Устройство для управления электродвигателем механизма поворота карьерного экскаватора

Устройство для управления электродвигателем механизма поворота карьерного экскаватора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к горной технике и позволяет повысить производительность карьерного экскаватора . Для этого устройство снабжено оптоэлектронным преобразователем (ОЭП) 11, выходная цепь которого соединена с первым и вторым входами первого ограничителя тока (ОТ) 4. Первая входная цепь ОЭП 11 подключена к положительному вьшоду источника 14 постоянного тока и первому входу командоконтролера (КК) 6. К второму входу КК через второй ОТ 13 подклю- -чен отрицательный вывод источника 14. Выход КК 6 соединен с первым входом ограничителя напряжения, выход которого соединен с входом выпрямительного моста 9. С второй входной цепью с {С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИХ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4095483/29-03 (22) 15.07.86 (46) 28.02.89. Бюл. И 8 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола, Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте и Производственное объединение "Уралмаш" (72) P.Ñ. Кишко, В.И. Мороз, Б.Г. Бойчук, Л.И. Кунин, Б.В. Ольховиков и В.В. Березин (53) 621.878 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1234538, кл. Е 02 F 9/20, 1984.

Техническое описание экскаватора модели 2300 электро 11А фирмы HARNISCHFEGER (США), 1982.

„„SU„„ +glgg (д 4 E 02 F 9/20 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА

КАРЬЕРНОГО ЭКСКАВАТОРА (57) Изобретение относится к горной технике и позволяет повысить производительность карьерного экскаватора. Для этого устройство снабжено оптоэлектронным преобразователем (ОЭП) 11, выходная цепь которого соединена с первым и вторым входами первого ограничителя тока (ОТ) 4. Первая входная цепь ОЭП 11 подключена к положительному выводу источника 14 постоянного тока и первому входу ко" мандоконтролера (КК) 6. К второму входу КК через второй ОТ 13 подключен отрицательный вывод источника 14.

Выход КК 6 соединен с первым входом ограничителя напряжения, выход кото.рого соединен с входом выпрямительного моста 9. С второй входной цепью

1461839

Изобретение относится к горной технике и может быть применено в электроприводах механизмов поворота карьерных экскаваторов.

Целью изобретения является повыше5 ние производительности карьерного экскаватора.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства управления; на 10 фиг. 2 — статические характеристики электродвигателя; на фиг. 3 — харак.теристика ограничителя напряжения; на фиг. 4 — функциональная схема оптоэлектронного преобразователя.

Устройство содержит приводной электродвигатель 1, питающий преобразователь 2, регулятор 3 тока, ограничитель 4 тока, регулятор 5 напряжения, командоконтроллер 6, ограничитель 7 напряжения, датчик 8 напряжения, выпрямительный мост 9, стабидизатор 10 напряжения, оптоэлектронный преобразователь 11, ограничители

12, 13 тока, источник 14 постоянного тока.

Оптоэлектронный преобразователь в одном иэ возможных вариантов реализации содержит оптопары 15 и 16, транзистор 17 и диоды 18-21.

Устройство работает следующим образом.

Подача задающего напряжения на задающий вход регулятора 3 тока осуществляется следующим образом. В случае положительного напряжения на выходе регулятора 5 напряжения это напряжение поступает через диод 18, ограничитель 4 тока и диод 21 на эадающии вход регулятора 3 тока. В 40 случае отрицательного напряжения на

ОЭП 11 соединен через последователь»о соединенные стабилизатор 10 напряжения и третий ОТ 12 выход выпрямительного моста 9. Величина тока во входной цепи .ОЭП 11 ограничивается соответствующим выбором ОТ 12 и напряжения насыщения ограничителя. 7. В связи с тем, что на выход ограничителя 7 включен выпрямительный мост 9, полярность подаваемого на ОЭП 11 сиг15

35 нала ке изменяется. Благодаря включению с другой входной цепью ОЭП 11 другого ОТ 13 и раэмыкающего нулевого блок-контакта КК 6 при постановке управляющего КК 6 в нулевое положение в укаэанной цепи ОЭП 11 появится ток, при котором сопротивление выходной цепи. ОЭП 11 будет обладать характе" ристикой, обеспечивающей эффектное торможение. 4 ил. выходе регулятора 5 это напряжение через диод 19, ограничитель 4 тока и диод 20 также поступает на задающий вход регулятора 3 тока. Таким образом, применение выпрямительного моста, образованного диодами 18-21, обеспечивает прохождение тока через ограничитель 4 тока и цепь коллектор — эмиттер транзистора 17 только в одном направлении, независимо от полярности напряжения на выходе регулятора 5 напряжения;

