Устройство управления электроприводами экскаватора

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ЭКСКАВАТОРА Изобретение относится к управлению горнодобывающей техникой, а именно к управлению электроприводами механизмов одноковшовых карьерных экскаваторов, в частности главных электроприводов карьерного гусеничного экскаватора ЭКГ-5 А. Устройство управления электроприводами экскаватора содержит силовую часть и блок управления системой электроприводов экскаватора. Силовая часть включает понижающий трансформатор 1, по меньшей мере три преобразователя 6, которые снабжены преобразователями возбуждения 7. Блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейс 8, микропроцессор 14,задающие элементы 15. Устройство также снабжено датчиками 9, 12 постоянного тока, датчиком 5 напряжения и измерительными системами 10 скорости коллекторных электродвигателей 11 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора. Устройство дополнительно содержит блок 4 управления силовой частью, силовая часть дополнительно содержит блок 2 питания и сглаживающий конденсаторный фильтр 3, преобразователи 6 выполнены силовыми широтно-импульсными преобразователями постоянного напряжения(ШИП). Понижающий трансформатор 1 соединен с преобразователями 6 через блок 2 питания и сглаживающий конденсаторный фильтр 3, преобразователи 6 соединены с якорями коллекторных электродвигателей 11 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора и через преобразователи возбуждения 7 с их обмотками возбуждения 13. Задающие элементы 15 подключены к микропроцессору 14, который связан с интерфейсом 8, с датчиками 9, 12 постоянного тока, а также с измерительными системами 10 скорости коллекторных электродвигателей 11 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора и преобразователями 6 через блок 4 управления силовой частью, который, в свою очередь, связан с блоком 2 питания и датчиком 5 напряжения, параллельно подключенным к сглаживающему конденсаторному фильтру 3.US-B2-7227273 АМЕЛЬКО ИГОРЬ АЛЕКСАНДРОВИЧ; КЛИМКО ИВАН ЮРЬЕВИЧ (BY) Изобретение относится к управлению горнодобывающей техникой, а именно к управлению электроприводами механизмов одноковшовых карьерных экскаваторов, в частности главных электроприводов карьерного гусеничного экскаватора ЭКГ-5 А. Известны устройства управления электроприводами экскаватора, содержащие задающий блок, подключенный через преобразователь, включающий силовой мост, к электроприводу системы Г-Д, датчики тока и напряжения. Задающий блок представляет собой командоаппарат, построенный по кулачковому принципу. Преобразователь содержит датчик питающего напряжения, регулятор питающего напряжения, датчик напряжения возбуждения, силовой мост представляет собой суммирующий магнитный усилитель. Устройство снабжено датчиками нагрузки, температуры, скорости, регулятором снижения динамических нагрузок [1], [2]. Известные устройства имеют недостаточно высокую надежность и быстродействие управления. Система управления является температурозависимой. Известно устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее задающий блок, преобразователь, включающий датчики тока и напряжения, силовой мост, подключенный к обмотке возбуждения генератора электропривода системы Г-Д [3]. Известное устройство является достаточно сложным и инерционным. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее силовую часть и блок управления системой электроприводов экскаватора, в котором силовая часть включает понижающий трансформатор, по меньшей мере три преобразователя, которые снабжены преобразователями возбуждения; блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейс, микропроцессор, задающие элементы; устройство также снабжено датчиками постоянного тока и напряжения и измерительными системами скорости коллекторных электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора [4]. К недостаткам данного устройства можно отнести относительно невысокие динамические и статические показатели качества управления электроприводами рабочих механизмов экскаватора, относительно высокие энергетические затраты системы электроприводов. Задачей заявленного технического решения является разработка устройства управления электроприводами экскаватора с улучшенными динамическими и статическими показателями качества управления электроприводами рабочих механизмов экскаватора, снижение энергетических затрат системы электроприводов и финансовых затрат на модернизацию. Для решения поставленной задачи предлагается устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее силовую часть и блок управления системой электроприводов экскаватора, в котором силовая часть включает понижающий трансформатор 1, по меньшей мере три преобразователя 6, которые снабжены преобразователями возбуждения 7; блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейс 8, микропроцессор 14, задающие элементы 15; устройство также снабжено датчиками 9, 12 постоянного тока, датчиком 5 напряжения и измерительными системами 10 скорости коллекторных электродвигателей 11 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора. Устройство дополнительно