Способ управления автономнымэлектроприводом постоянного токагрузопод'емного механизма и устройстводля его реализации

 

Союз Советскиз

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 150179 (2 I ) 2713108/24-07 с присоединением заявки Но (11>843139

li

S (51)PA (л з

Н 02 Р 5/06

Государственный комктет

СССР. по делан изобретений и открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 30.06.81.Бюллетень М 24

Дата опубликования описания 300681 (53) УДК 62-83:621 .314.5(088.8) и

;. ." д.. кто.л, q

МФ, М.В. Мительман, В.В. Дубровский и В.Л. Осятинский::," ;,й. Л .;.Л0, I

1

Украинский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института по автоматизированным системам управления в газовой промышленности (72) Авторы изобретения (7 3 ) Заявитель

% (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ ЗЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА ГРУЗОПОДЬЕМНОГО МЕХАНИЗМА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для привода подъемных лебедок буровых установок, строительных кранов и других подобных механизмов, у которых индивидуальный генератор постоянного тока приводится во вращение двигателем внутреннего сгорания.

Для генераторов, приводимых во вращение двигателями внутреннего сгорания, энергетически наиболее целесообразным режимом является режим постоянной мощности. Причем ниже основной .частоты вращения двигателей регулирование производится эа счет регулирования тока возбуждения генератора при номинальном токе возбуждения электродвигателя, а при номинальном токе возбуждения и напряжения генератора дальнейшее повышение частоты вращения производится за счет уменьшения тока возбуждения электродвигателя.

Известен способ управления электроприводом, при котором регулируют ток возбуждения в функции тока якоря, регулируют задание на предельно дойустимый ток якоря в Функции тока воз.буждения и ограничение тока возбуж дения при превышении напряжением на ЗО якоре электродвигателя допустимого уровня Г13 .

Устройство для реализации этого способа содержит регулируемые преобразователи в якорной цепи электродвигателя и в цепи его обмотки возбу>кдения, цепь обратной связи якоря с регулируемым в функции тока возбуждения ограничением, датчики тока якоря, напряжения и тока возбуждения,. функциональный преобразователь, включенный между датчиком тока якоря и входом регулируемого преобразователя в цепи обмотки возбуждения, ко входу которого последовательно с нелинейным элементом присоединен выход датчика напряжения, а также логический элемент И, служащий для корректировки тока возбуждения в зависимости от того, в двигательном или тормозном режиме находится электродвигатель.

Регулирование тока возбуждения в функции тока якоря во всем диапазоне изменения нагрузки и скоростей обеспечивает повышение использования динамических свойств электродвигателя, а также некоторое приближение формы механических характеристик к характеристикам постоянной мощности.

843139

Однако это приближение формы характеристик к характеристикам постоянной мощности недостаточно. Кроме того, в этом устройстве не учитывается влияние напряжения на якоре на коммутацию электрических машин. 5

Наиболее близким к предлагаемому является способ, при котором регули >уют ток возбуждения электродвигателя в функции тока якоря,:регулируют задание на предельно-допустимый ток якоря в функции тока возбуждения и ам. плитуды напряжения на якоре электро, двйгателя (2).

Устройство, реализующее укаэанный способ содержит блок задания часто1

15 ты вр-щения электродвигателя, после довательно включенные .регулятор частоты вращения с блоком ограничения в цепи его обратной связи и регулятор тока с подключенными к их входам датчиком частоты вращения и датчиком 20 тока якоря в системе управления генератором, питающим якорь электродвигателя, возбудитель,,электродвигателя, в цепь управления которого. включен регулятор тока возбуждения, два нели- 25 нейных элемента с зоной нечувствительности и ограничением выходного сигнала по нижнему и верхнему уровням, один из которых включен между датчиком тока якоря и вторым входом регулятора тока возбуждения, а другой — между датчиком тока возбуждения и сумматором, второй вход которого через блок выделения модуля соединен с датчиком напряжения на якоре, З5 а выход — с управляющим входом блока ограничения в цепи обратной связи регулятора частоты вращения.

Известное техническое решение, рассчитанное на применение, в первую очередь, в относительно мощных элек- 40 трических сетях не обеспечивает без- . ударной работы грузоподъемного механизма при работе первичного двигателя с максимально возможным коэффициентом полезного действия. 45

Цель изобретения — обеспечение безударной работы грузоподъемного механизма при работе первичного двигате.ля с максимально возможным коэффициентом полезного рействия ° 50

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе дополнительно определяют величину натяжения подъемного каната и динамической составляющей момента электродвигателя при силе натяжения каната меньшей, чем соответствующая пустому крюку, формируют максимальный цо величине сигйал, а при силе натяжения, большей или равной силе натяжения, соответ- 40 ствующей пустому крюку, формируют этот сигнал пропорциональный натяженйю сумиируют полученный сигнал с сигйалом, пропорциональным динамической составляющей момента электродвигателя и обратно пропорциональным сигналу результата суммирования, изменяют уставку ограничения скорости электродвигателя.

В устройстве цель достигается тем, что в него введены пропорциональный усилитель с блоком ограничения в цепи его обратной связи, датчик натяжения каната, блок нелинейности с гиперболической характеристикой, пороговый элемент, сумматор, выполненный в виде операционного усилителя со стабилитроном в цепи обратной связи, и элок дифференцирования сигнала датчика частоты вращения, при этом пропорциональный усилитель включен между блоком задания частоты вращения и регулятором частоты вращения. а к его управляющему входу через последовательно соединенные пороговый элемент сумматор и нелинейный элемент с гиперболической характеристикой подключен датчик напряжения каната, выход которого и выход блока дифференцирования подключены ко входам сумматора.

Способ осуществляют следующим образом.

Измеряют силу натяжения каната грузоподъемного устройства и в зависимости от величины этой силы формируют сигнал таким образом, чтобы он был максимальным при силе натяжения каната, меньшей чем при висящем на канате крюке грузоподъемного устройства со своей арматурой, а при силе натяжения каната равной или больше. силы натяжения при висящем на канате крюке с арматурой вышеупомянутый сигнал был пропорционален силе натяжения каната. Одновременно измеряют частоту вращения якоря электродвигателя, полученный сигнал дифференцируют и суммируют с полученным ранее .сигналом, образуя при этом сигнал, пропорциональный полному моменту электродвигателя. В функции сигнала, обратно пропорционального полному моменту электродвигателя, ограничивают зацание на максимальйо допустимую частоту вращения электродвигателя.. Сигнал задания частоты вращения электродвигателя сравнивают с сигналом, пропорциональным частоте вращения электродвигателя, и ограничивают максимальную величину полученной разности в функции сигналов положительной обратной связи по току возбуждения и отрицательной обратной связи по модулю напряжения на якоре, а результирующий сигнал сравнивают с сигналом пропорциональным току якоря, и Используют как сигнал задания напряжения на якоре электродвигателя. Кроме того, сигнал, пропорциональный току якоря электродвигателя, ограничивают по верхнему и нижнему уровню и используют как сигнал задания тока возбуж. дения электродвигателя.

843139

Указанный способ может быть реализован в устройстве, схема которого изображена на черте>хе.

Пкорная цепь содержит якорь 1 электродвигателя, который последовательно с входом датчика 2 тока якоря присоединен к якорю 3 генератора, обглот5 ка 4 возбуждения которого присоедине.на к выходу вентильного возбудителя

5 генератора. Якорь 3 генератора находится на одном валу с первичным двигателем. Выход датчика 2 тока якоря присоединен ко входу регулятора 6 тока якоря и последовательно с блоком 7 нелинейности., имеющим зону нечувствительности, регулятором 8 тока возбуждения — ко входу вентиль- 15 ного возбудителя 9, к выходу которого последовательно со входом датчика 10 тока возбуждения присоединена обмотка 11 возбуждения электродвигателя. Выход регулятора б тока якоря 20 присоединен ко входу возбудителя 5, .а вход регулятора б тока якоря присоединен к выходу регулятора 12 частоты вращения и к одноглу из входов переменного тока блока 13 ограниче- 25 ния, второй выход переменного тока которого присоединен к первому входу регулятора 12 частоты вращения, а выходы постоянного тока блока 13 ограничения присоецинены встречно к выходу сумматора 14,- первый вход которого соединен последовательно с блоком 15 нелинейности, иглеющим зону нечувствительности,.к выходу датчика 10 тока возбу>кдения, а второй вход сумматора 14 соединен последовательно с выделителем модуля 16 к выходу датчика 17 напря>кения, вход . которого включен параллельно якорю 1 электродвигателя. Второй вход регулятора 12 частоты вращения присоединен 40 вместе с одним из входов переменного тока блока 18 ограничейия к выходу пропорционального усилителя 19,.к первому входу которого подключен выход блока 20 задания частоты враще- 4к ния, а ко второглу входу усилителя 19 присоединен второй вход переменного тока блока 18 ограничения. Выход постоянного тока блока 18 ограничения: включен встречно к выходу- блока 21 нелинейности с гиперболической характеристикой, ко входу которого присоединен сумматор 22 и стабилитрон

23, анод которого присоединен к одноглу из входов сумматора 22. К другим входам сумматора 22 подключен вы- 55 ход постоянного тока датчика 24 натяжения каната (веса на крюке) непосредственно и через пороговый элемент

25. Четвертый вход сумматора 22 соединен с выходом блока 26 дифференци- б0 рования, вход которого подключен к датчику 27 частоты вращения. устройство работает следующим образ огл. 65

При отсутствии напря>кения на выходе блока 20 задания и, следовательно, пропорционального усилителя 19 и наличии груза на крюке в случае растормаживания глеханических тормозов в якорной цепи генератора и электродвигателя. потечет ток,. связанный с ускорением якоря 1 электродвигателя под действием протягивающего груза на крюке. При разгоне электродви- гате>йя появляется сигнал на выходе датчика 27 частоты вращения. Этот сигнал вызывает появление сигнала на выходе регулятора 12 частоты вращения, которыйгвоздействуя на вход регулятора б тока вызывает, в свою очередь, появление такого сигнала на его выходе, которыйготкрывая воз- будитель 5 генератора, обуславливает

l увеличение торглозного тока в якорной цепи электродвигателя. Под действием тока в якорной цепи на выходе датчика 2 тока якоря появится сигнал, который обеспечит гашение в случае необходимости остаточного намагничивания генератора, а также увеличение сигнала на выходе блока 7 нелинейности, регулятора 8 тока возбуждения, возбудителя 9 электродвигателя и увеличение тока обмотки 11 возбуждения и тормозного момента электродвигателя, вследствие чего частота вращения якоря 1 будет незначительной.

При наличии груза на крюке грузоподъемного устройства и,следовательно,относительно большого сигнала на выходе датчика 24 на выходе сумматора 22 и блока 21 нелинейности будет максимальный сигнал. !

При подаче сигнала задания на подъем груза с выхода блока 20 задания на выходе пропорционального усилителя 19 появляется напряжение, которое может быть при О,,„,д < Овысг8 пропорциональным заданию или ограничено напряжением подпора блока 18 ограничения, т.е. напряжением на выходе блока 21 нелинейности. Под действиегл напряжения с выхода усилителя 19 меняется напряжение на входах и выходах регулятора 12 частоты вращения, регулятора б тока якоря гл вентильного возбудителя 5. Напряжение нг выходе регулятора 12, которое является заданием на ток якорной цепи, ограничивается при помощи блока 13 ограничения, напряжение подпора которого определяется сигналами на входе сумматора 14, формируемыгли в соответствии с законами .коммутации при помсщи блока 15 нелинейности из сигнала, пропорционального току возбуждения и снимаемого с выхода датчика

10 тока возбуждения, и выделителя 16 модуля напряжения, на вход которого подается сигнал с выхода датчика 17 напряжения. После того, как растущий момент электродвигателя, обусловленный ростом тока якоря и тока воз7

843139 блока ограничения в цепи обратной связи регулятора частоты вращения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения безударной работы грузоподъемного механизма при работе первичного двигателя с максимально возможным коэффициентом полезного

