Устройство управления грузоподъемным электромагнитом

 

Устройство управления грузоподъемным электромагнитом относится к подъемно-транспортному оборудованию, а именно к грузоподъемным электромагнитам, и может быть использовано при управлении электромагнитными сепараторами, содержит тиристорный преобразователь, собранный по однофазной мостовой выпрямительной схеме, управляемый однофазным магнитным усилителем с самонасыщением и выходом на переменном токе и формирователем импульсов, выполненным по схеме релаксационного генератора на однопереходном транзисторе и двух работающих в противофазе RС-цепях с включенными в цепь конденсаторов первичными обмотками импульсных трансформаторов, две вторичные обмотки каждого из которых подключены к управляющим переходам пары одновременно работающих тиристоров преобразователя, и питаемыми синхронизированным с сетью питания преобразователя переменным напряжением трапецеидальной формы с амплитудой, ограниченной резистором и стабилизированной стабилитроном, включенным через выпрямительный мост, в котором для сокращения времени нарастания тока в обмотке электромагнита, стабилизации тока на заданном уровне независимо от температуры нагрева обмотки или колебаний напряжения питающей сети, ограничения напряжения на обмотке при отключении электромагнита до уровня напряжения питающей сети при форсированном снижении тока, преобразователь выполнен на симметричных тиристорах, в цепь обмотки электромагнита включена токовая обмотка управления магнитного усилителя, встречно ампервиткам которой от выпрямительного моста источника питания цепей управления через два последовательно соединенных резистора, один из которых шунтирован конденсатором, включена другая обмотка усилителя, параллельно резисторам RC-цепей релаксационного генератора импульсов через ограничивающие резисторы включены коллекторно-эмиттерные переходы двух оптотранзисторов, управляющие светодиоды которых соединены встречно-параллельно и через добавочный резистор подключены к диагонали моста, образованного рабочими обмотками магнитного усилителя и его нагрузочным резистором и подсоединенной параллельно этой цепи усилителя RС-цепью с конденсатором, шунтированным через выпрямительный мост коллекторно-эмиттерным переходом еще одного оптотранзистора, управляющий светодиод которого соединен последовательно со вспомогательным тиристором и шунтированной конденсатором катушкой реле и подключен к напряжению на обмотке электромагнита через делитель напряжения и выпрямительный мост. Технический результат - сокращение времени нарастания тока в обмотке электромагнита. 1 ил.

Изобретение относится к подъемно-транспортному оборудованию, а именно к грузоподъемным электромагнитам, и может быть использовано при управлении электромагнитными сепараторами.

При питании обмотки электромагнита от нерегулируемого преобразователя напряжением 220 В постоянного тока с контакторным управлением электромагнит долгое время (особенно при низких температурах окружающей среды) может работать с потреблением мощности до 1,5 раз превышающей номинальную, что приводит к излишнему расходу электроэнергии; медленное нарастание тока в обмотке электромагнита приводит либо к снижению производительности крана, либо к нарушению машинистом инструкции по эксплуатации грузоподъемных электромагнитов (преждевременное включение, что приводит к механическим ударам по корпусу электромагнита "влетающими" кусками скрапа, излишнему нагреву и расходу электроэнергии); возникающие при отключении контактором обмотки электромагнита перенапряжения 2-3 кВ предъявляют повышенные требования к изоляции обмотки и сокращают срок ее службы; образующейся дугой быстро разрушаются контакты контакторов; в широких пределах изменяется грузоподъемность электромагнита в зависимости от степени нагрева его обмотки.

Известно устройство питания грузоподъемного электромагнита на полупроводниковых вентилях от сети 380 В с подачей повышенного напряжения при включении с последующим его снижением до рабочей величины [1 - Л.К. Ветчанин, Д. И. Пружанский, Г. Г. Соломахов, В.Н. Шинкаренко. Система питания грузоподъемных электромагнитов на полупроводниковых вентилях. Бюллетень МЧМ 21, 1970, с. 53] . Однако напряжение форсировки 260 В не обеспечит практически заметного сокращения времени нарастания тока в обмотке, а рабочее напряжение 170 В - номинального тока при нагретой обмотке.

Известен способ управления грузоподъемным электромагнитом, заключающийся в том, что при захвате груза на обмотку электромагнита подают удвоенное напряжение и при достижении током величины, равной 1,5 номинального тока, снижают напряжение до величины, обеспечивающей номинальный ток в обмотке, который поддерживают на этом уровне во время удержания груза, а после отключения обмотки на нее подают напряжение обратной полярности [2 - Авторское свидетельство СССР 1472406, кл. В 66 С 1/08, 1988].

Известно устройство управления тиристорным преобразователем при помощи магнитного усилителя с самонасыщением [3 - Ройзен С.С., Стефанович Т.Х. Магнитные усилители в электроприводе и автоматике. М.: Энергия, 1970, с.437].

Известно также устройство управления тиристором, включающее в себя релаксационный генератор импульсов с RC-цепью на однопереходном транзисторе, и импульсным трансформатором на выходе, питаемый напряжением трапецеидальной формы и синхронизированный с сетью питающего напряжения [4 - Кремниевые управляемые вентили - тиристоры. Технический справочник. Пер. с англ. под ред. к.т.н В.А. Лабунцова и А.Ф. Свиридова. М.-Л.: Энергия, 1964, с.80].

Способ и устройства по источникам информации [2], [3] и [4] наиболее близки к изобретению по совокупности существенных признаков и приняты в качестве прототипов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является сокращение времени нарастания тока в обмотке электромагнита, стабилизация тока на заданном уровне независимо от температуры нагрева обмотки или колебаний напряжения питающей сети, ограничение напряжения на обмотке при отключении электромагнита до уровня напряжения питающей сети при форсированном снижении тока, бесконтактное управление режимами работы электромагнита.

Устройство управления грузоподъемным электромагнитом должно осуществлять следующие режимы работы: при включении электромагнита на его обмотку подается повышенное напряжение, близкое к двойному от номинального, ток форсированно нарастает, после достижения током величины, на 30-50% выше номинального, напряжение снижается, устанавливая заданный ток в обмотке, который поддерживается на этом уровне во время удержания груза, после отключения ток форсированно снижается до нуля с рекуперацией запасенной энергии в сеть, после чего на обмотку подается напряжение обратной полярности для размагничивания электромагнита.

Для этого питание обмотки электромагнита осуществляется от сети 380 В от тиристорного преобразователя, собранного по однофазной мостовой выпрямительной схеме, управляемого однофазным магнитным усилителем с самонасыщением и выходом на переменном токе и формирователем импульсов, выполненным по схеме релаксационного генератора на однопереходном транзисторе и двух работающих в противофазе RC-цепях с включенными в цепь конденсаторов первичными обмотками импульсных трансформаторов, две вторичные обмотки каждого из которых подключены к управляющим переходам пары одновременно работающих тиристоров преобразователя. Цепи управления питаются синхронизированным с сетью питания преобразователя переменным напряжением трапецеидальной формы с амплитудой, ограниченной резистором и стабилизированной стабилитроном, включенным через выпрямительный мост.

Преобразователь выполнен на симметричных тиристорах. В цепь обмотки электромагнита включена токовая обмотка магнитного усилителя, встречно ампервиткам которой от выпрямительного моста источника питания цепей управления через два последовательно соединенных резистора, один из которых шунтирован конденсатором, включена другая обмотка усилителя. Параллельно резисторам RC-цепей релаксационного генератора импульсов через ограничивающие резисторы включены коллекторно-эмиттерные переходы двух оптотранзисторов, управляющие светодиоды которых соединены встречно-параллельно и через добавочный резистор подключены к диагонали моста, образованного рабочими обмотками магнитного усилителя и его нагрузочным резистором, и подсоединенной параллельно этой цепи усилителя RC-цепью с конденсатором, шунтированным через выпрямительный мост коллекторно-эмиттерным переходом еще одного оптотранзистора, управляющий светодиод которого соединен последовательно со вспомогательным тиристором и шунтированной конденсатором катушкой реле и подключен к напряжению на обмотке электромагнита через делитель напряжения и выпрямительный мост.

Схема устройства управления грузоподъемным электромагнитом приведена на чертеже.

К сети напряжением 380 В подключен однофазный симметричный выпрямительный мост, выполненный на симметричных тиристорах 1-4, от которого запитана обмотка электромагнита 5. К той же сети подключены через педаль включения электромагнита 6, добавочный резистор 7 и выпрямительный мост 8, катушка реле 9, а через ограничивающие резисторы 10 и 11, контакт 9.1 реле 9 - выпрямительный мост 12 со стабилитроном 13 источника трапецеидального напряжения, параллельно которому подключена базовая цепь однопереходного транзистора 14, RC-цепи релаксационного генератора импульсов, состоящие из резисторов 15, 16, конденсаторов 17, 18 и импульсных трансформаторов 19, 20, а также RC-цепь с резистором 21 и конденсатором 22. Через замыкающий контакт 9.2 получает питание цепь рабочих обмоток магнитного усилителя 23 с нагрузочным резистором 24, а в диагональ моста, образованного этой цепью и RC-цепью 21, 22, через добавочный резистор 25 включены встречно-параллельно соединенные управляющие светодиоды оптотранзисторов 26, 27, коллекторно-эмиттерные переходы которых через ограничивающие резисторы 28, 29 включены параллельно резисторам 15, 16, и через развязывающие диоды 30, 31 - к эмиттеру однопереходного транзистора 14. Параллельно конденсатору 22 включен замыкающий контакт 9.3 и через выпрямительный мост 32 - коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора 33, управляющий светодиод которого соединен последовательно со вспомогательным тиристором 34 и шунтированной конденсатором 35 катушкой реле 36, и включен на выход выпрямительного моста 37, куда также подключены параллельно соединенные конденсатор 38 и стабилитрон 39. Вход моста 37 через делитель напряжения 40 включен на напряжение обмотки электромагнита 5, в цепь которой включена токовая обмотка управления 23.1 магнитного усилителя, а встречно ей включена обмотка задания тока 23.2 того же усилителя, через резистор 41 и шунтированный конденсатором 42 регулируемый резистор 43 подключенная к выходу выпрямительного моста 12. К аноду и управляющему электроду вспомогательного тиристора 34 подключен замыкающий контакт реле 9.4, а замыкающий контакт реле 36 подсоединен параллельно контакту 9.1.

В схеме устройства в качестве реле 9, служащего для размножения контактов педали включения электромагнита, использовано реле постоянного тока для исключения ложных отключений электромагнита при посадках и кратковременных исчезновениях питающего напряжения. Источник питания цепей управления выполнен по бестрансформаторной схеме на одном стабилитроне 13, включенного на выходе выпрямительного моста 12, для получения симметричного напряжения, близкого по форме к прямоугольному. Использование двух ограничивающих резисторов, одними зажимами подключенных к питающему напряжению, а другими - к выпрямительному мосту, снижает потенциал, приложенный к схеме управления относительно "земли", и габариты источника.

Схему управления режимами работы электромагнита можно условно разделить на три функциональных узла: узел намагничивания, узел контроля тока и узел размагничивания.

Узел намагничивания включает цепь рабочих обмоток и обмотку управления 23.2 магнитного усилителя 23 и релаксационный генератор импульсов с RC-цепями на однопереходном транзисторе 14. Обмотка 23.2 задает величину тока электромагнита 5, причем резистор 41 и конденсатор 42 определяют величину тока при включении электромагнита, а резистором 43 устанавливают желаемую величину тока при удержании груза. Параметры RC-цепей релаксационного генератора импульсов выбирают из условия обеспечения максимального угла регулирования, близкого к 180^o эл., при этом величина емкости конденсаторов 17, 18 может быть минимальной, но достаточной для обеспечения надежного включения силовых тиристоров. С появлением на схеме управления полуволны питающего напряжения через резистор 15 (16) начинает заряжаться конденсатор 17 (18), и при поступлении импульса от магнитного усилителя 23 включается оптотранзистор 27 (26), конденсатор форсированно заряжается до напряжения уставки срабатывания транзистора 14. При отсутствии импульса от магнитного усилителя импульс управления силовыми тиристорами формируется в конце полупериода питающего напряжения, обеспечивая инверторный режим работы преобразователя.

Узел контроля тока включает токовую обмотку управления 23.1 магнитного усилителя и цепь фиксации напряжения на обмотке электромагнита, состоящую из управляющего светодиода оптотранзистора 33 и катушки реле 36. Токовая обмотка 23.1 осуществляет жесткую обратную связь по току электромагнита, для чего силовой провод цепи питания обмотки электромагнита пропускается через "окно" магнитного усилителя, образуя дополнительную обмотку управления. Цепь фиксации напряжения на обмотке электромагнита подключена к ее зажимам через делитель напряжения 40, являющегося одновременно балластным резистором для тиристорного преобразователя. Выпрямительный мост 37 служит для обеспечения напряжения одной полярности на цепи фиксации при смене полярности напряжения на обмотке электромагнита при спадании тока, а конденсатор 38 сглаживает провал напряжения при этом для удержания цепи во включенном состоянии. Стабилитрон 39 ограничивает напряжение на допустимом уровне в режимах форсировки. При спадании тока в обмотке электромагнита до нуля оптотранзистор 33 закрывается, вводя в работу узел размагничивания, а реле 36, параллельно катушке которого включен конденсатор 35, обеспечивает необходимую задержку отключения питания цепей управления для размагничивания электромагнита. Вспомогательный тиристор 34 служит нулевой блокировкой, предотвращая включение реле 36 при размагничивании электромагнита.

Узел размагничивания состоит из RC-цепи 21, 22, и при включении электромагнита он выводится из работы шунтированием конденсатора 22 сначала замыкающим контактом 9.3, а затем коллекторно-эмиттерным переходом оптотранзистора 33. При отключении оптотранзистора 33 после спадания тока электромагнита до нуля появившееся на конденсаторе 22 напряжение прикладывается к цепи резистор 25 - светодиоды 26, 27 - резистор 24, причем оно находится в противофазе напряжению, поступавшему от магнитного усилителя 23, благодаря чему напряжение преобразователя меняет свой знак, а его величина зависит от постоянной времени RC-цепи 21, 22. Время приложения напряжения размагничивания корректируется величиной емкости конденсатора 35.

Устройство работает следующим образом. При нажатии педали 6 включается реле 9, подавая питание на цепи управления. Задание на ток максимально, магнитный усилитель 23 полностью открыт, напряжение на выходе преобразователя максимально (около 350 В), ток электромагнита начинает форсированно расти. Включается вспомогательный тиристор 34, реле 36, открывается транзистор 33. Величина, до которой вырастет ток электромагнита, определяется соотношением параметров резисторов 41, 43 и конденсатора 42. После окончания заряда конденсатора 42 ток в обмотке электромагнита под действием ампервитков обмотки обратной связи 23.1 установится в соответствии с заданным резистором 43.

При отпускании педали 6 отпадает реле 9, отключается цепь рабочих обмоток магнитного усилителя 23, остальные цепи управления продолжают получать питание через замыкающий контакт реле 36. Преобразователь переходит в инверторный режим, напряжение на обмотке электромагнита меняет свой знак, и при неизменной противоЭДС преобразователя величиной около 350В ток в обмотке начинает интенсивно спадать. По окончании спадания тока напряжение на обмотке становится равным нулю, закрывается тиристор 34 и транзистор 33, на выходе преобразователя появляется напряжение обратной полярности и ток, размагничивающий электромагнит. По истечении выдержки времени, определяемой величиной емкости конденсатора 35, отпадает реле 36, приводя схему в исходное состояние.

Формула изобретения

Устройство управления грузоподъемным электромагнитом, содержащее тиристорный преобразователь, собранный по однофазной мостовой выпрямительной схеме, управляемый однофазным магнитным усилителем с самонасыщением и выходом на переменном токе и формирователем импульсов, выполненным по схеме релаксационного генератора на однопереходном транзисторе и двух работающих в противофазе RС-цепях с включенными в цепь конденсаторов первичными обмотками импульсных трансформаторов, две вторичные обмотки каждого из которых подключены к управляющим переходам пары одновременно работающих тиристоров преобразователя, и питаемыми синхронизированным с сетью питания преобразователя переменным напряжением трапецеидальной формы с амплитудой, ограниченной резистором и стабилизированной стабилитроном, включенным через выпрямительный мост, отличающееся тем, что преобразователь выполнен на симметричных тиристорах, в цепь обмотки электромагнита включена токовая обмотка управления магнитного усилителя, встречно ампервиткам которой от выпрямительного моста источника питания цепей управления через два последовательно соединенных резистора, один из которых шунтирован конденсатором, включена другая обмотка усилителя, параллельно резисторам RC-цепей релаксационного генератора импульсов через ограничивающие резисторы включены коллекторно-эмиттерные переходы двух оптотранзисторов, управляющие светодиоды которых соединены встречно-параллельно и через добавочный резистор подключены к диагонали моста, образованного рабочими обмотками магнитного усилителя и его нагрузочным резистором и подсоединенной параллельно этой цепи усилителя RC-цепью с конденсатором, шунтированным через выпрямительный мост коллекторно-эмиттерным переходом еще одного оптотранзистора, управляющий светодиод которого соединен последовательно со вспомогательным тиристором и шунтированной конденсатором катушкой реле и подключен к напряжению на обмотке электромагнита через делитель напряжения и выпрямительный мост.

РИСУНКИ

Рисунок 1