УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТОМ Российский патент 1997 года по МПК H01F7/18 B66C1/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления и питания грузоподъемных электромагнитов.

Известно устройство для управления грузоподъемным электромагнитом (авт. свид. СССР N 1497643, кл. H01F 7/18, 1989), содержащее блок намагничивания, три входа которого подключены к трем фазам питающей сети, а выходы подключены к выводам обмотки электромагнита, блок размагничивания, входы которого соединены с выводами обмотки электромагнита и выходами блока намагничивания, а выходы соединены с фазами питающей сети, регистратор энергии электромагнита, соединенный с выводами обмотки электромагнита и входами блока размагничивания, систему импульсно-фазового управления намагничиванием и размагничиванием электромагнита.

Однако такое устройство имеет ограниченные функциональные возможности, например, не обеспечивает сепарацию грузов при проведении погрузочно-разгрузочных работ, т. к. не обеспечивает плавного регулирования тока намагничивания.

Известно также устройство для управления грузоподъемным электромагнитом (авт. свид. СССР N 1753499, кл. H 01 F 7/18, 1992), содержащее блок намагничивания, выполненный на трех оптотиристорах, выходы которого подключены к первой, второй и третьей фазам питающей сети, а выходы к выводам обмотки электромагнита, блок размагничивания, входы которого подключены к выводам обмотки электромагнита, выходы к фазам питающей сети, регистратор энергии электромагнита, подключенный к выводам обмотки электромагнита и многоканальную систему управления намагничиванием и размагничиванием, содержащую однофазный выпрямительный мост, ключ управления и двухканальную схему формирования управления импульсов.

В данном устройстве блок намагничивания выполнен на оптотиристорах и представляет собой мост Ларионова, который позволяет получить форсировку напряжения при включении электромагнита, но не обеспечивает плавное регулирование тока намагничивания, что ограничивает функциональные возможности электромагнита: не позволяет сепарировать грузы при погрузочно-разгрузочных работах.

Перед авторами была поставлена задача: создать устройство управления грузоподъемным электромагнитом, обладающим высокой надежностью и широкими функциональными возможностями.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства путем сепарации грузов за счет плавного регулирования тока намагничивания.

Поставленная цель достигается тем, что, известное устройство для управления грузоподъемным электромагнитом, содержащее блок намагничивания, выполненный на четырех оптотиристорах, аноды первого и второго из которых образуют первый и второй входы, а катод третьего третий вход блока намагничивания, катоды первого и второго оптотиристоров объединены и образуют первый выход блока намагничивания, аноды третьего и четвертого оптотиристоров образуют второй выход блока намагничивания, три входа которого подключены к фазам питающей сети, два выхода к выводам обмотки электромагнита, блок размагничивания, входы которого подключены к выводам обмотки электромагнита, а выходы к фазам питающей сети, регистратор энергии электромагнита, подключенный к выводам обмотки электромагнита и блоку управления намагничиванием и размагничиванием, содержащему однофазный выпрямительный мост, двухпозиционный ключ управления и многоканальную схему формирования управляющих импульсов, выходы которой соединены с управляющими входами оптотиристоров, отличающееся тем, что катод четвертого оптотиристора блока намагничивания соединен с катодом третьего оптотиристора, к выходам блока намагничивания параллельно выводам обмотки электромагнита подключен дополнительный шунтирующий оптотиристор, блок размагничивания выполнен на двух оптотиристорах, в котором катод первого оптотиристора через резистор соединен с первой фазой питающей сети, анод с первым выводом обмотки электромагнита, катод второго оптотиристора блока размагничивания соединен со вторым выводом обмотки электромагнита, анод с третьей фазой питающей сети, регистратор энергии электромагнита выполнен в виде последовательно соединенных диода, делителя напряжения и оптотранзистора, управляющий вход которого соединен с делителем напряжения, коллектор соединен с дополнительным источником питания, эмиттер соединен с одним из входов блока управления, в качестве блока управления использована система импульсно-фазового управления (СИФУ), выполненная с дополнительной возможностью обеспечения перевода устройства в инверторный режим при отключении двухпозиционного ключа управления и пропускания через обмотку электромагнита импульса тока обратной полярности по сигналу регистратора энергии электромагнита, имеющая четыре управляющих выхода, из которых первый соединен с управляющими входами первого и третьего оптотиристоров блока намагничивания, второй выход СИФУ соединен с управляющими входами второго и четвертого оптотиристоров блока намагничивания, третий выход СИФУ соединен с управляющим выходом шунтирующего оптотиристора, четвертый выход СИФУ соединен с управляющими входами обоих оптотиристоров блока размагничивания.

Устройство отличается тем, что система импульсно-фазового управления выполнена четырехканальной, на входе СИФУ установлен однофазный синхронизирующий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к второй и третьей фазам питающей сети, а вторичная к входам выпрямительного моста, к его выходам подключены входы нуль-органа, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов "И", выходы которых соединены с входами первого элемента "ИЛИ", выход его соединен с входом генератора пилообразных напряжений (ГПН), выход которого соединен с первым входом компаратора, а его выход соединен с первыми входами третьего, четвертого и пятого элементов "И", их выходы соединены со входами второго и третьего элементов "ИЛИ", выходы которых являются первым и вторым выходами СИФУ и соединены с управляющими входами соответственно первого и третьего и второго и четвертого оптотиристоров блока намагничивания, на втором входе СИФУ установлен двухпозиционный ключ управления, соединяющий СИФУ с дополнительным источником питания, один выход которого "+И_пит" соединен со вторыми входами первого элемента "И" и пятого элемента "И" и третьим выходом СИФУ, соединенным с управляющим входом шунтирующего оптотиристора, третий вход СИФУ связан с выходом "И_эт" дополнительного источника питания и задающим резистором и соединен со вторым входом компаратора, четвертый вход СИФУ является первым входом шестого элемента "И", второй вход которого через четвертый элемент "ИЛИ" соединен с выходом "+И_пит" дополнительного источника питания, а выход шестого элемента "И" соединен с первым входом седьмого элемента "И" и входом одновибратора, выход которого является четвертым выходом СИФУ, соединенным с управляющим входами обоих оптотиристоров блока размагничивания и соединен через пятый элемент "ИЛИ" со вторым входом седьмого элемента "И", выход седьмого элемента "И" соединен со вторыми входами второго, третьего и четвертого элементов "И".

Предлагаемая конструкция устройства управления грузоподъемным электромагнитом позволяет в выпрямительном режиме осуществлять фазовую регулировку напряжения, снимаемого с выходов блока намагничивания за счет плавной регулировки угла отпирания оптотиристоров блока намагничивания. Плавное регулирование угла отпирания оптотиристоров позволяет осуществлять плавное регулирование тока намагничивания, что обеспечивает сепарацию грузов.

В инверторном режиме (при размыкании ключа управления) длительность размагничивания и одновременной рекуперации энергии в сеть контролируется регистратором энергии электромагнита. После окончания рекуперации основная масса грузов отлипает от электромагнита. Остаточное намагничивание снимается обратным напряжением, подаваемым через оптотиристоры блока размагничивания, и грузы полностью отлипают от электромагнита.

Наличие четырех оптотиристоров в блоке намагничивания, кроме расширения функциональных возможностей, одновременно повышает надежность устройства. Кроме того, введение шунтирующего оптотиристора обеспечивает разгрузку силовых элементов по току, что также повышает надежность предлагаемого устройства. Выполнение блока размагничивания на двух оптотиристорах позволило упростить устройство и повысить его надежность.

Предлагаемая схема системы импульсно-фазового управления отличается от известных (например, авт. свид. N 1817144, 1993) тем, что имеет четырехканальную структуру, построенную на логических элементах, позволяющих четко синхронизировать работу всех силовых элементов устройства, имеющих малые габариты и небольшую потребляемую мощность.

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства для управления грузоподъемным электромагнитом; на фиг. 2 схема системы импульсно-фазового управления силовыми элементами устройства; на фиг. 3-4 представлены графики напряжений, поясняющие работу заявляемого устройства.

Устройство для управления грузоподъемным электромагнитом содержит выводы 1 для подключения к трехфазной (А.В.С.) питающей сети, обмотку электромагнита 2 с выводами Д, Е, блок намагничивания 3, блок размагничивания 4, регистратор энергии электромагнита 5, систему импульсно-фазового управления 6 (СИФУ), имеющую четыре входа П1; П2; П3; П4 и четыре выхода У1; У2; У3; У4. СИФУ через однофазный синхронизирующий трансформатор 7 подключена к двум фазам В и С питающей сети.

Блок намагничивания содержит четыре оптотиристора 8, 9, 10, 11. Аноды оптотиристоров 8, 9 подключены к выходам фаз А и В питающей сети. Катоды объединены и подключены к выводу Д обмотки электромагнита. Катоды оптотиристоров 10, 11 объединены и подключены к фазе С питающей сети. Аноды оптотиристоров 10, 11 объединены и подключены к выводу Е обмотки электромагнита 2. Управляющие входы оптотиристоров 8, 10 подключены к выходу У1 СИФУ, управляющие входы оптотиристоров 9, 11 подключены к выходу У1 СИФУ.

К выходам блока намагничивания, параллельно выводам обмотки электромагнита 2 подключен дополнительный оптотиристор 12, катод которого подключен к выводу Д обмотки электромагнита 2, а анод к выводу E. Оптотиристор 12 шунтирует э. д.с. самоиндукции и уменьшает действующее значение тока силовых оптотиристоров 8, 9, 10, 11, что обеспечивает расширение пределов регулирования по току в процессе намагничивания электромагнита.

Блок размагничивания 4 содержит два оптотиристора 13, 14. Катод оптотиристора 13 через резистор 15 соединен с фазой A питающей сети, а анод с выводом обмотки электромагнита 2. Токоограничивающий резистор 15 исключает к. з. в режиме размагничивания при случайных отпираниях оптотиристоров 8, 9, 12. Катод оптотиристора 14 соединен с выводом E обмотки электромагнита 2, а анод с фазой C питающей сети. Управляющие входы оптотиристоров 13, 14 соединены с выходом У4 СИФУ.

Регистратор энергии электромагнита 5 выполнен в виде последовательно соединенных диода 16, делителя напряжения 17 и оптотранзистора 18. Анод диода подсоединен к выводу Д обмотки электромагнита 2, катод ко входу делителя 17. Управляющий светодиод оптотранзистора 18 соединен с делителем напряжения и выводом Е обмотки электромагнита, коллектор оптотранзистора 18 соединен с выводом "+И_пит", дополнительного источника питания (источник питания на фиг. не показан), эмиттер соединен с входом П4 СИФУ. Такая схема позволяет осуществлять надежный контроль режима размагничивания обмотки электромагнита 2 и по окончании рекуперации выдать сигнал на вход П4 СИФУ для снятия остаточного намагничивания. Быстродействие электронных элементов обеспечивает высокую производительность при разгрузке электромагнита.

Дополнительный источник питания имеет два выхода: "+И_пит", подключенный через двухпозиционный ключ управления 19 к входу П2 СИФУ и через регулируемый (задающий) резистор 20 к входу П3 СИФУ; выход "И_эт", подключенный через диод 21 также ко входу П3 СИФУ.

Система импульсно-фазового управления (СИФУ) выполнена в виде четырехканальной схемы, управляющей поступающими с выходов каждого канала У1, У2, У3, У4 импульсами (сигналами) оптотиристорами 8-10, 9-11, 12, 13, 14. На первый вход СИФУ П1 питание поступает от фаз В и С питающей сети через согласующий трансформатор 7. Вход П1 СИФУ соединен с входами выпрямительного моста 22, к его выходам подключены входы нуль органа 23, выдающий импульс о прохождении через 0 напряжения сети. Выход нуль органа 23 соединен с первыми входами элементов "И" 24, 25, их выходы соединены с входами элемента "ИЛИ" 26, выход которого соединен со входом генератора пилообразных напряжений (ГПН) 27, выход которого соединен с первым входом компаратора 28, второй вход компаратора соединен с задающим резистором 20 и через диод 21 с выходом "И_эт" источника питания. При намагничивании компаратор сравнивает подаваемое с задающего резистора 20 напряжение с пилообразным напряжением, получаемым с ГПН 27 и выдает сигнал на выходы У1 и У2 через элементы "И" 29, 30, 31, выходы которых соединены со входами двух входовых элементов "ИЛИ" 32, 33. Выход элемента "ИЛИ" 32 является выходом У1 СИФУ, выход элемента 33 "ИЛИ" является входом У2 СИФУ. Третьи выходы элементов "И" 24, 29, 30 через диоды 34, выделяющие положительные и отрицательные полуволны синхронизирующего напряжения, соединены с входом П1 СИФУ. Вход П2 СИФУ соединен со вторыми входами элементов "И" 24, 31, через токоограничивающий резистор 35 с выходом У3 СИФУ и входом элемента "ИЛИ" 36. Выход элемента "ИЛИ" 36 соединен с первым входом элемента "И" 37, второй вход которого является входом П3 СИФУ и соединен с эмиттером оптотранзистора 18 регистратора 5 энергии обмотки электромагнита 2. Выход элемента "И" 37 соединен с первым входом элемента "И" 38 и входом одновибратора 39, выход которого является выходом У4 СИФУ, подающий на блок размагничивания импульс, снимающий остаточное намагничивание. Кроме того, вход одновибратора 39 соединен со входом схемы "ИЛИ" 40, выход которой соединен со вторым входом схемы "И" 38, выход которой соединен со вторыми входами элементов "И" 25, 29, 30.

Устройство работает следующим образом.

При включении ключа 19 напряжение питания подается на задающий резистор 20, регулирующий напряжение, подаваемое на электромагнит, и через токоограничивающий резистор 35 на выход У3 СИФУ, подающий сигнал на оптотиристор 12, шунтирующий противоэдс. Одновременно сигнал подается на входы элементов 24 и 31, разрешая работу устройства в намагничивающем режиме (фиг. 2). Компаратор 28 сравнивает подаваемое напряжение задания с резистора 20 с пилообразным напряжением и выдает сигнал на элементы 32, 33, включая оптотиристоры 8, 10, 9, 11. Сигнал на оптотиристоры подается одновременно (фиг. 3). При этом происходит притягивание и удерживание грузов.

Для отпускания грузов выключатель 19 размыкается, отключается напряжение от резистора 20, устройство осуществляет режим рекуперации и размагничивания электромагнита, возвращая запасенную в электромагните энергию в сеть. Длительность режима рекуперации зависит от количества запасенной энергии и величины удерживаемого груза и составляет 0,1-0,5 сек. При отключении ключа 18 через диод 21 на компаратор 28 подается напряжение "И_эт", определяющее работу устройства в инверторном режиме: отключается сигнал управления шунтирующего оптотиристора 12, на входе блока намагничивания появляется противоэдс, срабатывает оптотранзистор 18 регистратора энергии электромагнита 5, на вход элемента "И" 37 подается сигнал логической I и через элемент "И" 38 СИФУ сигнал проходит на вход элементов "И" 25, 29, 30. Устройство переводится в инверторный режим работы, при этом, управляющие сигналы с Y1 и Y2 СИФУ на входы оптотиристоров 8, 10, и 9, 11 подаются раздельно. После того, как вся электромагнитная энергия, накопленная в магните вернется в сеть, отключается оптотранзистор 18 регистратора энергии электромагнита 5, снимается сигнал управления оптотиристоров 8, 10 и 9, 11 блока намагничивания. При отключении оптотранзистора 18 срабатывает одновибратор 39 СИФУ и выдает на вход У4 СИФУ сигнал, включающий оптотиристоры 13, 14 блока размагничивания, которые пропускают через обмотку электромагнита импульсы тока обратной полярности (фиг. 4), снимая остаточное намагничивание электромагнита.

Предлагаемое техническое решение устройства для управления грузоподъемным электромагнитом за счет регулирования тока намагничивания позволяет производить операции погрузочно-разгрузочных работ с сепарацией грузов, что расширяет функциональные возможности устройства.

Отсутствие механических коммутационных элементов, электронная схема системы импульсно-фазового управления повышает надежность и безопасность работы подъемно-транспортного механизма в целом. Форсированные режимы намагничивания и размагничивания повышают производительность работ.

Изготовленные опытные образцы устройства управления грузоподъемным электромагнитом для кранов типов КЖДЭ-16, КЖДЭ-25, КЖГ-10, КЖ-461 были установлены в кабинах кранов, т.к. их массо-габаритные характеристики составляют: вес 10 кг, размеры 325х325х130 мм.

Кроме того, использование предлагаемого устройства исключает из схемы крана диодный выпрямитель, автоматический выключатель, балластные резисторы, командоаппарат.

