Устройство управления электроприводами экскаватора

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ЭКСКАВАТОРА(71) Заявитель Закрытое акционерное общество Белналадка(72) Авторы Амелько Игорь Александрович Климко Иван Юрьевич(73) Патентообладатель Закрытое акционерное общество Белналадка(57) Устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее силовую часть и блок управления системой электроприводов экскаватора, в котором силовая часть включает силовую питающую сеть 1, по меньшей мере три трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователя 4 с раздельным управлением комплектов тиристоров, которые снабжены блоками 3 защиты от опрокидывания инвертора, однофазными диоднотиристорными выпрямителями 5 блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейс 2, микропроцессор 14, задающие элементы 6 устройство также снабжено датчиками 13 переменного и датчиками 11 постоянного тока и измерителями 9 скорости коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора причем силовая питающая сеть 1 соединена с трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями 4 и с однофазными диодно-тиристорными выпрямителями 5 трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 4 соединены с коллекторными электродвигателями 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора, а однофазные диоднотиристорные 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 снабжено защитными выключателями 7, через которые трехфазные мостовые реверсивные 89082013.02.28 тиристорные преобразователи 4 соединены с коллекторными электродвигателями 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора, а также снабжено блоком 15 релейной автоматики, который имеет связь с микропроцессорным блоком 14 и включает в себя катушки 16 управления защитными выключателями 7 и катушки 17 управления электромагнитными тормозами 8 коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора.(56) 1. Микитченко А.Я., Могучев М.В., Шевченко А.Н., Шоленков А.Н., Греков Э.Л. Разработки ОАО Рудоавтоматика в области перспективных систем экскаваторных приводов. УДК 622.271.4621.316.34 // Горное оборудование и электромеханика. - 2008. -6. С. 21-28. 2. Евразийская заявка 201100169/26 Устройство управления электроприводами экскаватора, дата подачи 28 ноября 2010 года. Полезная модель относится к управлению горнодобывающей техникой, а именно к управлению электроприводами механизмов одноковшовых карьерных экскаваторов, в частности главных электроприводов карьерного гусеничного экскаватора ЭКГ-5 А. Известно устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее силовую часть и блок управления системой электроприводов экскаватора, в котором силовая часть включает понижающий трансформатор и трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи с раздельным управлением комплектов тиристоров, блок управления содержит интерфейс и микропроцессор 1. К недостаткам данного устройства можно отнести отсутствие надежной защиты электродвигателей и рабочих механизмов экскаватора от возникновения аварийных ситуаций. 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 силовую питающую сеть, по меньшей мере три трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователя с раздельным управлением комплектов тиристоров, которые снабжены блоками защиты от опрокидывания инвертора, однофазными диоднотиристорными выпрямителями блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейс, микропроцессор, задающие элементы устройство также снабжено датчиками переменного и постоянного тока, датчиками скорости коллекторных электродвигателей 2. Недостатком данного устройства также является отсутствие надежной защиты электродвигателей и рабочих механизмов экскаватора от возникновения аварийных ситуаций. Задачей заявленного технического решения является повышение надежности и безопасности работы электроприводов экскаватора, обеспечение защиты электродвигателей и рабочих механизмов экскаватора от возникновения аварийных ситуаций. Для решения поставленной задачи предлагается устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее силовую часть и блок управления системой электроприводов экскаватора, в котором силовая часть включает силовую питающую сеть 1, по меньшей мере три трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователя 4 с раздельным управлением комплектов тиристоров, которые снабжены блоками 3 защиты от опрокидывания инвертора, однофазными диодно-тиристорными выпрямителями 5. Блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейс 2, микропроцессор 14, задающие элементы 6. Устройство также снабжено датчиками 13 переменного и датчиками 11 постоянного тока и измерителями 9 скорости коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экс 2 89082013.02.28 каватора. Силовая питающая сеть 1 соединена с трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями 4 и с однофазными диодно-тиристорными выпрямителями 5 трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 4 соединены с коллекторными электродвигателями 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. Устройство дополнительно снабжено защитными выключателями 7, через которые трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 4 соединены с коллекторными электродвигателями 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора. Устройство также снабжено блоком 15 релейной автоматики,который имеет связь с микропроцессорным блоком 14 и включает в себя катушки 16 управления защитными выключателями 7 и катушки 17 управления электромагнитными тормозами 8 коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора. Основными технико-экономическими достоинствами заявляемого устройства управления электроприводами экскаватора являются 1) повышение надежности и безопасности работы электроприводов за счет применения автоматической системы торможения главных электроприводов экскаватора 2) повышение надежности и безопасности работы электроприводов за счет применения автоматической системы отключения якорной цепи электродвигателей постоянного тока главных электроприводов экскаватора 3) обеспечение защиты экскаватора от возникновения аварийных ситуаций. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства управления электроприводами экскаватора. Устройство управления электроприводами экскаватора содержит силовую часть и блок управления системой электроприводов экскаватора. Силовая часть включает силовую питающую сеть 1, по меньшей мере три трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователя 4 с раздельным управлением комплектов тиристоров, которые снабжены блоками 3 защиты от опрокидывания инвертора, однофазными диоднотиристорными выпрямителями 5. Блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейс 2, микропроцессор 14, задающие элементы 6. Устройство включает датчики 13 переменного и датчики 11 постоянного тока и измерители 9 скорости коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора. Силовая питающая сеть 1 соединена с трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями 4 и с однофазными диоднотиристорными выпрямителями 5. Трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 4 соединены с коллекторными электродвигателями 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. Устройство снабжено защитными выключателями 7, через которые трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 4 соединены с коллек 3 89082013.02.28 торными электродвигателями 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора. Блок 15 релейной автоматики имеет связь с микропроцессорным блоком 14 и включает в себя катушки 16 управления защитными выключателями 7 и катушки 17 управления электромагнитными тормозами 8 коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора. Устройство работает следующим образом. Силовая питающая сеть 1 является источником энергии для трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователей 4 и однофазных полууправляемых диоднотиристорных выпрямителей 5. Трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 4 преобразуют трехфазное переменное напряжение постоянной амплитуды и частоты в регулируемые постоянные напряжения, которые формируют токи якорей коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора. В свою очередь однофазные полууправляемые диоднотиристорные выпрямители 5 преобразуют однофазное переменное напряжение силовой питающей сети 1 постоянной амплитуды и частоты в регулируемые постоянные напряжения, которые формируют токи в обмотках 12 возбуждения коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока. Система управления главными электроприводами экскаватора построена по принципу подчиненного регулирования координат электропривода (электромагнитный момент и скорость электродвигателей) и работает следующим образом с помощью задающих элементов 6 (джойстик или командоконтроллер) машинист (оператор) экскаватора задает желаемые (заданные) скорости рабочих механизмов экскаватора (соответственно электродвигателей 10 главных электроприводов экскаватора), значения которых поступают в микропроцессорный блок 14, где происходит их сравнение с текущими значениями скоростей коллекторных электродвигателей 10 электроприводов экскаватора, сигналы которых формируют измерители скорости 9, в качестве которых могут использоваться, например,тахогенераторы, цифровые и аналоговые энкодеры и резольверы, либо наблюдатели состояния электродвигателей в случае бездатчикового варианта реализации схемы. В результате сравнения заданных и текущих скоростей электродвигателей 10 регуляторы скорости микропроцессорного блока 14 формируют заданные значения токов якорей коллекторных электродвигателей 10. Далее заданные значения токов якорей сравниваются с текущими значениями токов якорей, формируемыми датчиками 13 переменного тока. Разность значений заданных и текущих токов якорей поступает в регуляторы токов якорей микропроцессорного блока 14, которые формируют заданные значения напряжений трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователей 4. В соответствии с величиной и знаком заданных значений трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователей 4 микропроцессорный блок формирует открывающие импульсы комплектов тиристоров трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователей 4. Для стабилизации токов обмоток 12 возбуждения на номинальном уровне применяются регуляторы токов возбуждения микропроцессорного блока 14, которые сравнивают заданные (номинальные) значения токов возбуждения с текущими значениями токов возбуждения, формируемыми датчиками 11 постоянного тока. В результате сравнения заданных и текущих токов возбуждения регуляторы токов возбуждения формируют заданные значения выходных напряжений однофазных полууправляемых диоднотиристорных выпрямителей 5. Для отработки заданных значений выходных напряжений однофазных полууправляемых диодно-тиристорных выпрямителей 5 микропроцессорный блок 14 формирует открывающие импульсы комплектов тиристоров однофазных полууправляемых диодно-тиристорных выпрямителей 5. Регуляторы токов возбуждения применяются также для осуществления режима ослабления поля коллекторных электродвигателей 10 электроприводов экскаватора (данный режим необходим, например, при опускании ковша экскаватора). 4 89082013.02.28 Система подчиненного регулирования координат коллекторных электродвигателей позволяет реализовать экскаваторные механические характеристики главных электроприводов. Режим работы по данным характеристикам является основным режимом работы электроприводов экскаватора, обеспечивающим как высокую производительность экскаватора, так и обход зон возникновения аварийных токов якорей коллекторных электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора. Во избежание возникновения аварийных ситуаций, связанных с возможностью опрокидывания инверторов трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователей 4, применяется блок защиты от опрокидывания инвертора 3. Учитывая крайне сложные условия эксплуатации главных электроприводов экскаватора (низкое качество питающего напряжения, высокая запыленность и вибрация, а также широкий диапазон колебаний окружающей температуры и влажности) необходимо дополнительно обеспечить защиту электрооборудования экскаватора от аварийных ситуаций. Для этих целей устройство имеет дополнительную систему защиты, которая включает в себя защитные выключатели 7 и электромагнитные тормоза 8. Для их включения и отключения используются соответственно катушки 16 и 17 управления блока 15 релейной автоматики. Управление включением и отключением катушек 16 и 17 управления осуществляется микропроцессорным блоком 14, который на основании информации о текущих и заданных значениях токов якорей и частот вращения коллекторных электродвигателей 10 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора формирует управляющие воздействия на катушки управления 16 и 17. Основным условием отключения защитных выключателей 7 является превышение значения тока якоря коллекторных электродвигателей 10 граничного значения аварийного тока (данное значение подбирается для каждого из электродвигателей индивидуально, учитывая условия его эксплуатации) в течение граничного времени срабатывания защиты. Основным условием наложения электромагнитного тормоза 8 является превышение рассогласования (разности заданного и текущего значений) частот вращения коллекторных электродвигателей 10 граничного значения (аналогично подбирается индивидуально для каждого из электродвигателей) рассогласования. Превышение текущего рассогласования по частоте вращения заданного граничного значения во время работы системы электроприводов свидетельствует о наличии аварийной ситуации (потеря управления электродвигателем независимо от причин, обрыв измерительной системы скорости, обрыв цепей возбуждения электродвигателей и т.д.) В нерабочем (стояночном) состоянии электромагнитные тормоза 8 находятся в наложенном состоянии, а защитные выключатели 7 - в разомкнутом состоянии. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5