содержит блок 4 управления силовой частью, силовая часть дополнительно содержит блок 2 питания и сглаживающий конденсаторный фильтр 3; преобразователи 6 выполнены силовыми широтно-импульсными преобразователями постоянного напряжения (ШИП); причем понижающий трансформатор 1 соединен с преобразователями 6 через блок 2 питания и сглаживающий конденсаторный фильтр 3, преобразователи 6 соединены с якорями коллекторных электродвигателей 11 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора и через преобразователи возбуждения 7 с их обмотками возбуждения 13; задающие элементы 15 подключены к микропроцессору 14,который связан с интерфейсом 8, с датчиками 9, 12 постоянного тока, а также с измерительными системами 10 скорости коллекторных электродвигателей 11 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора и преобразователями 6 через блок 4 управления силовой частью, который,в свою очередь, связан с блоком 2 питания и датчиком 5 напряжения, параллельно подключенным к сглаживающему конденсаторному фильтру 3. Основными технико-экономическими достоинствами данного устройства управления электроприводами экскаватора являются: 1. Высокие динамические и статические показатели качества управления электроприводами рабочих механизмов экскаватора: 1.1 малое время регулирования тока якоря электродвигателя за счет применения ШИП с относительно высокой частотой широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и синхронной цифровой системой управления ШИП; 1.2 возможность формировать переходные процессы управления скоростью рабочих механизмов экскаватора, максимально приближенные к идеальным (теоретическим) за счет соответственно малого времени регулирования тока якоря электродвигателя и цифровой синхронной системы управления скоростью; 1.3 высокая плавность хода рабочих механизмов экскаватора за счет малых пульсаций тока якоря(соответственно электромагнитного момента) электродвигателей постоянного тока из-за относительно высокой частоты ШИМ (пульсации тока якоря легко подавляются индуктивностью якорной цепи электродвигателя) и обратной связи по скорости (применения системы измерения скорости) - заметное снижение износа механической части электроприводов экскаватора. 2. Высокие энергетические показатели системы электроприводов: 2.1 за счет снижения потерь в меди электродвигателей постоянного тока из-за малых пульсаций тока якоря; 2.2 за счет возможности замыкания потока энергии внутри системы электроприводов из-за применения сглаживающего конденсаторного фильтра, который в данном случае является буфером (накопителем) электромагнитной энергии, полученной во время торможения какого-либо из электроприводов, и отдающим ее другим электроприводам, работающим в двигательном режиме; 2.3 за счет возможности рекуперации избыточной электроэнергии в питающую сеть с помощью блока питания; 2.4 высокий суммарный коэффициент мощности системы из-за применения блока питания электроприводов, обеспечивающего форму трехфазного входного тока близкой к синусоидальной - снижение потерь в питающей линии и силовом трансформаторе. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства управления электроприводами экскаватора. Устройство управления электроприводами экскаватора состоит из силовой части и блока управления системой электроприводов экскаватора. Силовая часть включает понижающий трансформатор 1,блок 2 питания, сглаживающий конденсаторный фильтр 3 и по меньшей мере три преобразователя 6,которые снабжены преобразователями возбуждения 7. Блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейс 8, микропроцессор 14, задающие элементы 15. Устройство также содержит датчики 9, 12 постоянного тока, датчик 5 напряжения, измерительные системы 10 скорости коллекторных электродвигателей 11 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора и блок 4 управления силовой частью. Преобразователи 6 выполнены силовыми широтно-импульсными преобразователями постоянного напряжения (ШИП). Понижающий трансформатор 1 соединен с преобразователями 6 через блок 2 питания и сглаживающий конденсаторный фильтр 3, преобразователи 6 соединены с якорями коллекторных электродвигателей 11 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора и через преобразователи возбуждения 7 с их обмотками возбуждения 13; задающие элементы 15 подключены к микропроцессору 14, который связан с интерфейсом 8, с датчиками 9, 12 постоянного тока, а также с измерительными системами 10 скорости коллекторных электродвигателей 11 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора и преобразователями 6 через блок 4 управления силовой частью, который, в свою очередь, связан с блоком 2 питания и датчиком 5 напряжения, параллельно подключенным к сглаживающему конденсаторному фильтру 3. Устройство управления электроприводами экскаватора работает следующим образом. Машинист экскаватора задает желаемые скорости рабочих механизмов экскаватора, воздействуя на задающие элементы 15 соответствующих электроприводов (подъема, поворота, напора или тяги), в качестве которых могут быть джойстики различных конструкций или существующие кулачковые командоконтроллеры