Электропривод подъемной машины Советский патент 1987 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к реверсивным электроприводам постоянного тока подъемных установок.

Цель изобретения - повышение производительности подъемной установки путем уменьшения времени цикла и повышения надежности работы электропривода.

На чертеже изображена функциональная схема электропривода.

Электропривод подъемной машины содержит электродвигатель 1 постоянного тока, якорная обмотка которого подключена к нереверсивному вентильному преобразователю 2, в канал управления которого включен) последовательно соединенные блок 3 задания частоты вращения, исполнительная цепь 4 блока 5 задержки и за- датчик 6 интенсивности, выполненный в виде задатчика 7 рывка и задатчи- ка 8 ускорения, а также последовательно соединенные интегральный 9 .и: пропорциональный 10 регуляторы частоты вращения и регулятор 11 тока якоря, а обмотка 12 возбуждения электродвигателя подключена к: реверсивному вентильному преобразователю 13, в цепь управления которого включены последовательно соединенные блок 14 задания номинального тока возб-ужде- ния и регулятор 15 возбуждения, соединенные с входами соответствующих регуляторов датчик 16 частоты вращения, датчик 17 тока якоря и датчик

18тока возбуждения, релейный элемент 19 управляющие входы которого соединены с выводами исполнительной цепи 4 блока 5 задержки, переключающие блоки 20 и 21 и датчик 22 нагрузки, при этом один вывод исполнительной цепи 23 релейного элемента

19подключен к входу пропоргдионально го регулятора 10 частоты вращения.

Кроме того, электропривод содержит триггер 24 с автоблокировкой, блок 25 запоминания, компараторы 26- 28, логический элемент И 29 и релейные элементы 30 и 31, при этом вход компаратора 26 соединен с выходом датчика 17 тока якоря, входы компаратора 27 подключены к выходу датчика 16 частоты вращения и к выходу . задатчика 8 ускорения, входы компаратора 28 соединены с входом и вькодом задатчика 8 ускорения, а выходы компараторов 26-28 через логический

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

элемент И 29 подключены к входу установки блока 25 запоминания, его вход сброса соединен с датчиком 18 тока возбуждения, а выход блока 25 запоминания соединен с входом сброса блока 5 задержки и входом установки триггера 24 с автоблокировкой, выход последнего подключен к управляющей цепи переключающего блока 20, цепь управления переключающего блока 21 присоединена к выходу блока 3 задания частоты вращения, исполнительные цепи переключающих блоков 20 и 21 соединены последовательно и включены между вторым выводом исполнительной цепи 23 ре-лейного элемента 19 и выходом датчика 22 нагрузки, исполнительные цепи второго релейного элемента включены между выходом и входом интегрального регулятора 9 частоты вращения (цепь 30), между выходом датчика 16 частоты вращения и входом интегрального регулятора 9 частоты вращения (цепь 31) и между выходом задатчика 8 ускорения и входом интегрального регулятора 9 часто- ты вращения (цепь 32), а цепь управления второго релейного элемента соединена с датчиком 17 тока якоря, исполнительные цепи третьего релейного элемента включены между выходом и входам задатчика 7 рывка (цепь 33), между выходом и входом задатчика 8 ускорения (цепь 34) и между выходом и входом интегрального регулятора 9 частоты вращения (цепь 35), а цепь управления третьего релейного элемента подсоединена на выход блока 5 задержки, управляемый блок 36 ограничения включен в цепь обратной связи пропорционального регулятора 10 частоты вращения, а его цепь управления соединена с выходом датчика 18 тока возбуждения.

Компараторы 27 и 28 изображены одновходовыми, поэтому на входе первого из них включен сумматор 37, а .на входе второго - аналоговьй умножитель 38,

Блок 25 запог-шнанкя может быть выполнен в виде компаратора 39 и трех логических элементов ИЛИ-НЕ 40-42.

В цепь управления блока 5 задержки включены компаратор 43 и два логических элемента ИЛИ-НЕ 44 и 45.

Триггер 24 с автоблокировкой выполнен на основе шести логических элементов И-НЕ 46-51.

Управляющая цепь релейного элемента 19 содержит компараторы 52 и 53 на входах установки и сброса, а также логические элементы ИЛИ-НЕ 54 и И 55,

Электропривод работает следующим образом.

Рассмотрим работу отдельных узлов Переключающий блок 21 передает вход- ной сигнал на свой выход без изменений при положительном значении управляющего сигнала и инвертирует знак входного сигнала при отрицательном значении управляющего сигнала.

Переключаклций блок 20 соединяет входную цепь с выходной непосредственно при наличии сигнала логического О на выходе триггера 24 с автоблокировкой.

На входы аналогового умножителя поступают сигналы с входа и выхода задатчика 8 ускорения. На выходе умножителя напряжение положительно только в случае, если оба сигнала, поступающие на его входы, одного знака. Компаратор 34 устанавливает на своем выходе сигнал логической 1, если на его входе положительное напряжение, и сигнал логического О, если - отрицательное.

Компаратор 26 осуществляет преоб- (Разование входного аналогового сигнала, пропорционального току якоря, в выходной логический сигнал. Так, при токе якоря, равном нулю, на выходе компаратора 26 имеется сигнал логической 1, а при токе якоря, отличном от нуля, выходной сигнал компаратора 26 равен логическому О

Компаратор 27 совместно с сумматором 37 осуществляет сравнение заданной и действительной частот вращения. Если разность между заданной и действительной частотами вращения не превышает наперед заданного (допустимого) значения, то на выходе компаратора 27 - сигнал логического О, если эта разность превышает допустимое значение, то сигнал на вы- ходе компаратора 27 равен логической 1.

Компаратор 28 совместно с аналого вьм умножителем 38 осуществляет сравнение знаков аналоговых сигналов на входе и выходе задатчика 8 ускорения Сигнал на выходе компаратора 28 раве логическому О, если на входе и на выходе задатчика 8 ускорения знаки

5 Q

Q

5

5

напряжений не совпадают. При совпадении знаков этих напряжений (это положительные или отрицательные значения) на выходе компаратора 28 форми-; руется сигнал логической 1.

Компаратор 37 преобразует входную аналоговую величину, пропорциональную току возбуждения электродвигателя, в логический сигнал.

На выходе компаратора 39 сигнал равен логическому О, когда ток возбуждения электродвигателя по абсолютной величине меньше 0,8 (IjH номинальный ток возбуждения). На выходе компаратора 39 сигнал равен логической 1, когда ток возбуждения электродвигателя по абсолютной величине больше 0,8 Ig.

Компаратор 43 преобразует сигнал, пропорциональньй току возбуждения электродвигателя, в логический сигнал: если ток возбуждения по абсолютной величине больше 0,9 , то на выходе компаратора 43 - сигнал логической 1, если ток возбуждения двигателя по абсолютной величине меньше 0,9 Ig , то на выходе компаратора 43 - сигнал логического О.

Компаратор 53 преобразует выходной сигнал блока 5 задержки в логический сигнал. При выходном сигнале блока 5 задержки, отличном от нуля, на выходе компаратора 53 формируется сигнал логической 1. Если выходной сигнал блока 5 задержки равен нулю, то на выходе компаратора 53 формируется сигнал логического О.

Компаратор 52 преобразует входной сигнал блока 5 задержки в логический сигнал: если входной сигнал блока 5 задержки 3 равен нулю, то на выходе компаратора 52 имеется сигнал логического О, если входной сигнал блока 5 задержки отличен от нуля, то на выходе компаратора 52 имеется сигнал логической 1.

При отсутствии задакядего сигнала на входе системы регулирования отсутствует возбуждение электродвигателя и, следовательно, на установочном входе блока 5 задержки имеется нулевой сигнал, который компаратором 43 преобразуется в сигнал логического О. Этот сигнал логическим элементом ИЛИ-НЕ 44 преобразуется в сигнал логической 1. Затем он инвертируется логическим элементом ИЛИ-НЕ 45 в сигнал логического О. По ЭТОМУ

сигналу исполнительные цепи 4 блока 5 задержки исключают его входную це от выходной.

Отсутствие задающего сигнала при водит к появлению нулевого сигнала на установочном входе релейного элемента 19, что приводит к появлению сигнала логического О на выходе компаратора 52, Последнее являет ся причиной появления сигнала логического О на выходе логического элемента И 55 и размыкания исполнительных цепей 23 релейного элемента 19, т.е. от пропорционального регулятора частоты вращения отключается датчик 22 нагрузки.

Нулевое значение задающего сигнала на выходе блока 5 задержки приводит к замыканию положительных цепей 33-35 третьего релейного элемента.

Так как ток в цепи обмотки возбуждения по абсолютной величине менше 0,8 Igji , что определяется установкой компаратора 39, то на входе логического элемента ИЛИ-НЕ присутствует сигнал логического О, а на его выходе - сигнал логической 1, что приводит к появлению логического О на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ. Последнее приводит к том что состояние блока 5 задержки и триггера 24 с автоблокировкой не изменяется. Если, например, на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 48 имеется логический О, то переключающим блоком 23 соединяются его вывод без инвертирования знака входного сигнала.

Логический сигнал на входе логического элемента ШШ-НЕ 44 равен О так как ток возбуждения электродвигателя по абсолютной величине меньше 0,9 IftH определяется уставкой компаратора 43.

Выходной сигнал компаратора 26 равен логической 1, так как ток якоря электродвигателя равен нулю.

Сигнал на выходе компаратора 27 равен логическому О, так как разность между заданной и действительной частотами вращения не превышает допустимого значения.

На выходе компаратора 28 имеется сигнал логического О, так как при стоянке электропривода отсутствует сигнал как на входе, так и на выходе задатчика 8 ускорения.

6

Наличие нулевых логических сигналов на входе логического элемента И 29 приводит к появлению логического О на его входе.

Так как ток якоря меньше 0,1 I (Ij - номинальное значение якорного тока электродвигателя), то исполнительные цепи 31 и 32 второго релей

0

0

5

0

5

0

5

ного элемента размыкаются, а исполнительная цепь 30 замь кается.

При появлении задающего сигнала он на вход задатчика 6 интенсивности не поступает, так как не замкнуты исполнительные цепи блока 5 задержки. Однако этот сигнал поступает на вход компаратора 52 и преобразуется в логическую 1, затем он поступает на вход логического элемента 55 и проходит на его выход, что приводит к замыканию исполнительной цепи релейного элемента 19,

В соответствии с полярностью задающего сигнала срабатывают исполни- 5 тельные цепи переключающего блока 21, соединяя входные и выходные его цепи непосредственно (при положительном сигнале задания) или через инвертор (при отрицательном сигнале задания).

Знак задающего напряжения на входе пропорционального регулятора 10 частоты вращения определяет знак его выходного напряжения., а величина выходного напряжения определяется уставкой блока 36 управляемого ограничения, которая задается величиной выходного напряжения датчика 18 тока возбуждения.

Увеличение тока возбуждения двигателя приводит к увеличению уставки блока 36 ограничения и, следовательно, увеличивается выходное напряжение пропорционального регулятора 10 частоты вращения, что является причи ной нарастания якорного тока в соответствии со скоростью изменения тока возбуждения.

При увеличении тока якоря вьппе Ор1 1 срабатывает второй релейный элемент замыкания цепей 31 к 32 и размыкания цепи 30.

Увеличение тока возбуждения двигателя по абсолютному значению больше 0,2 Ig приводит к появлению логической 1 на выходе компаратора 39 и, следовательно, сигнал на выходе логического элемента 40 изменится на логическую 1, Однако логический элемент 42 не изменит своего состояния и на его выходе будет сигнал логического О .

Дальнейшее увеличение тока возбуждения двигателя вьше по абсолютному значению, чем 0,9 IgH ведет к появлению сигнала логической 1, на выходе компаратора 43 и на выхое логического элемента 44, что при- ведет к появлению и запоминанию логической 1 на выходе логического элеента 45. При этом замыкается исполнительная цепь 4 блока 5 задержки. Одновременно подается напряжение на электромагниты тормозов и машина растормаживается.

Таким образом, перед растормажива- нием подъемной машины в якорной цепи электродвигателя протекает ток, пропорциональный величине сигнала на выходе датчика 22 нагрузки, а в цепи обмотки 12 возбуждения протекает ток величиной не менее 0,9 (по абсолютному значению), причем знак потока возбуждения определяется полярностью задающего напряжения переключающего блока 21 и состоянием триггера 24 с автоблокировкой, воз- действуюш;его на исполнительные цепи переключаюш,его блока 20.

Если крутяш й момент электродвигателя при заторможенной машине частично или полностью уравновешивает статический момент, то после растор- маживания органа навивки происходит разгон подъемной установки без явления обратного хода машины. Если статический момент поменял знак (например, переход работы подъемника из режима подъема груза в режим его опускания), то после растормаживания органа навивки крутяш 1й момент привода уже не уравновешивает стати- .ческий момент, а действует согласно с ним, что приведет к тому, что час- тота вращения электродвигателя превышает заданную частоту вращения. Это приводит к появлению недопустимого рассогласования между заданной и действительной частотами вращения, а следовательно, обнулению тока якоря.

При уменьшении тока якоря до нуля на выходе компаратора 26 формируется сигнал логической 1, поступаюш й на вход логического элемента 29. В режиме разТгона подъемной установки, что определяется по совпадению знаков сигналов на входе и выходе задатчика

5

5

0

5

0

5

0

5

8 ускорения, третьим компаратором 28 формируется сигнал логической 1 на входе логического элемента 40. В остальных режимах работы (устанавливается скорость, торможение, дотяжка сосудов) сигнал на входе и выходе задатчика 8 ускорения имеет разные знаки и на выходе компаратора 28 формируется сигнал логического О.

Появление рассогласования между заданной и действительной частотами вращения, превышающего допустимую ве-- личину, приводит к появлению сигнала логической 1 на выходе компаратора 27, который поступает на вход логического элемента 29.

Таким образом, на выходе логического элемента 29 формируется сигнал логической 1 только при условии, что одновременно заданная частота вращения отличается от действительной больше, чем на допустимую величину, ток якоря двигателя равен нулю и подъемная машина работает в режиме разгона. Наличие одновременно всех этих условий говорит о том, что неправильно задан знак начального момента электропривода.

Формирование на выходе логического элемента 29 сигнала логической 1 приводит к появлению и запоминанию сигнала 1 на выходе логического элемента 42, который установит на выходе логического элемента 45 сигнал логического О. Следствием этого является размыкание исполнительной цепи 4 блока 5 задержки. С исчезновением сигнала на выходе блока 5 задержки накладываются механические тормоза на орган навивки и замыкаются исполнительные цепи 33-35 третьего релейного элемента.

По сигналу логической 1 на выходе логического элемента 42 перебра- сьшается в другое устойчивое состояние триггер 24 с автоблокировкой и на выходе логического элемента 48 сигнал, например, логического О меняется на логическую 1, что приводит к срабатыванию исполнительной цепи переключающего блока 20 и изменению знака сигнала на противоположный на его выходе, последнее приводит к изменению знака между выходом датчика 22 нагрузки и входом пропорционального регулятора 10 частоты вращения .

Изменение знака выходного сигнала пропорционального регулятора 10 частоты вращения приводит к уменьшению по абсолютной величине тока возбуждения электродвигателя. Уменьшение его до значения 0,9 Ig,, (по абсолютной величине) приводит к появлению логического О на выходе компаратора 43 и, следовательно, на выходе .логического элемента 44 появится сигнал логической 1. Дальнейшее уменьшение тока возбуждения по абсолютной величине до значения 0,8 Ig приводит к появлению логического О на выходе логического элемента 40, что приводит к появлению логического О на выходе логического элемента 42.

Перед пуском подъемной машины система электропривода сама определяет требуемый знак начального значения крутящего момента и запоминает его на время работы в этом режиме например подъем груза или же его опускание. При изменении знака статического момента (при переходе от подъема груза к его опусканию) система электропривода автоматически изменит знак начального крутящего момента электродвигателя перед растормажи- ванием органа навивки и запомнит его.

После реверса тока возбуждения и достижения им по абсолютной величине значения 0,9 Ig происходит замыкание исполнительной цепи 4 блока 5 задержки и отключение исполнительной цепи 23 релейного элемента 19, чем достигается отключение выхода датчика 22 нагрузки от входа пропорционального регулятора 10 частоты вращения.

Одновременно с замыканием исполнительной цепи 4 происходит растор- маживание органа навивки и производится разгон подъемной установки без явления неуправляемого движения машины в момент растормаживания.

Уменьшение тока якоря двигателя после разгона установки до величины

, и меньше прршодит к отключе0.1

нию исполнительных цепей 31 и 32 второго релейного элемента и включению его исполнительной цепи 30,, чем устраняется одновременная и зависимая работа контуров управления токами . возбуждения и якоря, что устраняет недопустимые колебания этих коорда- нат при нулевом статическом моменте.

0

5

0

5

Поступление сигнала на замедление электропривода при замене в период движения установки знака статического момента на валу двигателя приводит к появлению отрицательного рассогласования на входах интегрального регулятора 9 частоты вращения и пропорционального регулятора 10 частоты вращения. Это отрицательное рассогласование усиливается и поступает на вход регулятора 11 тока якоря. Отрицательный сигнал на входе регулятора 11 тока якоря переводит нереверсивный вентильный преобразователь 2 в инверторный режим, при этом ток в якорной цепи не протекает из-за однонаправленной проводимости вентилей. Одновременно на вход регулятора 15 возбуждения поступает задающий сигнал другой полярности, что приведет к появлению переходного процесса в контуре тока возбуждения и уменьшению последнего по абсолютной величине при обнуленном токе якоря и открытом нереверсивном вентильном преобразователе 2 в инверторном режиме.

Переход потока возбуждения через нулевое значение приведет к изменению . знака противо-ЭДС двигателя на проти- воположный и появлению положительного сигнала на входе регулятора 11 тока якоря. Последнее приводит к тому, что после возбуждения электродвигателя появляется якорный ток, причем появление протекания его совпадает с направлением действия противо-ЭДС двигателя, т.е. электрическая машина переводится в генера- торньм режим. Регулятором 11 тока якоря в соответствии с сигналом задания на его входе устанавливается требуемая величина тока якоря электродвигателя и тем самым принудительно удерживается отрицательное выходное напряжение нереверсивного вентильного преобразователя 2, т. е. направление протекания якорного тока противоположно полярности напряжения нереверсивного вентильного преобразователя 2, следовательно, формируется инверторный режим работы нереверсивного вентильного преобразователя 2 с отдачей энергии в сеть.

g При изменении знака тока возбуждения устраняются броски тока якоря электродвигателя, так как в системе электропривода имеется блок 32 управляемого ограничителя, которьй из0

5

0

5

0

меняет напряжение ограничения пропорционального регулятора 10 частоты вращения прямо пропорционально величине тока возбуждения электродвигателя.

Аналогично система обеспечивает устойчивый переход и нормальную работу при переходе электропривода из инверторного в двигательный режим. При этом ток в якорной цепи падает до нуля, меняется полярность задающего сигнала на входе регулятора 15 возбуждения и после перехода через нуль возбуждения электродвигателя изменяется полярность на входе регулятора 11 тока якоря.

Предлагаемый электропривод подъемной машины обладает технико-эконо- .мической эффективностью по сравнению с известным. Эффективность достигается за счет увеличения производительности подъемной мапшны.

Формула изобретения

Электропривод подъемной машины, содержащий электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого подключена к нереверсивному вентильному преобразователю, в канал управления которого включены последовательно соединенные блок задания частоты вращения, исполнительная цепь блока задержки и задатчик интенсивности, выполненный в виде за- датчика рывка и задатчика ускорения, а также последовательно соединенные интегральньм и пропорциональньш регуляторы частоты вращения и регулятор тока якоря, а обмотка возбуждения электродвигателя подключена к реверсивному вентильному преобразо,вателю, в цепь управления которого включены последовательно соединенные блок задания номинального тока

возбуждения и регулятор возбуждения, соединенные с входами соответствующих регуляторов датчики частоты вращения тока якоря и тока возбуждения, первый релейный элемент, управляющие входы которого соединены с выводами исполнительной цепи блока задержки, два переключающих блока и датчик нагрузки, при этом один вывод исполнительной цепи первого релейного элемента подключен к входу пропорционального регулятора частоты вращения, о тли ч ающий с я тем, что, с целью повышения производительности путем уменьшения времени цикла и повышения надежности работы электропривода, в него введен триггер с автоблокировкой, блок запоминания, три компаратора, логический элемент И, управляемьм блок ограничения и два релейных элемента, при этом вход первого компаратора соединен с выходом датчика тока якоря, входы второго компаратора подключены к выходу датчика частоты вращения и к выходу задатчика

ускорения, входы третьего компаратора соединены с входом и выходом задатчика ускорения, а выходы компараторов через логический элемент И подключены к входу уставки блока запоминания, его вход сброса соединен с датчиком тока возбуждения, а выход блока запоминания соединен с входом сброса блока задержки и входом установки триггера с автоблокировкой,

выход последнего подключен к управляющей цепи первого переключающего блока, цепь управления второго переключающего блока присоединена к выходу блока задания частоты вращения,

исполнительные цепи первого и второго переключающих блоков соединены последовательно и включены между вторым выводом исполнительной цепи первого релейного элемента и выходом

датчика нагрузки, исполнительные цепи второго релейного элемента включены между выходом и входом интегрального регулятора частоты вращения, между выходом датчика частоты вращения и входом интегрального регулятора частоты вращения и между входом задатчика ускорения и входом интегрального регулятора частоты вращения, а цепь управления второго релейного

элемента соединена с датчиком тока якоря, исполнительные цепи третьего релейного элемента включены между входами и вмходами задатчика рьшка, задатчика ускорения и интегрального

регулятора частоты вращения, а цепь управления третьего релейного элемента подсоединена на выход блока задержки, управляемый блок ограничения включен в цепь обратной связи пропорционального регулятора частоты вращения, а его цепь управления соединена с выходом задатчика тока возбуждения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах подъемных машин. Целью изобретения является повьппе- ние производительности путем уменьшения времени цикла и повышения на- дежности работы электропривода. В устройстве предусматривается изменение знака статического момента при спуске груза подъемной установкой. Исключается одновременная и взаимосвязанная работа контуров возбуждения и токов якоря и устраняются слабо затухающие колебания тока якоря и возбуждения при отработке нулевого статического момента. В электроприводе исключаются рассогласования между заданной и действительной частотами вращения после повторного пуска при несовпадении знака на выходе датчика нагрузки знаку действительного статического момента. 1 ил. § (Л с 00 IX) 00 ел N3