Устройство для ограничения тока нагрузки экскаваторного электропривода постоянного тока

Устройство для ограничения тока нагрузки экскаваторного электропривода постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКА НАГРУЗКИ ЭКСКАВАТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА с якорной цепью, включающей последовательно соединенные компенсационные обмотки и обмотки дополнительных полюсов генератора и двигателя, содержашее регулятор тока с цепями задания и обратной связи и двухполюсник, выполненный из находящегося в тепловом контакте с одной из обмоток терморезистора с отрицательным температурным коэффициенто.м сопротивления , защунтированного резисторо.м и соединенного с вторым резистором, отличающееся тем, что, с целью обеспечения высокой точности те.мпературной стабилизации стопорного тока и качества стабилизации динамических характеристик электропривода , двухполюсник снабжен двумя встречно включенными стабилитронами и третьим резистором, который включен между терморезистором и вторым резистором, часть которого зашунтирована встречно включенными стабилитронами, причем двухполюсник включен последовательно в цепь задания регулятора тока, цепь обратной связи которого подключена к якорной цепи электропривода .

„„SU „„1 048066

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5g Е 02 F 9/20; Н 02 P 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

9 1/1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3002752/29-03 (22) 10.11.80 (46) 15.10.83. Бюл. № 38 (72) P. С. Кишко, Б. Я. Панченко, В. И. Кузнецов, В. Б. Цяпа, М. М. Кошевой, Э. И. Чувпило и Л. И. Ушаков (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте, Львоский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского ком-. сомола и Научно-исследовательский институт тяжелого машиностроения Производственного объединения «Ново-Краматорский машиностроительный завод» (53) 621.879.34 (088.8) (56) 1. Бариев Н. В. Электрооборудование одноковшовых экскаваторов. М., «Энергия», 1980, с. 280.

2. Там же, с. 265 — 266.

3. Авторское свидетельство СССР № 139703, кл. Е 02 F 9/20, 1960.

4. Патент США № 3518444, кл. 290-14, 1970 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКА НАГРУЗКИ ЭКСКАВАТОРНОГО ЭЛ ЕКТРОПРИ ВОДА ПОСТОЯННОГО

ТОКА с якорной цепью, включающей последовательно соединенные компенсационные обмотки и обмотки дополнительных полюсов генератора и двигателя, содержащее регулятор тока с цепями задания и обратной связи и двухполюсник, выполненный из находящегося в тепловом контакте с одной из обмоток терморезистора с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, зашунтированного резистором и соединенного с вторым резистором, отличающееся тем, что, с целью обеспечеция высокой точности температурной стабилизации стопорного тока и качества стабилизации динамических характеристик электропривода, двухполюсник снабжен двумя встречно включенными стабилитронами и третьим резистором, который включен между терморезистором и вторым резистором, часть которого зашунтирована встречно включенными стабилитронами, причем двухполюсник включен последовательно в цепь задания регулятора тока, цепь обратной связи которого подключена к якорной цепи электропривода.

1048066

50 щения момента привода из-за снижения величины магнитного потока двигателя. Для стабилизации момента двигателя при повышении температуры необходимо обеспечить перекомпенсацию стопорного тока, т. е. его рост при нагреве машин. Кроме того, для экскаваторных электроприводов необходима перекомпенсация стопорного момента, Происходящее при этом снижение стопорного момента при низких температурах уменьшает вероятность поломок механизмов вследствие явления хладноломкости и приводит к повышению коэффициента использования, а следовательно, производительности экскаватора.

Недостатками схем с никелевым терморезистором являются также большие габариты терморезистора, громоздкость конструкции крепления терморезисторов и неудобство их размещения на экскаваторе.

Изобретение относится к электроприводу постоянного тока и может быть использовано в электроприводах экскаваторов, снабженных системой подчиненного регулирования, а также в электроприводах экскаваторов с отсечкой по току, реализованной с помощью магнитного усилителя, в которых сигнал обратной связи по току снимается с участка якорной цепи, содержащего обмотки дополнительных полюсов (ДП) и компенсационные обмотки (КО) электрических 10 машин.