в случае модернизации существующих экскаваторов. Сигнал от задающих элементов поступает в блок управления электроприводами 14, где сравнивается с сигналом обратной связи по скорости, получаемым от измерительной системы скорости 10. В качестве измерительной системы скорости могут быть тахогенератор, резольвер, энкодер или наблюдатель состояния в случае бездатчикового измерения скорости. В результате сравнения в блоке 14 формируется сигнал задания тока якоря и тока возбуждения соответствующего электропривода, которые аналогично сравниваются с сигналами обратных связей от датчиков тока якоря 9 и датчиков тока возбуждения 12 (в качестве которых могут использоваться датчики на основе элементов Холла или шунты). В результате этого сравнения формируются сигналы задания выходного напряжения соответствующих широтно-импульсных преобразователей 6 и преобразователей возбуждения 7. Полученные сигналы поступают в блок управления силовой частью 4, где на основании этих сигналов и сигналов обратных связей от датчика напряжения 5 (сигнал величины напряжения промежуточного звена постоянного тока) и блока питания 2 (сигнал величины входного трехфазного напряжения) формируются управляющие импульсы, которые поступают в блок питания 2, широтно-импульсные преобразователи 6 и преобразователи возбуждения 7. Изменяя напряжения якорей коллекторных электродвигателей 11 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора и их обмоток возбуждения 13, блок 14 регулирует величины токов якоря и возбуждения до их совпадения с заданными значениями. Аналогично изменяя токи якоря и возбуждения электродвигателей,блок 14 регулирует величины скоростей соответствующих рабочих механизмов экскаватора до их совпадения с заданными элементами 15 значениями. Тем самым формируется замкнутая система регулирования скорости рабочих механизмов экскаватора с промежуточными контурами управления тока якоря и тока возбуждения. Формирование экскаваторной характеристики происходит в блоке 14 с использованием информации о величинах тока якоря, скорости электродвигателя и тока возбуждения за счет ограничения задания скорости и тока якоря. Сглаживающий конденсатор 3 служит буферным элементом для обмена электроэнергией между электроприводами в случае, когда один работает в двигательном режиме,а остальные в генераторном или наоборот. Когда количество энергии при торможении какого-либо электропривода (электроприводов) превышает величину энергии, потребляемой остальными электроприводами, датчик напряжения 5 детектирует перенапряжение в данном звене и блок управления силовой частью 4 переводит блок питания 2 из режима выпрямления в режим рекуперационного инвертирования(инвертирования ведомого сетью) в питающую сеть - электроэнергия поступает через силовой трансформатор 1 обратно в питающую сеть. Для осуществления наладки и мониторинга работы электроприводов экскаватора используется интерфейсный блок 8, который связан с блоком 4. Источники информации 1. SU1733577, МПК Е 02F 9/20, 15.05.92. 2. RU2030521, МПК Е 02F 9/20, 10.03.95. 3. RU2193630, МПК 7 Е 02F 9/20, 27.08.2001. 4. ПМ РБ 7378, МПК 7 Е 02F 9/20, 19.11.2010 - прототип. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее силовую часть и блок управления системой электроприводов экскаватора, в котором силовая часть содержит силовую питающую сеть 1, по меньшей мере три трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователя 4 с раздельным управлением комплектов тиристоров, которые содержат блоки 3 защиты от опрокидывания инвертора, однофазные диодно-тиристорные выпрямители 5; блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейс 2, микропроцессор 14, задающие элементы 6; устройство также содержит датчики 13 переменного и датчики 11 постоянного тока и измерители 9 скорости коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора; причем силовая питающая сеть 1 подключена к трехфазным мостовым реверсивным тиристорным преобразователям 4 и к однофазным диодно-тиристорным выпрямителям 5; трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 4 подключены к коллекторным электродвигателям 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора, а однофазные диодно-тиристорные выпрямители 5 подключены к обмоткам 12 возбуждения коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора; задающие элементы 6 подключены к микропроцессору 14,который связан с интерфейсом 2, трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями 4, с датчиками 13 переменного и датчиками 11 постоянного тока, а также с измерителями 9 скорости коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора, отличающееся тем, что дополнительно содержит защитные выключатели 7, через которые трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 4 подключены к коллекторным электродвигателям 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора, а также содержит блок 15 релейной автоматики, который подключен к микропроцессорному блоку 14 и содержит катушки 16 управления защитными выключателями 7 и катушки 17 управления электромагнитными тормозами 8 коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора.