Способ управления электродвигателем постоянного тока при ударной нагрузке

 

3345lVrd IN C) hah тбитиб"т-т . Ничеоиэяй

Й 1йн .ъ

Сфюз Советски к

Социалистических

Республик

<о655448

ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2à1076 (21) 2415483/22-02 (51) М. Км.

В 21 В 37/00 с присоединением заявки ¹ (23) Государственный номитет

СССР по делам изобретений и открытий

Приоритет

Опубликовано 0504.79.Бюллетень № 13 (53) УДК 621.316..7 1 8Б6 21,7 71.2 (088. 8) Дата опубликования описания 060479 (72) Автор изобретения

М.Ю. Файнберг (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

ПОСТОЯНПОГО ТОКА ПРИ УДАРНОЙ НАГРУЗКЕ

Изобретение относится к области электротехники, преимущественно к управлению электродвигателями постоянного тока, снабженными замкнутыми системами автоматического регулирования и предназначенными для привода прокатных станов, например непрерывных или реверсивных станов горячей прокатки.

Для таких электродвигателей харак- терен режим приложения ударной нагрузки к валу при захвате металла.

Иззестна подчиненная система t31 авторегулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока со ®м статическими (вентильными) источниками питания. В этой системе существует некомпенсируемая постоянная времени, определяемая фильтрами на выходе регулятора и датчика тока, фильтром на входе системы импульсно-фазового уп.равления, а также дискретностью вентильного преобразователя.

Таким образом, благодаря указанным инерционностям и дискретным свой- @ ствам вентильных преобразователей указанная система в целом характеризуется существенно нелинейными. разрывными характеристиками, что обуслав) ливает повышение величины перерегулирования, а также увеличение времени реакции системы на входной сигнал как со стороны управляющего, так и возмущающего воздействий, что приводит, в частности, к увеличению динамического падения частоты вращения электродвигателя при ударной нагрузке.

Для укаэанных электроприводов прокатных станов характерно также существенное влияние упругости валопровода привода валков на работу системы авторегулирования и элементов конструкции механических деталей и узлов этого валопровода и собственне прокатного электродвигателя.

При этом частоты укаэанных колебаний линии привода валков прокатных станов лежат в пределах 16-60 гц, в пределах примерно 100-400 рад/сек.

Указанные частоты в несколько раз, а иногда и на целый порядок превышают частоту среза системы автоматического регулирования частоты вращения прокатного электродвигателя, которая, в частности, регламентируется коммутационной способностью электродвигателя, в основном скоростью нарастания его якорного тока.

5" 448

Известно, что с целью повышения динамической точностг регулирования, в частности, для уменьшения динамического падения частоты вращения электродвигателя при ударной нагрузке разработана система регулирования (2), которая действует по принципу комбинированного регулирования, т.е. с использованием сигналов по возмущению, в данном случае — по моменту прокатки.

B указанной системе в качестве )О сигнала, пропорционального возмущающему воздействию на валу электродвигателя,используется величина начального отрицательного ускорения привода, возникающая в момент приложения нагрузки.

Известно также устройство для управления главным приводом клети непрерывного прокатного стана (3), которое с целью предотвращения динамического падения скорости в момент захвата металла снабжено измерителем крутящих моментов, т.е. содержит датчик возмущения.

Однако в нем сигнал от измерителя крутящего момента не подают в систему регулирования частоты вращения данной клети, а используют лишь как информацию о захвате металла валками.

Существующие способы и-устройства не устраняют нелинейности (разрыв- З0 ности) характеристик систем регулирования, вызванной "дискретностью входящих в них элементов, что ухудшает динамические параметры системы.

Наиболее близким к описываемому 35 изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ вибрационной линеаризации посредством вынужденных колебаний или автоколебаний управляющего элемента, 40 воздействующего на электродвигатель (4) .

Для режима вибрационной линеаризации посредством вынужденных колебаний или автоколебаний необходимо, в первом случае наличие специального

45 источника этих колебаний, а во втором случае — создание в регуляторе гибкой положительной обратной связи со специальными параметрами цепей, обеспечивающими необходимый колебательный 50 режим исполнительных элементов.

Кроме того, при осуществлении этого способа вибрационной линеаризации управление временем действия режима этой линеаризации не лимитировано. 55

Тем не менее, для режима ударных нагрузок целесообразно режим вибрационной линеаризации вводить в систему авторегулирования в момент приложения этой нагрузки к валу электро- 50 двигателя и отключать режим линсаризации после окончания переходного ,процесса изменения частоты вращения электродвигателя.

С целью повышения быстродействия, надежности и уменьшения динамическо- го падения частоты вращения электродвигателя измеряют ЭДС era подшипннковых токов, усиливают эту ЭДС, выделяют из нее высокочастотную составляющую, которую затем вводят в качестве сигнала вибрационной линеаризации в систему регулирования частоты вращения электродвигателя. .На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Оно содержит прокатный электродвигатель 1, шестеренную часть 2, валки 3, заземленный подшипник 4 прокатного электродвигателя, изолированный подшипник 5 прокатного электродвигателя, изолирующую прокладку б, усилитель 7, емкость 8, резистор 9, формирователь 10 высокочастотных сигналов вибрационной линеаризации, систему 11 регулирования частоты вращения электродвигателя, регулируемый источник питания 12 электродвигателя.

