Патент ссср 826538

 

ОП ИСАН

Союз Советскьп

Социалистические

Реслублик

К АВТОРСКОМУ, СВИДЕТЕЛЬ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 09.08.79 (21) 2807369/24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 30.04.81. Бюллетен

Дата опубликования описания 05.0

Гооудерстееиимй комитет по делам изобретений и открытий

Г. E. Кувшинов и К. П. Урываев (" 1 (?2) Авторы изобретения

Дальневосточный ордена Трудового Красного, a >åíè (71) Заявитель политехнический институт им. В. В. Куйбышева (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

СУДОВОЙ ЛЕБЕДКИ

Изобретение относи1 ся к электротехнике, в частности, к электропроводу судовых лебедок, предназначенных для проведения грузовых операций в условиях морского волнения.

Известно устройство для управления электродвигателем судовой лебедки, содержащее задатчик частоты вращения двигателя и узел измерения скорости перемещения грузового блока лебедки, подключенные соответственно к первому и второму входам блока изменения частоты врашения (1).

Однако, в этом устройстве для компенсации влияния качки применяется механическая связь судна с поверхностью, на которую опускается или с которой поднимается груз, что усложняет устройство и делает его непригодным для проведения научно-исследовательских океанических работ, когда требуется отслеживать качку судна относительно дна океана.

Известно также устройство, в котором узел измерения скорости перемещения гру- 20 зового блока лебедки состоит из датчика ускорения и интегратора, подключенного к нему через фильтр. На третий вход блока изменения частоты заведена обратная связь по частоте вращения двигателя (2).

Это устройство не обеспечивает необходимую компенсацию качки судна при изменении глубины погружения аппарата вследствие изменения диаметра барабана лебедки и не обеспечивает режим стабилизации глубины аппарата при волнении моря.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержа шее блок изменения частоты вращения двигателя и подключенные к четырем его входаM задатчик частоты вращения двигателя, узел измерения скорости перемещения грузового блока лебедки, состоящий из датчика ускорения, фильтра и интегратора, узел обратной связи по линейной скорости троса и регулятор глубины погружения. К двум входам последнего подключены задатчик глубины погружения аппарата и датчик обратной связи по глубине погружения аппарата (3).

Недостатком этого устройства является следующее. При волнении моря в режиме стабилизиации глубины погружения аппарата или при перемещении аппарата с ма826538 лой средней скоростью во время реверса двигателя возникают рывки троса. Эти рывки вызывают появление динамической составляющей перемещения аппарата, нарушающей качество его работы и снижающей точР ность удержания аппарата на заданном горизонте погружения. Основная частота динамических перемещений равна частоте качки судна. Причина этого явления обусловлена наличием механических потерь в передаче лебедки, а также ограниченным быстродействием электропривода лебедки. о

При изменении направления вращения статический момент нагрузки на валу электродвигателя скачком изменяется на двойную величину приведенного к валу двигателя момента механических потерь. Двига15 тель начинает вращаться в противоположном направлении после того, как его электромагнитный момент изменяется на величину, соответствующую этому двойному моменту потерь. Так как изменение тока и элект20 ромагнитного момента двигателя возможно только при наличии рассогласования между заданным и действительным значениями скорости троса и требуется определенное время для того, чтобы произошло это изменение тока и электромагнитного момента, то при реверсе двигателя имеет место промежуток времени, в течение которого двигатель стоит.

В момент остановки двигателя и при страгивании его с места угловое ускорение максимально, а во время стоянки двигателя оно равно нулю. Эти резкие изменения величины ускорений и приводят к упомянутым выше рывкам троса.

Динамические перемещения аппарата тем больше, чем ниже коэффициент полезного действия двигателя и механической передачи лебедки и чем выше статизм механи- 3s ческой характеристики электропри вода.

Динамические перемещения аппарата особенно заметны, когда какая-либо гармоническая составляющая этих перемещений близка к одной из резонансных частот троса с аппаратом.

