Способ регулирования скорости нарастания тока якоря электродвигателя постоянного тока при ударной нагрузке и устройство для его осуществления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик (в 705631 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву = (22) Заявлено01.11,71 ° (21) 1710618/24 07 (51)M. Кд. с ïpèñ0åäèHåíèåì заявки.% 1730248/24-07

Н 02 Р 5/06

Гасударственная кемнтет

СССР аа делам кэааратенкй н аткрытнй (2З) Приоритет — по и. 3, 4 от 27.1 2.71

Опубликовано 2 5.12.79. Бюллетень Рй 47 (5З) ДК621.316. .718.5 (088.8) Дата опубликования описания.30.12.79

М. Ю. Файнберг (72) Автор изобрет йия (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ НАРАСТАНИЯ ТОКА ЯКОРЯ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ УДАРНОЙ НАГРУЗКЕ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электропри» водам механизмов с электродвигателями постоянного тока, работающим при удар- ных нагрузках, например, при прокатке металла.

Известно, что одним из параметров, 5 определяющих коммутационную способность электродвигателя постоянного тока, работающего при ударных нагрузках, например, при прокатке металла, и имею- !(mего систему автоматического регулирования скорости вращения, является скоГ рость нарастания якорного тока электродвигателя.

I5

Ограничения, связанные с предельными значениями скорости нарастания тока якоря электродвигателя, определяются отставанием поля добавочных полюсов от коммутирующего поля секций якоря, е

Известны способы и устройства для улучшения коммутации электрических мавин постоянного тока в режиме ударных нагрузок, в которых осуществляется воз-, действие корректирующим сигналом на форсировку поля добавочных полюсов электродвигателя (1 j

В этих устройствах имеется система автоматического регулирования скорости электродвтп ателя, ко входу которого под ключен выход датчика скорости.

Однако они не обеспечивают воздействия на систему регулирования скорости двигателя и динамических режимов электропривода, т.е. не осуществляют регулиро вания скорости нарастания тока.

Известно также, что в качестве показателя, характеризующего коммутационную спссобность электрической машины постоянного тока, является величина определяемая произведением скорости 4 нарастания тока якоря электродвигателя на кратность его изменения 1 пг атно шенню к номинальному значению при пабросе нагрузки j2j, т.е. для удовле гт о30 з 705 рительной коммутации электрической машины должно иметь место соотношение: аз!з„

Л =Р = " =const (1) дц

Показатель Х который, как известно, может достигать значения 200-300

4/сек поясняет, что при малых нагрузках двигателя по току, меньших номинального значения (т.е. когда j — < 3 )

4Э н

83 i3 скорость нараствния, М = — — - тока

dt якоря может быть увеличена так, чтобы величина Л ос тавалась неизменной.

При нагрузках двигателя по току, больших номинальной, скорость нарвста«

"ния тока должна уменьшаться, -а прн малых значениях тока нагрузки двигателя, по условиям коммутации, допустима босп . шая степень отставания поля добавочных полюсов от коммутйрующего поля якоря, чем при больших нагрузках, т.е, допустима большая скорость нарастания тока.

Увеличение скорости нарастания тока якоря при нагрузках электродвигателя, меньших номинальной, цозволяет существенI но улучшить быстродействие и качество системы автоматического регулирования скорости электродвигателя постоянного тока при ударной нагрузке. Ограничение скорости нарастания тока якоря электродвигателя при нагрузках, выше номинальной, позволяет повысить коммутационную надежность электродвигателя.

Целью предлагаемого способа и реализм зующего его устройства является повышение быстродействия системы автоматического регулирования и коммутационной надежности электродвигателя.

Для этого в предлагаемом способе определяют сигналы первой и второй производных скорости вращения электродвигателя при ударной нагрузке, преобразу« ют их в величину, обратно пропорциональ- 4 ную квадрату укаэанных производных, сравнивают ее с эталонным значением, и подают в -систему автоматического регулирования скорости . вращения электродвигателя, а отключение корректирующего сигнала производят вторым импульсом второй производной его скорости. Величину корректирующего сигнала изменяют также в зависимости от степени ослабления поля электродвигателя.