Работа оптоэлектронного преобра" зователя 11 состоит в изменении сопротивления цепи коллектор — эмиттер транзистора 17, шунтирующей часть ограничителя 4 тока, в зависимости от величины тока цепи база — эмиттер транзистора 17, а изменение этого тока осуществляется в функции входных сигналов оптоэлектронного преобразователя - токов через излучатели диодных оптопар. 15 и 16. В результате этого эквивалентное сопротивление участка выход регулятора 5 напряжения — задающий вход регуиятотора 3 тока изменяется и тем самым, напряжение на задающем входе регулятора .3 тока регулируется в функции входных сигналов оптоэлектронного преобразователя 11 — токов через излучатели оптопар 15 и 16 °

Так, например, при малой величине тока, протекающего через излуча тель оптопары 15, значение обратного фототока, протекающего через фотодиод оптопары 15, является ничтожно малым и транзистор 17 работает в режиме отсечки. При этом сопротивле! 4Г) !839 л цие цепи к .ллектор — эмитт ер транзистора 17 лвллетсл максимальным.

При повьппении тока, протекающего через излучатель оптопары 15, увеличиваетсл сила света излучающего диода, возрастает значение обратного фототока, протекающего через фотодиод оптопары 15, вследствие чего повьппается ток в цепи база — эмиттер транзйстора 17, он переходит в активный режим и сопротивление цепи коллектор — эмиттер транзистора 17 будет уменьшаться.

При достижении определенной величины обратного фототока, протекающего через фотодиод оптопары 15, транзистор t7 переходит в режим насьпцения и сопротивление перехода коллектор — эмиттер транзистора 17 будет минимальным.

Аналогичной является работа при управлении с использованием оптопары 16. При управлении процессом разгона электропривода управляющий орган командоконтроллера б перемещается из нулевого положения в крайнее, соответствующее требуемому направ-. лению движения. При этом сигнал задания скорости, поступающий на первый вход регулятора 5 напряжения и на первый вход ограничителя 7 напряжения, постепенно повьппается от нуля .до максимального значения.

На выходе питающего преобразователя 2 появляется напряжение и электродвигатель 1 начинает разгоняться.

Напряжение, прикладываемое к якорю электродвигателя 1, повышается, увеличивается сигнал отрицательной обратной связи по напряжению электродвигателя, подаваемый на входы регулятора 5 напряжения и ограничителя 7 напряжения. Напряжение на выходе ограничителя 7 пропорционально разности сигналов задания скорости и отрицательной обратной связи по напряжению электродвигателя.

При малых значениях сигнала задания скорости стабилизатор 10 напряжения не пробивается и ток во входной цепи оптоэлектронного преобразователя 11 не протекает. При этом, вследствие наличия в цепи задания регуля- тора 3 тока ограничителя 4 тока с большим сопротивлением, задание регулятору тока является малъ<м и ток якоря, а следовательно, и момент электродвигателя будет малым. Величина сороллера успевали выбрать зазоры в передаче.

При дальнейшем росте сигнала задания скорости ток во входной цепи оптоэлектронного преобразователя 11 достигает значения, при котором начинает уменьшаться сопротивление выходной цепи оптоэлектронного преобразователя 1t что приводит к росту задания регулятору тока и постепенному повышению момента электродвигателя.

Этой величине сигнала задания скорости соответствуют промежуточные характеристики ХЗ, Х4 и Х5 электродвигателя со стопорными токами Iñò ° ?ст3 и Х, приведенные на фиг. 2. Йаличие промежуточных механических характеристик типа характеристик ХЗ, Х4 и Х5 способствует повышению плав50 ности нарастания тока якоря от минимального до предельно допустимого значения I

Когда ток во входной цепи опто". электронного преобразователя 11 достигнет значения, при котором проис55 ходит насьпцение выходного элемента оптоэлектронного преобразователя 11, сопротивление его выходной цепи становится минимальным, а сигнал задания

30 противления ограничителя 4 тока ль«>ирается такой, чтобы развиваемый электродвигателем при этом момент обеспечивал плавный выбор зазоров в передаче. Этой величине сигнала задания скорости соответствует характеристика

Xi электродвигателя со стопорным током I„ <, приведенная на фиг. 2.

При дальнейшем перемещении управляющего органа командоконтроллера растет сигнал задания скорости, напряжение, прикладываемое к стабилизатору 10 напряжения, достигает напряжения пробоя и во входной цепи оптоэлектронного преобразователя 11 появляется ток. Однако при малых значениях этого тока не происходит изменение сопротивления выходной цепи эптоэлектронного преобразователя 11 и ве-. личина задания регулятору тока не изменяется. Этой величине сигнала задания скорости соответствует механическая характеристика Х2 электродвигателя, приведенная на фиг. 2. Величина напряжения стабилизатора 10 напряжения выбирается такой, чтобы при естественной без напряжения со стороны машиниста скорости перемещения управляющего органа командоконт1461839 6

U, U — величины этих же напряжений, соответствующие установившемуся режиму работы на основной рабочей характеристике Х7 фиг. 2; нас

U — величина напряжения насыщено ния ограничителя напряжения. регулятору тока — максимальным, обеспечивающим разгон электродвигателя с предельно допустимым при выбранных зазорах ускорением. Этой величине сигнала задания скорости соответствует характеристика Хб.

Дальнейший рост сигнала задания скорости не вызывает изменения. сопротивления выходной цепи оптоэлектронного преобразователя 11. Поэтому до достижения .максимальной скорости момент электродвигателя будет поддерживаться на предельно допустимом уровне. Характеристика Х7 соответствует максимальному значению скоростИ электродвигателя.

Формирование участков характеристик Х1, Х2, Хб и Х7, находящихся в первом квадранте (фиг. 2), соответствует известной системе подчиненного регулирования. Следует отметить, что эти характеристики приведены применительно к интегральному закону регулирования тока с параметрами, э обеспечивающими нулевую жесткость участка ограничения тока, В связи с тем, что характеристики Х1 и Х2 соответствуют большей величине сопротивления ограничителя 4 тока, приводящей к уменьшению передаточного коэффициента регулятора Э тока, а следовательно, и коэффициента усиления всей системы, рабочие участки этих характеристик являются немного мягче по сравнению с таковыми в характеристиках Хб и Х7.

Рассмотрим более детально формирование характеристики ХЭ. Для этого воспользуемся приведенной на фиг. Э.характеристикой ограничителя

7 напряжения-- зависимостью напряжения Б д на выходе ограничителя от величины напряжения управления U на .его входе. На фиг. 3 приняты следую" щие основные обозначения:

U U — величины соответствен-. но но напряжения управления и напряжения на выходе ограничителя напряжения, при которых начинает пробиваться стабилизатор 10 напряжения;

U, U — величины этих же напряжений, при которых начинает уменьшаться сопротивление выходной цепи оптоэлектронного преобразователя 11; у If

U, U ll — величины этих же напря-. жении, лри которых сопротивление выходной цепи оптоэлектронного преоб разователя 11 становится минимальным;

Точке а характеристики ХЭ соот1p:âåòñòâóåò значение U, с U >, при 3 л котором величина сопротивления ограничителя 4 тока имеет максимальное значение. Участок а-б формируется схемой автоматического регулирования

15 напряжения на выходе питающего преобразовтеля 2 с помощью регулятора 5 напряжения. При повьппении нагрузки напряжение электродвигателя 1 снижа. ется настолько, что регулятор напря.20 жения переходит в режим насыщения, а регулятор 3 тока формирует участок б-в характеристики ХЭ. В точке в из-за значительного уменьшения напряжения электродвигателя 1 напряжение

25 управления ограничителя 7 напряжеI ния достигает значения П П„, при котором начинает уменьшаться сопротивление выходной цепи оптоэлектронного преобразователя 11. По мере

30 дальнейшего уменьшения напряжения электродвигателя 1 величина напряже- ния задания регулятора 3 тока увеличивается и ток якоря электродвигате" ля растет. Таким образом, формирует"

З5 ся участок в-г характеристики ХЭ.

Аналогично происходит формирование характеристик Х4 и Х5. Однако в связи с тем, что характеристикам Х4 и

Х5 в установившемся режиме работы

40 соответствуют большие значения

U ъ U и U > U величина напря4 5 4 жения U для этих характеристик будет достигнута при меньшем измене-. нии напряжения электродвигателя. По1 tl ю дб этому длина участков б--в и б -в этих характеристик меньше, чем и участка б-в. В точке r характерисФ

vHKH Х5 достигается значение Пп Уй, при котором величина задания регу50 лятора Э тока достигнет максимального значения. Дальнейшее понижение напряжения электродвигателя при увеличении нагрузки не приводит к изменению задания регулятора 3 тока.

5>,.При этом происходит формирование вер тикального участка токоограничения с максимальным значением тока, составляющим Т . Применительно к характеристикам ХЭ и Х4 это значение

14 тока достигается при работе в 1Ч-м квадранте.

Когда ЭДС электродвигателя 1 становится большей ЭДС питающего преобразователя 2, характеристика ХЗ переходит во II-й квадрант. Соответственно, увеличивается и напряжение на электродвигателе, а при некотором его значении регулятор 5 напряжения переходит в режим насыщения,, при котором происходит формирование вертикального участка д-е характеристики ХЗ. Вследствие подачи на вход ограничителя напряжения сигнала отрицательной обратной связи по напряжению при постоянном сигнале задания и росте напряжения на электродвигателе величина U уменьшается

I и при напряжении электродвигателя, соответствующем точке д характеристики ХЗ имеем U = UI . Дальнейшее повышение напряжения на электродвигателе приводит к уменьшению U до нуля и затем к изменению его полярности, а следовательно, и полярности напряжения ограничителя 7 напряжения. В связи с тем, что на выход ог= раничителя 7 напряжения включен выпрямительный мост 9, полярность сигнала, подаваемого на вход оптоэлектронного преобразователя 11, изменяться не будет и при достижении наt пряжением управления значения U = -U< J сопротивление выходной цепи оптоэлектронного преобразователя 11 опять начинает уменьшаться. Этому значению напряжения электродвигателя соответствует точка с характеристики Х3.

Таким образом, на участке д-е величина сопротивления токоограничивающего резистора 4 является максимальной и ток якоря поддерживается на минимальном уровне токоограничения, составля.юще" Iz = 4.т.

Как видно на фиг. 2, длина участка д-е характеристики Х3 больше длины участка б-в этой же характеристики, так как при переходе от режима холостого хода для достижения значе1 ния U = -U требуется изменение напГ У ряжения двигателя на большую величину, чем для достижения значения

U = U, что наглядно видно на фиг. 3.

Этот актор обеспечивает ограничение тока в начальной стадии торможения величиной 1 = I„, даже при быст-. рой перестановке управляющего органа командоконтроллера в сторону нулево61839 го положения, чем гарантируется плавный выбор зазоров при торможении.

При дальнейшем росте напряжения ! электродвигателя имеем 11 ) Б и во входной цепи оптоэлектронного преобразователя 11 появляется ток, при котором начинает уменьшаться сопротивление его выходной цепи. Происходит рост задания регулятора 3 тока и увеличение тока якоря электродвига" теля. Формируется участок е-ж характеристики ХЗ. В точке ж величина ((U = -U при которой сопротивление вйходной цепи оптоэлектронного преобразователя 11 становится минимальным.

Дальнейшее повышение напряжения электродвигателя не вызывает изменения задания регулятору 3 тока. При этом

15 формируется вертикальный участок токоограничения характеристики Х3 со значением тока -I

Аналогичную форму имеют продолжение во II-м квадранте характеристик

Х1, Х2, Х4, Х5, Хб и Х7. Их полное

25 продолжение во II-м квадранте не показано. Приведена только основная часть этих характеристик до значения тока якоря I -I выполняю" щая основную роль при ограничении

30 тока в начальной стадии торможения.

Параметры входных цепей ограничителя 7 напряжения выбираются такими, чтобы при максимальном значении ско35 рости электродвигателя в установившемся режиме работы напряжение на выходе ограничителя 7 в соответствии с фиг. 3 составило U>0 = U1,, т.е.

P было немного ниже его напряжения нанес

40 сыщения U . Для обеспечения торможения и реверсирования электродвигателя управляющий орган командоконтроллера 6 перемещается в направлении его нулевого положения, уменьшая сиг4 нал задания скорости. Ввиду инерционности привода сигнал отрицательной обратной связи по напряжению электродвигателя уменьшается медленнее сигнала задания скорости, вследствие чего уменьшается и даже меняет знак

50 напряжение U на входе ограничителя

7 напряжения, что приводит к уменьшению и даже исчезновению тока во входной цепи оптоэлектронного преобразо55 вателя 11. При этом сопротивление выходной цепи преобразователя 11 возрастает и задание регулятору тока уменьшается, чем обеспечивается ограничение тормозного тока в началь5

50

9 !4 ной стадии торможения электродвигателя значением -I, и плавный выбор ст. зазоров и передаче.

Аналогично протекает процесс торможения не только с максимальной скорости, но и с любой промежуточной скорости.

Форма характеристики электропривода в нулевом положении командаконт-. роллера зависит от параметров управляющих цепей ограничителя 7. Величина сигнала отрицательной обратной связи по напряжению, подаваемой на ограничитель 7, может быть выбрана такой, что при отсутствии сигнала задания и номинальном напряжении двиI

-гателя U c U . В этом спучае при торможенйи путем постановки управляющего органа командоконтроллера

6 из рабочего в нулевое положение сопротивление выходной цепи оптоэлектронного преобразователя 11 будет иметь максимальное значение и тормозной ток будет поддерживаться на уровне -I, Торможение будет неэффективным.

Если же выбрать величину сигнала отрицательной обратной связи по напряжению, подаваемой на вход ограничителя 7, такой, что при отсутствии сигнала задания и номинальном напряи жении электродвигателя U y U электродвигатель при нулевом положении командоконтроллера 6 будет обладать характеристикой Х8.

При такой форме характеристики и торможении с номинальной скорости начальная стадия процесса торможения протекает весьма эффективно, так как величина тормозного тока определя-. ется значением -Т

° 4

При снижении скорости до значения определяемого точкой з характеристики Х8, тормозной ток постепенно снижается до величины -Х, (участок и-к характеристики Х8), а затем до нуля.

Однако и при этой характеристике время торможения слишком велико, и для его уменьшения необходимо использовать торможение реверсом. Благодаря включению последовательно с дру- гой входной цепью оптоэлектронного преобразователя 11 ограничителя 13 тока и, размыкающего нулевого блокконтакта командоконтроллера 6 при постановке управляющего органа командокантроллера 6 в нулевое положение;

61839 I () в указанной цепи оптоэлектронного преобразователя 11 появится так, при котором сопротивление выходной цепи оптоэлектронного преобразователя 11 становится минимальным. В этом случае электродвигатель будет обладать характеристикой Х9, при которой обеспечивается весьма эффективное торможение.

На фиг. 2 приведены также характеристики Х10...Х16, соответствующие противоположному направлению вращения электродвигателя. Их формирование происходит аналогично описанному.

Величина тока во входной цепи оптоэлектронного преобразователя 11 ограничивается соответствующим выбором ограничителя 12 тока и напряжения насыщения ограничителя 7 напряжения.

Формула изобретения

Устройство для управления электродвигателем механизма поворота карьерного экскаватора содержащее командоконтроллер, выход которого соединен с первым входом регулятора напряжения, выход которого соединен с первым входом первого ограничителя тока, выход которого через регулятор тока соединен с входом питающего преобразователя, выходы которого подключены к цепям питания электродвигателя и входам датчика напряжения, выход которого соединен с вторым входам регулятора напряжения, ограничитель напряжения, второй и третий ограничители тока, выпрямительный мост, стабилизатор напряжения, источник постоянного тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности карьерного экскаватора, в устройство введен аптоэлектронный преобразователь, выходная цепь которого соединена с первым и вторым входами первого ограничителя тока, первая входная цепь оптоэлектронного преобразователя подключена к положительному выводу источника постоянного тока и первому входу командоконтроллера, второй вход которого через второй ограничитель тока подключен к отрицательному выводу источника постоянного тока, выход командоконтроллера соединен с первым входом ограничителя напряжения, выход которого соединен с входом выпрями1l Л ЯЗ9 ) 7 тельного моста, выход которого че- НоН цепьнз оптовлектронн го прf .>бра-рез последовательно соединенные ста- зователя. выход датчика напряжения билизатор напряжения и третий ограни- соединен с вторым входом ограничитечитель тока соединен с второй вход- ля напряжения.

1461839

Составитель Б. Барбараш

Редактор М. Бандура Техред М.Llнд»к Корректор С.Черни

Тираж 588

Заказ 641/24

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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