Использование: для управления и питания грузоподъемным электромагнитом. Сущность: блок намагничивания выполнен на четырех оптотиристорах, блок размагничивания выполнен на двух оптотиристорах, между ними введен шунтирующий оптотиристор, регистратор энергии электромагнита выполнен в виде последовательно соединенных диода, делителя напряжения и оптотранзистора, в качестве блока управления использована система импульсно-фазового управления (СИФУ), построенная по четырехканальной схеме, имеющая четыре входа и четыре управляющих выхода, из которых первый соединен с управляющими входами первого и третьего оптотиристоров блока намагничивания, второй выход СИФУ соединен со вторым и четвертым управляющими входами оптотиристоров блока намагничивания, третий выход СИФУ соединен с управляющим входом шунтирующего оптотиристора, четвертый выход СИФУ соединен с управляющими входами обоих оптотиристоров блока размагничивания, при этом система импульсно-фазового управления построена на логических элементах "И", "ИЛИ". Предлагаемое техническое решение устройства для управления грузоподъемным электромагнитом за счет регулирования тока намагничивания позволяет проводить сепарацию грузов, что расширяет функциональные возможности устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для управления грузоподъемным электромагнитом, содержащее блок намагничивания, выполненный на четырех оптотиристорах, аноды первого и второго из которых образуют первый и второй входы, а катод третьего третий вход блока намагничивания, катоды первого и второго оптотиристоров объединены и образуют первый выход блока намагничивания, аноды третьего и четвертого оптотиристоров образуют второй выход блока намагничивания, три входа которого подключены к фазам питающей сети, два выхода к выводам обмотки электромагнита, блок размагничивания, входы которого подключены к выводам обмотки электромагнита, а выходы к фазам питающей сети, регистратор энергии электромагнита, подключенный к выводам обмотки электромагнита и блоку управления намагничиванием и размагничиванием, содержащему однофазный выпрямительный мост, двухпозиционный ключ управления и многоканальную схему формирования управляющих импульсов, выходы которой соединены с управляющими входами оптотиристоров, отличающееся тем, что катод четвертого оптотиристора блока намагничивания соединен с катодом третьего оптотиристора, к выходам блока намагничивания параллельно выводам обмотки электромагнита подключен дополнительный шунтирующий оптотиристор, блок размагничивания выполнен на двух оптотиристорах, в котором катод первого оптотиристора через резистор соединен с первой фазой питающей сети, анод с первым выводом обмотки электромагнита, катод второго оптотиристора блока размагничивания соединен с вторым выводом обмотки электромагнита, анод с третьей фазой питающей сети, регистратор энергии электромагнита выполнен в виде последовательно соединенных диода, делителя напряжения и опторезистора, управляющий вход которого соединен с делителем напряжения, коллектор соединен с дополнительным источником питания, эмиттер с одним из входов блока управления, в качестве блока управления использована система импульсно-фазового управления (СИФУ), выполненная с дополнительной возможностью обеспечения перевода устройства в инверторный режим при отключении двухпозиционного ключа управления и пропускания через обмотку электромагнита импульса тока обратной полярности по сигналу регистратора энергии электромагнита, имеющая четыре управляющих выхода, из которых первый соединен с управляющими входами первого и третьего опторезисторов блока намагничивания, второй выход СИФУ соединен с управляющими входами второго и четвертого оптотиристоров блока намагничивания, третий выход СИФУ с управляющим входом шунтирующего оптотиристора, четвертый выход СИФУ - с управляющими входами обоих оптотиристоров блока размагничивания. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система импульсно-фазового управления выполнена четырехканальной, на входе СИФУ установлен однофазный синхронизирующий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к второй и третьей фазам питающей сети, а вторичная к входам выпрямительного моста, к его выходам подключены входы нуль-органа, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход его соединен с входом генератора пилообразных напряжений (ГПИ), выход которого соединен с первым входом компаратора, а его выход с первыми входами третьего, четвертого и пятого элементов И, их выходы соединены с входами второго и третьего элементов ИЛИ, выходы которых являются первым и вторым выходами СИФУ и соединены с управляющими входами соответственно первого, третьего и второго, четвертого оптотиристоров блока намагничивания, на втором входе СИФУ установлен двухпозиционный ключ управления, соединяющий СИФУ с дополнительным источником питания, один выход которого "+U_пит" соединен с вторыми входами первого и пятого элементов И и третьим выходом СИФУ, соединенным с управляющим входом шунтирующего оптотиристора, третий вход СИФУ связан с выходом "U_эт" дополнительного источника питания и задающим резистором и соединен с вторым входом компаратора, четвертый вход СИФУ является первым входом шестого элемента И, второй вход которого через четвертый элемент ИЛИ соединен с выходом "+U_пит" дополнительного источника питания, а выход шестого элемента И соединен с первым входом седьмого элемента И и входом одновибратора, выход которого является четвертым выходом СИФУ, соединенным с управляющими входами обоих оптотиристоров блока размагничивания и соединен через пятый элемент ИЛИ с вторым входом седьмого элемента И, выход седьмого элемента И соединен с вторыми входами второго, третьего и четвертого элементов И.