Известен электропривод экскаватора, в котором ограничение тока якоря осуществля» ется за счет применения непрерывной обратной связи по току, содержащей в своей цепи резистор, выполненный из никелевой проволоки, служащий для компенсации изменения величины стопорного момента привода, происходящего вследствие повышения сопротивления обмоток ДП и КО при нагреве машин (1) .

Недостатком указанного электропривода является снижение его производительности из-за невысокой точности поддержания величины стопорного момента при изменении температуры нагрева электрических машин, что связано с трудностью обеспечения со- 25 ответствия температурного состояния никелевого терморезистора и обмоток ДП и КО.

Ввиду больших габаритов никелевый терморезистор размещается под генератором и омывается потоком выходящего из генератора воздуха, вследствие чего температура З0 терморезистора в процессе нагрева машин всегда ниже температуры обмоток ДП и КО.

Хотя температурный коэффициент сопротивления (ТКС) никеля (а -0,006 7 с) немного больше ТКС меди (а — 0,004 Я) не всег да может быть достигнута точная стабилизация стопорного тока привода. Но даже при стабилизации стопорного тока привода при нагреве машин понижается производительность экскаватора вследствие уменьКроме того, никелевые резисторы не изготовляются серийно и не поставляются в виде готовых комплектующих изделий заводамизготовителям экскаваторов, вследствие чего на заводах возникают дополнительные трудности, связанные с производством нехарактерной для них продукции.

Известен электропривод экскаватора (2), в котором стабилизация стопорного момента привода достигается за счет применения устройства (3) в дополнение к указанному никелевому терморезистору. В таком устройстве цепь задания регулятора тока включена в диагональ моста, два плеча которого образованы двумя половинами обмотки возбуждения двигателя (или обмотки возбуждения двух двигателей), а два других плеча — активными сопротивлениями, имеющими малый ТКС. Поскольку питание цепи задания осуществляется с диагонали моста, то при увеличении сопротивления обмотки возбуждения двигателя ввиду его нагрева и при постоянном напряжении питания происходит соответствующий рост напряжения задания. Общее действие указанного устройства и никелевого терморезистора может быть подобрано таким образом, чтобы обеспечивался рост стопорного тока при нагреве машин, достаточный для компенсации происходящего при этом уменьшения магнитного потока двигателя и поддержания примерно постоянным стопорного момента привода.

Недостатком такого устройства является невысокая точность ввиду несоответствия нагрева обмоток возбуждения двигателей и участка якорной цепи, содержащего обмотки ДП и КО, а также ввиду нестабильности напряжения питания обмоток возбуждения двигателей. Кроме того, указанное устройство неэкономично вследствие повышенного расхода электроэнергии из-за необходимости включения добавочных сопротивлений в цепи обмоток возбуждения двигателей.

Наиболее близким к изобретению является устройство для ограничения тока нагрузки экскаваторного электропривода постоянного тока (Л.4) с якорной цепью, включающей последовательно соединенные компенсационные обмотки и обмотки дополнительных полюсов генератора и двигателя, которое содержит регулятор тока с цепями задания и обратной связи и двухполюсник, состоящий из расположенного в генераторе в. тепловом контакте с обмоткой дополнительных полюсов полупроводникового терморезистора с отрицательным ТКС, зашунтированного резистором, и последовательно соединенного с вторым резистором.

Указанный двухполюсник входит в состав термозависимого делителя напряжения, вход которого подключен параллельно обмотке дополнительных полюсов генератора, а к его выходу подключена цепь отрицатель1048066

3 ной обратной связи регулятора тока. Ввиду р большого ТКС полупроводникового терморе- с зистора с помощью указанного устройства п может быть обеспечена удовлетворительная о точность стабилизации стопорного тока с электропривода при изменении теплового состояния машин, а также перекомпенса- н ция стопорного тока и стопорного момен- д та (4). д

Недостатком данного устройства яв- п ляется понижение производительности экс- 10 н каваторов из-за невозможности обеспечения высокой точности стабилизации стопор- о ного момента, а также из-за неудовлетвори- т тельного качества стабилизации динамических характеристик электропривода. Кроме з того, в процессе наладки электропривода с 15 указанным устройством возникают затруд- п нения в обеспечении расчетной точности ста- н билизации в связи со значительным техно- л логическим разбросом параметров полупроводниковых терморезисторов.

Цель изобретения — обеспечение высо20 кой точности стабилизации стопорного тока н и качества стабилизации динамических ха- п рактеристик электропривода, а также повы- ч шение производительности экскаватора при упрощении наладки. 25

Поставленная цель достигается тем, что двухполюсник снабжен двумя встречно вклю- ч ченными стабилитронами и третьим резис- л тором, который включен между терморезис- п тором и вторым резистором, часть которого б зашунтирована встречно включенными ста- щ0 билитронами, причем двухполюсник включен в последовательно в цепь задания регулятора тока, цепь обратной связи которого подключена к якорной цепи электропривода.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 — кривые зависимостей погреш- 35 ности 3 1 я стабилизации стопорного тока от температуры.

Устройство включает приводной двигатель 1, генератор 2, обмотку возбуждения генератора 3, регулятор тока 4, полупровод-4 никовый терморезистор 5 с отрицательным

ТКС, резисторы 6 — 8, стабилитроны 9 и 10, компенсационные обмотки соответственно генератора и двигателя 11 и 12, обмотки дополнительных полюсов соответственно генератора и двигателя 13 и 14, обмотку воз- 45 буждения двигателя 15. У

Кривые 1 и II (фиг. 2) соответствуют стабилизации стопорного тока, а кривые

III u IV — перекомпенсации.

Приводной двигатель 1 питается от ге- 50 нератора 2 с обмоткой возбуждения 3, которая получает питание от регулятора тока 4. Входной сигналУьхмна регулятор тока подается через двухполюсник, состоящий из терморезистора 5 с последовательно соединенным с ним резистором 6, зашунтиро- 55 ванными резистором 7 и последовательно соединенными с резистором 8, часть котоoro зашунтирована встречно соединенными табилитронами 9 и 10. Ограничение стоорного тока осуществляется при помощи трицательной обратной связи, снимаемой участка якорной цепи, включающей последовательно соединенные компенсационые обмотки генератора 11, двигателя 12, ополнительных полюсов генератора 13 и вигателя 14. Указанная обратная связь одается на второй вход регулятора 4 (сигал0вх -p). В качестве регулятора тока 4 может быть использован тиристорный пребразователь, магнитный или иной усилиель.

Устройство работает следующим обраом.

В процессе нагрева электрических машин овышается сопротивление компенсационых обмоток и обмоток дополнительных поюсов, вследствие чего увеличивается сигнал отрицательной обратной связи по току.

Терморезистор 5 размещен в электрической машине в тепловом контакте с компенсацион ой обмоткой или обмоткой дополнительных олюсов, поэтому в процессе нагрева электри еских машин уменьшается сопротивление ерморезистора и увеличивается сигнал зада ия. Параметры терморезистора и резистоов могут быть рассчитаны так, чтобы увелиение сигнала задания компенсировало увеичение сигнала обратной связи по току ри нагреве машин, чем обеспечивается стаилизация стопорного тока при изменении емпературы машин. Терморезистор 5 имеет

ысокий ТКС, поэтому параметры резисоров 6 — 8 могут быть рассчитаны так, чтоы обеспечивалась не только стабилизация топорного тока, но и перекомпенсация стоорного тока и момента привода.

Ввиду нелинейности характеристик полуроводниковых терморезисторов стабилизаия стопорного тока осуществляется с неоторой погрешностьюд! ет. Кривые (фиг. 2 ллюстоируют возможные формы зависиостейd 1щ =f(t ) указанной погрешности т температуры. Кривые 1 и 111 могут быть олучены, если в устройстве отсутствуют тречно включенные стабилитроны 9 и !О. арактер этих кривых при низких темперарах вполне удовлетворителен, так как с четом происходящего при этом роста магнитного потока двигателей уменьшение стопорного тока способствует стабилизации стопорного момента. Уменьшение темпа спадания стопорного тока и его дальнейший рост при температурах ниже

Т; -Π— (— 20) С не может существенно ухудшить работу привода, так как ввиду быстрого первоначального роста температуры обмоток в процессе разогрева машин при низких температурах машины работают непродолжительное время. Однако при температурах, превышающих значения Т =60 — 80 С, происходит резкое умень

1048066 щение стопорного тока, что с учетом уменьш ния величины магнитного потока двигателей приводит к снижению момента и производительности экскаватора.

В устройстве дополнительно предусмотрена цепочка из двух включенных встречно

5 стабилитронов 9 и 10, шунтирующих часть резистора 8. При нагреве машины до температуры,превышающей Т, вследствие увеличения тока, протекающего через резистор 8, напряжение на части указанного ре- 10 зистора достигает значения, при котором для полярности напряжения V> задания (фиг. 1) пробивается кремниевый стабилитрон 10. Это вызывает более интенсивный рост тока задания при дальнейшем повышении температуры, вследствие чего величина стопорного тока также повышается и погрешность 81ст меньше. При противоположной полярности напряжения Ug эту функцию выполняет стабилитрон 9. Кривые

II u IV (фиг. 2) получают в случае применения устройства с рассматриваемой дополнительной цепочкой из кремниевых стабилитронов. Применение указанной цепочки позволяет увеличить стопорный ток при нагретых машинах на 4 — 50/0, что повышает производительность экскаватора. 25

Коррекция параметров элементов схемы производится с помощью резисторов 6 и 8.

В процессе наладки устанавливаются расчетные значения сопротивлений резисторов

6 и 8. Подрегулировка величины стопорного тока при холодных машинах производится изменением величины сопротивления резистора 8. Если при нагретых машинах величина стопорного тока отклоняется от заданной, ее подрегулировку ведут с помощью резистора 6. При значении стопорного тока

35 ниже требуемого сопротивление резистора

6 уменьшают, а при его значении выше требуемого сопротивление резистора 6 увеличивают. 13виду того, что при нагретых машинах сопротивление терморезистора 5 ма- 4О ,ло, для осуществления подрегулировки стопорного тока сопротивление резистора 6 изменяется в небольших пределах. При холодных машинах сопротивление терморезистора велико, поэтому указанное с целью подрегулировки величины стопорного тока 4> изменение величины сопротивления резистора 6 при нагретых машинах несущественно сказывается на величине сопротивления всего двухполюсника, а следовательно, на величине стопорного тока, установленного при холодных машинах.

Включение двухполюсника терморезистор-резисторы в цепь задания регулятора тока, а не в цепь обратной связи по току„ как это предусмотрено в известном устройстве, позволяет повысить точность температурной стабилизации стопорного тока электропривода. Это связано с тем, что в электроприводах экскаваторами цепь обратной связи по току выполняют низкоомной и на большие токи с целью получения больших значений коэффициента обратной связи по току, а также с целью повышения быстродействия узла токоограничения из-за возможности включения в цепь обратной связи по току дополнительного резистора с большим активным сопротивлением.

В процессе нагрева электрических машин и аппаратуры управления изменяются параметры элементов системы управления, которые влияют на динамические характеристики электропривода. В наибольшей степени изменяются электромагнитная постоянная времени генератора и якорной цепи, а также электромеханическая постоянная времени привода. Изменяются также передаточные коэффициенты элементов системы управления и коэффициенты обратных связей.

В предлагаемом устройстве за счет включения двухполюсника терморезистор-резисторы в цепь задания регулятора тока, а цепи обратной связи по току — непосредственно на участок якорной цепи, содержащей компенсационные обмотки и обмотки дополнительных полюсов, при понижении температуры происходит уменьшение величины задающего сигнала и коэффициента отрицательной обратной связи по току, вследствие чего повышается запас устойчивости системы и для ее стабилизации требуется менее эффективные стабилизирующие средства.

Кроме увеличения производительности экскаватора, применение устройства позволяет также упростить наладку. Если при наладке устройства для ограничения тока устанавливаются параметры элементîв, рассчитанные для средних значений параметров полупроводникового терморезистора, погрешность стабилизации может значительно превысить расчетную.

1048066

Составитель Р, Гладун

Редактор Н. Швыдкая Техред И. Верес Корректор А. Тяско

Заказ 7881/34 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4