Прокатный электродвигатель 1 через шестеренную часть 2 вращает валки 3, прокатывающие загбтовку 13.

При этом подшипник 4 электродвигателя заземлен, а подшипник 5 изолирован от земли с помощью изолирующей прокладки б.

ЭДС подшипниковых токов электродвигателя, замеренная между изолиро ванным подшипником 5 и землей, усиливается с помощью усилителя 7. Высокочастотная составляющая этой ЭДС, появляющаяся при возникновении крутильных колебаний валопровода и собственно вала электродвигателя при набросе нагрузки, т.е. при захвате металла валками, выделяется с помощью

R-С фильтра, состоящего из емкости 8, резистора 9, и подается на вход формирователя 10 высокочастотных сигналов вибрационной линеаризации.

Выход формирователя 10 связан с входом системы 11 регулирования частоты вращения электродвигателя 1. . На другие входы этой системы поданы соответственно задающий сигнал

14 управления, сигнал 15 обратной связи по какому-либо параметру, например по частоте вращения электродвигателя, и сигнал 16, пропорциональный возмущающему воздействию на валу электродвигателя. Выход системы 11 подключен ко входу источника питания 12.

Система работает следующим образом.

При захвате металла валками прокатного стана, вследствие упругости элементов линии валопровода системы электродвигатель-валки, возникают крутильные колебания этих элементов, в том числе и вала прокатного электродвигателя 1.

В результате на вход формирователя 10 поступает отфильтрованная R Ñ фильтром высокочастотная c oct.àâëÿí>щая ЭДС подшипниковых токов, обуслон655448 ленная высокочастотными крутильными колебаниями вала электродвигателя и изменениями его магнитоупругих свойств.

В формирователе 10 зта ЭДС, имеющая практически синусоидальную форму, масштабируется и подается на вход 5 системы 11 в качестве высокочастотного сигнала вибрационной линеаризации.

При необходимости в формирователе 10 может осуществляться удвоение или увеличение в большее количество раз 10 частоты, отфильтрованной R-С фильтром ЭДС подшипниковых токов.

На чертеже кривой 17 представлена статическая характеристика элементов системы регулирования 11, т.е. зависимость выходного сигнала U ы от входного 0 „. Такая характерйстика обусловлена, например, дискретностью системы импульсно-фазового управления тиристорного источника питания и т.д. и является одной из причин повышенных перерегулирования и динамического отклонения частоты вращения йпО электродвигателя при ударной нагрузке (см. кривую 18).

Высокочастотная составляющая подшипниковых токов электродвигателя в функции времени имеет вид, представленный на чертеже кривой 19, и характеризуется затуханием в соответствии с затуханиями крутильных колебаний 30 системы валопровода после окончания захвата металла.

В результате подачи на вход системы регулирования сформированной формирователем 10 высокочастотной состав-35 ляющей ЭДС подшипниковых токов электродвигателя статическая характеристика системы регулирования линеаризуется и принимает вид представленный на чертеже кривой 20. При этом дина- 40 мическое отклонение частоты вращения электродвигателя при ударной нагрузке уменьшается (см. кривую 21).

Таким образом, в предлагаемом способе высокочастотная составляющая ЭДС подшипниковых токов электродвигателя, возникающая вследствие изменения магнитоупругих свойств его вала при крутильных колебаниях линии валопровода в режиме ударных нагрузок, является высокочастотным сигналом вибрационной линеаризации.

При введении этого сигнала в систему регулирования исключается нелинейность характеристик элементов этой системы, вследствие чего уменьшается динамическое отклонение частоты вращения электродвигателя при ударных нагрузках.

По окончании крутильных колебаний элементов линии валопровода, в том числе и вала электродвигателя, сигнал вибрационной линеаризации автоматически прекращает действовать, что является одним из достоинств предлагаемого способа.

Формула изобретения

Способ управления электродвигателем постоянного тока при ударной нагрузке преимущественно для привода валков прокатного стана, основанный на режиме вибрационной линеаризации, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности и уменьшения динамического падения частоты вращения электродвигателя, измеряют ЭДС его подшипниковых токов, выделяют из нее высокочастотную составляющую, которую затем вводят в качестве сигнала вибрационной линеаризации в систему регулирования частоты вращения электродвигателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фишбейн В.Г. Расчет систем подчиненного регулирования вентильного электропривода постоянного тока, Энергия, 1972, с. 9-11.

2. Зеленов А.Б. и М.Ю. Файнберг.

Комбинированная система стабилизации скорости автоматизированных электроприводов постоянного тока. Электричество. 1969, Р 2.

3. Авторское свидетельство

9 334626, кл. В 21 В 35/04, 12.06.69.

4. Рязанов Ю.А. Проектирование систем автоматического регулирования, Машгиз, 1968, с. 119-125.

655448

Составитель A.Àáðîñèìoâ

Техред Н.Бабурка Корректор М,Пожо

Редактор Н.Вирко

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4

Заказ 1406/б Тираж l033 Подписное

ЦНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5