Наличие обратной связи по глубине погружения аппарата и контура регулирования глубины не оказывает какого-либо заметного влияния на величину этих динамических перемещений из-за значительной инерцион- ности контура регулирования глубины. Постоянная времени этого контура много выше постоянной времени контура регулирования скорости троса и в несколько раз превосходит период качки судна.

Еще одним недостатком рассматриваемо- so го устройства являются то, что при отсутствии сигнала обратной связи по линейной скорости троса невозможно плавно регулировать частоту вращения двигателя и последний может вращаться только с максимальной частотой, определяемой уровнем энергетического ограничения блока изменения частоты вращения или наличием ограниче4 ний в элементах этого блока. Сигнал обратной связи по линейной скорости троса отсутствует при выполнении лебедкой ряда вспомогательных операций таких, как замена троса, запасовывание троса через блоки и т, д., когда трос не проходит через узел обратной связи по линейной скорости троса или имеет значительную слабину между барабаном и этим узлом.

Исчезновение сигнала обратной связи может происходить и в аварийных режимах, например, при обрыве троса или при обрыве линии связи между блоком изменения частоты вращения двигателя и узлом обратной связи по линейной скорости троса. В таким случаях скорость троса или частота вращения барабана лебедки резко возрастают до максимальной величины, что может создавать опасность для обслуживающего персонала, так как большинство вспомогательных операций выполняются не с максимальной частотой вращения двигателя, а напротив, при малых частотах вращения и

«ползучих» скоростях троса.

Цель изобретения — повышение точности удержания аппарата на заданном горизонте путем уменьшения величины и продолжительности рывков троса и повышения плавности регулирования частоты вращения двигателя при отсутствии сигнала обратной связи по линейной скорости троса.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем блок изменения частоты вращения двигателя и подключенные к его первому входу узел измерения скорости перемещения грузового блока лебедки, сс стоящий из датчика ускорения, фильтра и интегратора, к третьему входу— узел обратной связи по линейной скорости троса, к четвертому входу — выход регулятора глубины, к первому и втс>рому входам которого подключены соответственно задатчик глубины погружения аппарата и датчик обратной связи по глубине погружения аппарата, введены узел обратной связи по току двигателя, сумматор, реле реверса, реле скорости, узел обратной связи по частоте вращения, а блок изменения частоты вращения двигателя составлен из блока изменения тока или момента двигателя, регулятора скорости троса, четыре входа которого образуют входы блока изменения частоты вращения, а выход подсоединен к первому входу блока изменения тока или момента двигателя.

Узел обратной связи по -оку двигателя подключен ко второму входу блока изменения тока и чи момента двигателя, третий вход которого через реле реверса соединен с выходом сумматора, три входа которого соединены соответственно с первым, вторым и четвертым входами регулятора скорости троса, вход реле скорости подключен к третьему входу регулятора скорости троса, пер826538 вый его выход — к пятому входу регулятора скорости троса, а второй — к узлу обратной связи по частоте вращения двигателя.

На чертеже представлена блок-схема устройства управления электродвигателем лебедки. 5

Устройство состоит из блока 1 изменения частоты вращения электродвигателя, узла 2 измерения скорости перемещения грузового блока лебедки, исполнительного электродвигателя 3, подключенного к выходу блока 1,, задатчика 4 частоты вращения двигателя, узла 5 обратной связи по линейной скорости троса лебедки, регулятора 6 глубины погружения аппарата, к двум входам которого подключены задатчик 7 глубины погружения и датчик 8 обратной связи по глубине погружения. Выходы задатчика 4, узла 2, узла 5 и регулятора 6 подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока 1. В состав узла 2 входя соединенные последовательно датчик 9 ускорения, фильтр 10 и интегратор 11. Блок 1 2о состоит из регулятора 12 скорости троса, входы которого являются входами блока 1, и блока 13 изменения тока (момента) двигателя, первый вход которого соединен с выходом регулятора 12, а выход является выходом блока 1. К двум другим входам блока 13 подключены узел 14 обратной связи по току (моменту) двигателя и выход реле 15 реверса. Вход реле 15 соединен с выходом сумматора 16. Три входа сумматора

16 соединены с первым, вторым и четвертым входами блока 1. Третий вход блока 1 подключен ко входу реле 17 скорости. Один выходной зажим реле 17 соединен с пятым входом блока 1, а второй — с узлом 18 обратной связи по частоте вращения (ЭДС или напряжения) двигателя. 35

Устройство работает следующим образом.