В устройство, содержащее систему автоматического регулирования скорости вращения электродвигателя, воэдействую mylo на источник питания якорной цепи, 631 4 и тахогенератор, введены блоки первичного и вторичного дифференцирования, функциональный преобразователь, дноп, элемент с эонной нечувствительности и релейный элемент, при этом выходы блоков дифференцирования подключены ко ,входу функционального преобразователя, к выходу блока вторичного дифференцирования через диод подключен репейный элемент, выход подключен ко входу функционального преобразователя, выход которого через элемент с зоной нечувствительности соединен со входом системы автоматического регулирования скорости вращения электродвигателя, Ко входу функционального преобразователя, кроме того, подключен выход блока определения степени ослабления потока электродвигателя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, на .фиг, 2 представлены кривые, показывающие изменение параметров электродвигателя при приложении ударной нагрузки.

Устройство (фиг. 1 ) содержит двигатель 1, питающийся от источника 2 и имеющий Систему авторегулирования скорости 3, куда подается задающий сигнал

4 и сигнал 5 обратной связи по скорости от тахогенервтора 6. К тахогенервт<ру 6 подключен блок диффере щироввння

7, осуществляющий однократное н двухкратное дифференцирование скорости двигателя в момент приложения нагрузки к валу двигателя и выдающий в функциональный преобразователь 8 сигналы, пропорциональные соответственно начальным значениям 1-й и 2-й производной скорости двигателя, отображающих момент нагрузки нв валу двиг"теля,, Кроме того, сигнал второй производной через диод 9 поступает также на вход релейного блока 10, на выходе которого, независимо от нагрузки двигателя в пределах от минимальной до номинальной и выше, возникает запирающий сигнал. от второго по счету импульса второй производной скорости двигателя.

Корректирующий сигнал на выходе функционального преобразователя 8 изменяется обратно пропорционально квадрату статической нагрузки на валу двигателя, определяемой .входными сигналами первой и втсрой производной. Корректи рующий сигнал поступает через элемент с зоной нечувствительности 11 нв вход системы ввторегулирования 3. Величина эоны нечувствительности элемента 11 определяется заданием 12, соответствуюL шим той минимальной нагрузке электродвигателя 1, при котором в систему регулирования 3 прохорит корректирующий сигнал.

Таким образом, по отдельному каналу в систему регулирования 3 поступает корректирующий сигнал, приводящий к изменению параметров или коэффициента усиления системы и, следовательно, частоты среза обратно пропорционально )o квадрату статической нагрузки на валу двигателя, начиная от момента времени = О. Корректирующий сигнал существует все время от момента времени

0 до момента появления второго по 15 .счету импульса второй производной скорости двигателя, т.е. запирающего сигнала, возникающего при достижении током двигателя первого установившегося значения и отключающего корректирую 20 ший сигнал.. При этом благодаря диоду 9, корректирующий сигнал отключается запирающим сигналом только от второго по счету импульса второй производной скорости двигателя, а первый по счет импульс этой производной, имеющий другую полярность," на вход функционального преобразователя не проходит, Отметим, что для учета степени ослабления потока возбуждения двигателя, когда при том же моменте сопротивлении на его валу потребляется больший якорный ток и, следовательно допустима меньшая скорость его нарастания, на . вход функционального преобразователя 8 подключен выход 13 не показанного на рисунках узла или органа ослабления по. тока возбуждения двигателя, благодаря чему при ослаблении потока возбуждения

40 автоматически снижается уровень корректирующего сигнала.

Сущность предложенного способа поясняется фиг. 2.