10 действия, в него дополнительно введены пропорциональный усилитель с блокои ограничения в цепи обратной связи, датчик натяжения каната, блок нелинейности с гиперболической харак45 теристикой, поРоговый элемент, сумматор, выполненный в виде операционного усилителя со стабилитроном в цепи обратной связи и блок дифференци- рования сигнала датчика частоты вра о 1цения, причем пропорциональный усилитель включен между блоком задания частоты вращения и регулятором частоэлектроприводом постоянного тока грузоподъемного механизма, при котором, регулируют ток возбуждения электродвигателя в функции тока якоря, регулируют задание на предельно-допустимый ток якоря в функции тока возбуждения и амплитуды напряжения на якоре электродвигателя, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения безударной работы грузоподъемного механизма при работе первичного двигателя с максимально возможным коэффициентом полезного действия, дополнйтельно определяют величину натяжения подъемного каната и, динамической составляющей мойен та электродвигателя при силе натяжения каната меньшей, чем соответствую щая пустому крюку, формируют макси",мальный до величине сигнал, а,при силе натяжения, большей или равной . силе натяжения, соответствующей пус буждения превысит момент нагрузки, произойдет начало разгона двигателя.

На выходе блока 26 дифференцирования появится сигнал, который увеличит сигнал на. выходе сумматора 22 и входе блока 21 нелинейности. В результате этого уменьшится сигнал на выходе блока 21 нелинейности, что приведет к дальнейшему ограничению сигнала на выходе Усилителя 19 и: ограничению нагрузки первичного двигателя. По мере разгона электродвигателя и уменьшения динамической составляющей момента на его валу уменьшается суммарная нагрузка на вал первичного двигателя, поэтому происходит уменьшение сигнала на выходе сумматора 22 и увеличение сигнала на выходе блока 21 нелинейности, что приводит к запиранию блока 18 ограничения, и сигнал на выходе усилителя 19 будет определяться только сигналом задания час готы вращения.

Если в начале разгона канаты имели слабину, то сигнал на выходе датчи ка 24 будет равен нулю, и поэтому на выходе порогового элемента 25 будет максимальный сигнал, что .обусловит в этом режиме ограничение сигнала на входе регулятора 12 частоты вращения на минимальном уровне и следовательно минимальный рывок каната после окончания выбора слабины. . Таким образом, осуществляемое при помощи вводимого ограничения мощности первичного двигателя в режимах большой нагрузки на валу электродвигателя, т.е. обеспечивания работы первичного двигателя в режиме с максимальным КИД, повышается КПД системы в целом и одновременно такое регулирование обеспечивает ограничение рывков каната и ударов .при выборе слабин.

Формула изобретения

1. Способ управления автономным тому крюку, Формируют этот сигнал, пропорциональный натяжению сумми:руют полученный сигнал с сигналом, пропорциональным динамической составляющей,момента электродвигателя

,и обратно пропорциональным сигналу результата суммирования, изменяют уставку ограничения скорости электродвигателя.

2. Устройство для реализации спо о соба управления автономным электроприводом постоянного тока грузоподьемного механизма, содержащее блок задания частоты вращения электродвигателя, последовательно включенные регулятор частоты вращения с блоком

15 ограничения в цепи его обратной связи и регулятор тока с подключенными к их входам датчиком частоты вращения и датчиком тока якоря в системе управления генератором, питающим

70 якорь электродвигателя, возбудитель электродвигателя, в цепь управления ,которого включен регулятор тока воз, буждения, два нелинейных элеглента с зоной нечувствительности и огранир5 чением- выходного сигнала по нижнему, и верхнему уровнягл, один из которых включен между датчиком тока якоря и вторым входом регулятора тока возбуждения, а другой — между датчиком тока

ЗО возбуждения и сумматором, второй вход которого через блок выделения модуля соединен с датчиком напряжения на якоре, а выход - с управляющим входом ты вращения, а к его управляющему входу через последовательно соединенные пороговый элемент, сумматор и нели нейный элемент с гиперболической характеристикой подключей датчик натйжения каната, выход которого и выход блока дифференцирования подключены ко входам сумматора, бО Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 482854, кл. Н 02 Р 5/06, 1975.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Я Р 568131, кл. Н 02 Р 5/26, 1977

843139

Составитель М. Кряхтунова

Редактор М. Лысогорова Техред Т,Маточка Корректор N.Ïîæî

Заказ 5157/77 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Гооударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная. 4