В период спуска или подъема аппарата выход регулятора 6 глубины погружения отключен от входа блока 1 изменения частоты .вращения двигателя. В этом случае на входе регулятора 12 скорости троса непрерывно сравниваются два сигнала: задающий от задатчика 4 и узла 5 обратной связи по линейной скорости движения троса. Сигнал узла 5 переводит реле 17 скорости в такое сос- 41 тояние, при котором его выходная цепь разомкнута.

Выходной сигнал регулятора 12 является задающим сигналом для блока 13 изменения тока двигателя. На входе блока 13 сумма 50 этого сигнала и выходного сигнала реле 15 реверса. непрерывно сравнивается с сигналом от узла 14 обратной связи по току (моменту) двигателя. Выходной сигнал регулятора 12 пропорционален электромагнитному моменту двигателя за вычетом момента потерь в двигателе и в механической передаче лебедки (приведенных к валу двигателя), которым соответствует выходной сигнал реле 15. При этом независимо от диаметра барабана лебедки и его изменения в процессе спуска и подъема аппарата линейная скорость троса будет поддерживаться постоянной.

При наличии качки судна на входе регулятора 12 скорости троса появится дополнительный сигнал от узла 2 измерения скорости перемещения грузового блока лебедки. Этот сигнал отрабатывается блоком 1 так же, как и сигнал от задатчика 4. В этом случае задатчиком 4 устанавливается требуемая средняя за период качки линейная скорость движения троса. При этом, когда судно поднимается на волне, трос вытравливается, когда опускается — выбирается, причем и в этом случае линейная скорость травления и выбирания троса не зависит от диаметра барабана лебедки.

Если амплитудное значение сигнала от узла 2 больше сигнала от задатчика 4, то сумма задающих сигналов на входе регулятора 12 периодически становится равной нулю и имеет место периодический реверс двигателя.

Синхронно с суммой задающих сигналов регулятора 12 принимает нулевое значение и сумма сигналов на входе сумматора

16. При этом срабатывает реле 15 и изменяет полярность своего выходного сигнала.

В этот момент скачком изменяется суммарный задающий сигнал на входе блока 13, а благодаря наличию обратной связи по то- ку (моменту) двигателя и достаточно высокому быстродействию блока 13 через тысяч- . ные доли секунды, ток (момент) двигателя изменится на величину, соответствующую удвоенному моменту потерь в двигателе и в передаче лебедки. Двигатель изменяет направление вращения без задержки в неподвижном состоянии и на трос не действуют рывки от резкого изменения частоты вращения двигателя.

В режиме удержания аппарата на заданной глубине погружения к четвертому входу регулятора 12 скорости подключается выход регулятора 6 глубины погружения. В этом режиме задатчик подает на первый вход регулятора 12 сигнал, равный нулю.

На входе регулятора 6 непрерывно сравниваются сигналы требуемой глубины погружения от датчика 8. Сигналы. регулятора 6 глубины, узла 2 измерения скорости перемещения грузового блока лебедки и узла 5 обратной связи по линейной скорости троса отрабатываются блоком 1 таким образом, что средняя составляющая скорости изменения глубины аппарата равна нулю. Выходной сигнал регулятора 6 глубины компенсирует влияние таких факторов, как погрешности устройства, наличие и величина ограничений по моменту и частоте вращения двигателя, которые при отсутствии регулято826538

15 ра глубины привели бы к медленному изменению глубины аппарата.