На фиг. 2 кривые 14 и 15 соответ45 ственно показывают изменение во вре« мени отклонения скорости 6И и тока h J якоря электродвигателя постоянного тока при ударной -нагрузке, например, в процессе захвата металла при прокатке, . Средняя скорость нарастания тока якоря электродвигателя определяется yr лом наклона кривой 15 на участке от

1 = 0 до момента 1 достижения T6KGM

3 первого установившегося значения

55 соответствующего достижением скоростью (кривая) максимального отклонения ДИО.

Указанные кривые 14 и 15 соответствуют режиму наброса номинальной на5 70563 1 6 груэки двигателя. Для этого режима показаны также соответственно кривые

16 и 17 изменения ускорения 5 h и и второй производной скорости h,h дт\ гателя, причем, для кривой 17 показаны первый а н второй "б по счету импульсы второй производной скорости после скачкообразного приложения нагрузки к валу двигателя.

В другом случае к двигателю скачком прикладывается нагрузка, равная половине от номинальной, т,е. при 3>- 0,5 .

Для этого случая также приведены кривые изменения приращения скорости 18, тс ка 19, ускорения 20, и второй производной скорости. 21 двигателя, где соответственно первый и второй по счету импул сы второй производной скорости для этого случая обозначены "в" и "г .

Как видно из сопоставления кривых изменения приращения скорости и тока для обоих случаев, во втором случае скорость изменения тока уменьшается примерно в два раза по сравнению с таковой в первом случае (угол наклона кривой

19 меньше,,чем кривой 15), что обычно и имеет место при меньшей нагрузке двигателя. Время достижения током нового установившегося значения 0,5 3ь. равно 1

На фиг. 2 кривыми 22, 23, 24 и 25 соответственно показаны приращение скорости, тока, ускорения и второй производной скорости (где первый по счету импульс "д, а второй - "е") двигателя при скачке нагрузки, также равной половинной отноминальной (0,5, . ), íî HpH HcHGlIbзовании средств, сохраняющих скорость на/ растания тока двигателя такой же, как и при номинальной нагрузке, и, следова» тельно, при уменьшении вдвое времени достижения током значения 0,5 Эи с величины Ь до величины,5„.

2.

В. этом случае максимальное (динамическое) падение скорости 0.È g уменьшается по сравнению со случаем с такой же (половинной) нагрузкой, но при уменьшении скорости нарастания тока двигателя, как на кривой 19.

Поскольку произведение скорости нарастания тока на кратность его изменения (по отношению к номинальному) может, по условиям коммутации, оставаться постоянным, то, например, при половинной нагрузке двигателя по току, скорость нарастания последнего может быть в два раза увеличена по сравнению с таковой при номинальной нагрузке, а

70563 1

7 время (, достижения током первого установившегося значения 0,5 3и по сравнению со временем Ц уменьшйтся

Х в два раза, а по сравненйю со временем у4. уже в четыре раза.

Такой случай представлен соответственно кривыми 26, 27, 28 и 29 приращения скорости, тока, ускорения и второй производной скорости (где первый и второй по счету импульсы обозначены "м и н")

На кривых 17, 21, 25 и 29 первые по счету импульсы второй производной скорости "а б" "д и "м для наглядности, показаны расположенными рядом, хотя, в действительности, они совпадают, Как следует из кривых 15, 19, 23,, 27 изменения тока время 1 5, и „

2 4 Ч5 достижения током первого установившегося значения соответственно для кривых 15 (также 19) 23 и 27 при выполнении условий (1) должно изменяться

I прямо пропорционально квадрату статической нагрузки на валу двигателя, т.е.

Д Д Й

R(i ) (2)

Время (достижения током первого . установившегося значения (или скоростью максимума динамического падения Ь И ) при ударной нагрузке однозначно связано с частотой среза 4и системы автома тического регулировайия, 4,5 -; Я

1 = — (Ю (3)

На основании (2), можно сделать вы вод„ что для выполнения условий (1)

1 частота среза М рсистемы авторегулирования должна изменяться обратно пропорционально квадрату статической нагрузки на валу двигателя т.е, с н ар з г — Я. (4) и )

rae Ш „- частота среза при номинальной нагрузке двигателя, . Для регулирования скорости нарастания тоха якоря электродвигателя и выполнения условия (1} необходимо иметь упреждающую информацию о начале приложения нагрузки к валу двигателя и о величине этой нагрузки в момент времени = О. Далее, обратно пропорционаж- но квадрату этой нагрузки на определенное время необходимо изменить частоту среза системы автоматического регулирования.

Известно, что упреждающую информацию о возникновении нагрузки на валу двигателя возможно получить с помощью сигналов, пропорциональных начальным значениям ускорения и второй производной скорости электродвигателя при ударной нагрузке, Такие сигналы отображают величину нагрузочного момента b.M, на валу двиi0 гателя еше до того, как ток двигателя и его производная возрастут до необходимого, отвечающего данному нагрузочному моменту значения.

Действительно, известно, что для скачt5 кообразного изменения нагрузки для мд мента времени t = О начальное отрицательное ускорение двигателя ЬИ (а) равно.

В С

20 где g — приведенный маховый момент на валу двигателя.

Таким образом, ЬИ (c) пропорцонально нагрузочному моменту (току) на валу двигателя.

Для всех представленных на фиг, 2 кривых приращения скорости и тока электродвигателя прн ударной нагрузке приведены соответствующие кривые изменения ускорения (кривые 16, 20, 24, 28) и второй производной скорости (кривые

17, 21, 29), включая первый и второй по счету импульсы второй производной скорости а" и б", в и "г", "д" и е", "м" и "и").

Рассмотренный способ применим как при набросе, так и сбросе нагрузки и как при постоянной скорости вращения двигателя перед набросом или сбросом нагрузки, так и при линейном или другом

40 функциональном законе изменения скорости.

Область применения предлагаемого способа - электроприводы непрерывных и реверсивных прокатных станов, и другие

45 механизмы с ударными режимами работы и приводными электродвигателями постоянного тоха, 50

Формула изобретения

1. Способ регулирования скорости нарастания тока якоря, электродвигателя постоянного тока при ударной нагрузке, 55 заключающийся в воздействии на электродвигатель корректирующего сигнала, отличающийся тем, что, с

I . целью повышения быстродействйя систе1 10 нечувствительности, при этом выходы блоков дифференцирования подключены ко входу функционального преобразователя, к выходу блока вторичного дифференцирования через диод подключен релейный элемент, выход которого подключен ко входу функционального преобразователя, выход которого через элемент с зоной нечувствительности соединен со входом системы автоматического регулирования скорости вращения электродвигателя.

4. Устройство для осушествления способа по п.п. 1, 2, о т л и ч а ю m eе с я тем, что в него введен блок определения степени ослабления потока возбуждения электродвигателя, выход которого подключен ко входу функционального преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 269276, кл. Н 02 К 23!24, 1970.

2. ще Anpassunq бег й1оФогей an д е, М1г МжМ Reg еСЬеЖи ц уем",.

Еье -сиеебеЮгомМ un дгегереы,е еЬьИг вс Ье Ant iebe,ИегРяГ,19ьь,сМИ-БЮg 70563 мы автоматического регулирования и коммутационной надежности электродвигателя, определяют первую и вторую производные скорости электродвигателя, формируют корректирующий сигнал как величину, обратно пропорциональную квадрату указанных производных, сравнивают ее с эталонным значением и подают в систему регулирования скорости электродвигателя, а отключение корректирующе- lo

ro сигнала производят вторым по счету импульсом второй производной скорости.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю- шийся тем, что величину корректирующего сигнала изменяют в зависимос ти от степени ослабления поля электродвигателя.

3. Устройство для осуществления способа по п.l, содержащее систему автоматического регулирования скорости вращения электродвигателя, воздействующую на источник питания якорной цепи, и тахогенератор, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что в него введены блоки первичного и вторичного дифференцирования, 25 .функциональный преобразователь, диод, репейный элемент, и элемент с зоной