию ключа 17, т.е. к появлению задающего сигнала на входе регулятора 18, к установке блока 34 — в состояние "единица", а блока 35 — в состояние "нуль", в результате чего изменяется полярность сигнала преобразователя 5 и закрывается тиристор 37, затем появляется ток обмотки возбуждения и управляемый выпрямитель рекуперирует энергию в сеть, электродвигатель переходит в генераторный режим и развивает тормозной момент.

Если в процессе торможения скорость спуска становится равной или меньшей заданной скорости, то на выходах регулятора

4, а затем и фильтра 24 появляется положительный сигнал, который при увеличении ошибки скорости уменьшается, что приводит к уменьшению тормозного момента и уменьшению тока якоря. Кроме того, блоки

25 и 26 переключаются в положение "единица" и, при достижении током якоря нулевого значения, переключаются триггер 27, блок

29 и размыкается ключ 17, ток возбуждения уменьшается до нуля, при достижении током возбуждения нуля переключается триггер 28, реверсируется возбудитель 19, переключаются блоки 34 и 35, переключая полярность выходного сигнала преобразователя 5 и открывая нулевой тиристор 37, При появлении тока возбуждения электропривод переходит из генераторного режима в двигательный, При электроснабжении электропривода от промышленной электрической сети выходной сигнал блока 42 выбора электрической сети устанавливается в положение логической "единицы" и тормозной резистор 8 постоянно зашунтирован тормозным

1667213

10 тиристором 38, открытым за счет выходного сигнала блока 42. Это позволяет применять в тормозных режимах рекуперацию энергии в сеть, При электроснабжении от дизельных 5 агрегатов выходной сигнал блока 42 устанавливается в состояние логического "нуля". В этом режиме работы при силовом спуске одновременно с закрытием нулевого тиристора 37 закрывается шунтирующий ти- 10 ристор 38 и электропривод тормозится в режиме противовключения, а ток якоря ограничивается тормозным резистром 8, При переходе от тормозного в двигательный режим шунтирующий тиристор 38 открывает- 15 ся одновременно с нулевым тиристором 37.

Если в режиме спуска производится реверс, то полярность сигнала задатчика 1 изменяется с положительной на отрицатель- 20 ную, блоки 30 и 32 переключаются в положение "единица", шунтируется выходной сигнал задатчика 3 интенсивности, ток якоря уменьшается до нуля, на выходе датчика

14 — "единица", уменьашается до нуля ско- 25 рость, на выходе датчика 33 — "единица"., После появления "единицы" на выходе датчика 33 последовательность переключения логических элементов и процесс работы электропривода аналогичны режиму подь- 30 ема.

Если реверс производится в режиме подъема, то до остановки электродвигателя

9 процесс развивается аналогично режиму

"Останов при подъеме", а далее — аналогич- 35 но режиму спуска.

Таким образом, использование фильтра

24 нижних частот, исключающего возможность ложных переключений логического переключающего устройства 44, использо- 40 вание нулевого тиристора 37, отключающегося в тормозных режимах и позволяющего исключить режимы прерывистого тока в двигательных режимах, а также применение одной и той же структуры электропри- 45 вода при работе от электрической сети и от автономного источника электроснабжения повышает надежность реверсивного электропривода.

Формула изобретения 50

Реверсивный электропривод, содержащий электродвигатель, последовательно соединенные задатчик скорости, первый преобразователь полярности сигнала, задатчик интенсивности, регулятор скорости с 55 подключенным параллельнэ блоком ограничения, второй преобразователь полярности сигнала, регулятор тока, нереверсивный тиристорный преобразователь, датчик скорости, соединенный с входом регулятора скорости, датчик тока якоря, подключенный к входу регулятора тока, последовательно соединенные задатчик ЭДС, регулятор

ЭДС, ключ, регулятор тока возбуждения, реверсивный тиристрорный возбудитель, подключенный к обмотке возбуждения, датчик тока возбуждения, подключенный к входу регулятора тока возбуждения, датчик ЭДС, выход которого подключен к регулятору

ЭДС, один вход — к датчику скорости, а другой вход через формирователь сигнала магнитного потока — к датчику тока возбуждения, логическое переключающее устройство, входы которого соединены с задатчиком скорости, датчиком скорости и датчиком тока возбуждения, а выход соединен с ключом, задатчик момента, тормозной резистор, блок управлñ . я и стояночный тормоз, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введены фильтр нижних частот, шунтирующий и нулевой тиристоры, блок выбора электрической сети и блок минимального сигнала магнитного потока,причем задатчик интенсивности выполнен с зоной нечувствительности, логическое heреключающее устройство содержит первый логический элемента И-НЕ, последовательно соединенные первый компаратор, второй логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, первый D-триггер, инверсный выход которого подключен к входам третьего логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и второго D-триггера, второй компаратор. входом соединенный с выходом задатчика скорости, а выходом — с четвертым логическим элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и третьим 0-триггером, второй вход которого подключен к датчику нулевой скорости, а выход — к вторым входам второго и четвертого логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к входу пятого логического элемента ИСКЛЮЩАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом второго преобразователя полярности сигнала и с шестым логическим элементом НЕ, а второй вход — с прямым выходом второго

D-триггера, подключенного также к второму входу третьего логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к второму входу реверсивного тиристорного возбудителя, инверсный выход второго О-триггера соединен с третьим входом реверсивного тиристорного возбудителя, а второй вход второго D-триггера подключен к датчику нулевого тока возбуждения, соединенного с датчиком тока возбуждения, второй вход первого D-триггера соединен с датчиком нулевого тока якоря, подключенного к датчику тока якоря, вход датчика нулевой скорости

1667213

12 соединен с выходом датчика скорости, выходтретьего логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к ключу, выход четвертого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ вЂ” к управляющему входу за- 5 датчика интенсивности, выход шестого логического элемента НŠ— к входу блока управления, соединенного с управляющими эЛектродами шунтирующего и нулевого тиристоров, управляющий электрод шунтиру- 10 ющего тиристора подключен также к блоку выбора электрической сети, между силовым выводом нереверсивного тиристорного преобразователя и выводом якорной обмотки включены параллельно соединенные тормозной резистор и шунтирующий тиристор, параллельно нереверсивному тиристорному преобразователю подключен нулевой тиристрор, выход первого логического элемента И-НЕ соединен со стояночным тормозом, а входы — с задатчиком и датчиком скорости, вход фильтра нижних частот подключены к выходу регулятора скорости, а выход — к первому компаратору, задатчик момента соединен с входом блока ограничения, а блок минимального сигнала магнитного потока с входом ключа.

1557213

24

14

22

33

31

32

26

Г7

28

28

29

17

34

3$

Юыг, 4