Если при отключении регулятора глубины на входах регулятора 12 скорости оставить только задающие сигналы и снять сигналы обратной связи, то электродвигатель станет вращаться только с максимальной частотой, определяемой ограничениями бло-. ка !3 изменения тока двигателя, и не зависящий от величин задающих сигналов. Сигнал обратной связи по линейной скорости троса может исчезнуть при обрыве троса, неисправности узла 5 обратной связи по линейной скорости троса, обрыве линии связи между узлом 5 и регулятором 12, а также при выполнении вспомогательных операций, когда троса на барабане нет или трос не проходит через узел 5.

Благодаря наличию реле 17 скорости и узлу 18 обратной связи, по частоте вращения (ЭДС или напряжению) двигателя можно плавно регулировать частоту вращения двигател11 и при отсутствии на входе регулятора 12 сигнала обратной связи — по линейной скорости троса. В этом случае выходная цепь реле 17 замыкается и ко входу регулятора 12 подводится сигнал обратной связи от узла 18, который непрерывно сравнивается с суммарным задающим сигналом от задатчика 4 и узла 2 измерения скорости перемещения грузового блока лебедки.

При отключенном узле 2 сигнал от задатчика 4 равен сигналу обратной связи от узла !8 и путем изменения задающего сигнала задатчика 4 можно плавно регулировать частоту вращения двигателя. При включенном узле 2 плавно регулируется средняя величина. частоты вращения двигателя и компенсируется перемещение грузового блока судна при волнении моря, если барабан лебедки наполовину заполнен тросом; при отклонении диаметра барабана от средней величины имеет место некоторая погрешность в компенсации влияния качки судна на перемещение агпарата.

Благодаря уменьшению величины и продолжительности рывков троса, возникающих при реверсе двигателя, значительно ослабляются динамические перемещения аппарата при качке судна и тем самым повышается точность удержания аппарата на заданном горизонте, качество научно-исследовательских океанологических работ, в данном устройстве повышается плавность регулирования частоты вращения двигателя при отсутствии сигнала обратной связи по линейной скорости троса, что повышает уровень автоматизации устройства в целом и

Зо

50 улучшает условия и безопасность труда операторов.

Формула изобретения

Устройство для управления электродвигателем судовой лебедки, содержащее блок изменения частоты вращения двигателя и подключенные к его первому входу задатчик частоты вращения двигателя, ко второму входу — узел измерения скорости перемещения грузового блока лебедки, состоящий из последовательно соединенных между собой датчика ускорения, фильтра и интегратора, к третьему входу — узел обратной связи по линейной скорости троса, к четвертому входу — выход регулятора глубины, к первому и второму входам которого подключены соответственно задатчик глубины погружения аппарата и датчик обратной связи по глубине погружения аппарата, отличающееся тем, что, с целью повышения точности удержания аппарата на заданном горизонте и повышения плавности регулирования частоты вращения двигателя при отсутствии сигнала обратной связи по линейной скорости троса, введены узел обратной связи по току двигателя, сумматор, реле реверса, реле скорости, узел обратной связи по частоте вращения, а блок изменения частоты вращения двигателя составлсн из блока изменения тока или момента двигателя и регулятора скорости троса, четыре входа которого являются входами блока изменения частоты вращения, а выход подсоединен к первому входу блока изменения тока или момента двигателя, выход которого являетсй выходом блока изменения частоты вращения двигателя, причем узел обратной связи по току двигателя подключен ко второму входу блска изменения тока или момента двигателя, третий вход которого через реле реверса, соединен с выходом сумматора, три входа которого соединены соответственно с первыми, вторым и четвертым входами регулятора скорости троса, вход реле скорости подключен к третьему входу регулятора скорости троса, первый выход — к пятому входу регулятора скорости троса, а второй — к узлу обратной связи по частоте вращения двигателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Андреев Л. Б. и др. Средства передачи грузов на суда с моря. Л., «Судостроение», 1973, с. 32 — 39.

2. Авторское свидетельство СССР № 559350, кл. Н 02 P 5/06, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2520864/07, кл. Н 02 P 5/06, 1978.

826538

Составитель В. Тарасов

Редактор П. Макаревич Техред А. Бойкас Корректор H. Степ

Заказ 2533/78 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

J 13035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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