АНАЛОГО-ДИСКРЕТНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ Советский патент 1968 года по МПК B66B1/28 

Известны аналого-дискретные системы управления асинхронным электроприводом рудничной подъемной машины при его работе в двигательном режиме и в режиме динамического торможения, содержащие выпрямители, первый из которых подсоединен к роторной обмотке двигателя, второй - к одной фазе роторного сопротивления, а выходы выпрямителей подключены к входным цепям усилителя через блок управления. В качестве датчика информации о параметрах движения подъемной машины использован тахогенератор. Известно также управление асинхронным двигателем с фазным ротором при помощи выпрямленного напряжения ротора, которое подается непосредственно в статор или на обмотку управления дросселя насыщения, включенного в статорную цепь.

В предложенном устройстве в блоке управления используется дифференцирующий элемент, вход которого подключен к выходу первого выпрямителя через запирающий элемент, элемент токовой отсечки, вход которого подключен к выходу второго выпрямителя, элемент уставки по ускорению, элементы коррекции и задержки по времени, входы которых подключены к запирающему узлу. Выходы всех элементов подсоединены ко входу решающего узла. Это повышает точность и надежность управления при различных значениях статического момента.

На фиг. 1 приведен один из вариантов блок-схемы предложенного устройства; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 3 - релейная характеристика магнитных усилителей.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения: 1 - запирающий элемент, 2 - дифференцирующий элемент, 3 - элемент задержки по времени, 4 - элемент коррекции, 5 - элемент токовой отсечки, 6 - элемент уставки по ускорению, 7 - решающий элемент, 8 - усилитель.

Устройство работает следующим образом.

В запирающем элементе 1 теряется незначительная и постоянная по величине часть напряжения ротора U_н, поэтому можно считать, что выпрямленное напряжение ротора прикладывается к входу дифференцирующего элемента 2. Как известно, э.д.с. в роторной обмотке асинхронного двигателя является линейной функцией скорости и убывает в двигательном режиме при увеличении скорости и в режиме динамического торможения при уменьшении скорости. Поэтому производная выпрямленного напряжения ротора, получаемая на выходе дифференцирующего элемента, пропорциональна ускорению подъемной машины в двигательном режиме и ее замедлению в режиме динамического торможения Эта величина фактического ускорения (замедления) сравнивается в решающем элементе 7 с величиной уставки по ускорению, и если уставка больше фактической величины, то через усилитель 8 подается импульс на включение контактора ускорения.

После подачи напряжения на двигатель включение первого контактора ускорения должно происходить с выдержкой времени, достаточной для окончания переходного процесса, обусловленного скачкообразным появлением напряжения в роторе, а также необходимой для натяжения кинематической схемы подъемной машины. Это обеспечивается путем подачи в элемент 7 с выхода элемента 3 сигнала, накладывающего запрет на включение первого контактора ускорения в течение заданного промежутка времени. Запуск элемента задержки по времени может быть произведен любым способом, сигнализирующим о включении двигателя в сеть переменного или постоянного тока, например, путем подачи на его вход выпрямленного напряжения ротора, как это показано на фиг. 1 пунктирной линией. Чтобы получить линейный закон изменения скорости во времени, уставка по ускорению должна несколько возрастать при включении каждого последующего контактора ускорения. Подобная корректировка производится элементом 4, например, в функции выпрямленного напряжения ротора (т.е. скорости) путем подачи в элемент 7 с выхода элемента 4 сигнала такой полярности, что он вычитается из уставки по ускорению и, таким образом, уставка возрастает в двигательном режиме с ростом скорости и в режиме динамического торможения с уменьшением скорости. Благодаря этому повышается точность отработки тахограммы. Если под действием опускающегося груза машина начнет разворачиваться с ускорением больше уставки, то контакторы ускорения включаться не будут. По достижении скорости 93-95% от номинальной напряжение ротора снизится настолько, что элемент 1 не пропустит его на вход элемента 2. Схемой этой будет воспринято как отсутствие ускорения, контакторы начнут включаться в максимально возможном темпе, и ротор будет закорочен. Благодаря этому повысится надежность управления.

Если в процессе разгона или замедления величина напряжения U_т, пропорциональная току ротора, превысит заданную величину, то с выхода элемента 5 в решающий элемент будет подан сигнал, накладывающий запрет на включение очередного контактора ускорения, пока ток не станет меньше заданной величины. Структура блок-схемы может отличаться от рассмотренного варианта при условии соблюдения описанной логики действия. Так, в определенных условиях целесообразно подать в решающий элемент сигналы по скорости, пути и т.п.

Использование напряжения и тока ротора в качестве датчика необходимых параметров позволяет исключить из схемы тахогенератор и осуществлять автоматически разгон в двигательном режиме и замедление в режиме динамического торможения одними и теми же средствами, что существенно упрощает схему управления.

Описанной блок-схеме соответствует, например, принципиальная электрическая схема (фиг. 2). На чертеже обозначены статорные контакторы В, H и ДТ, реле дуговой блокировки РДБ, контакты командоконтроллера K₁, K₂, K₃, K₄, K₅, контакторы ускорения У₁, У₂, У₃, У₄, У₅, У₆, подъемный двигатель ПД, выпрямители B₁ и В₂, магнитные усилители МУ₁ и МУ₂ соответственно с управляющими обмотками смещения OCM₁ и ОСМ₂, положительной связи ОПС₁ и ОПС₂ напряжения ОН₁ и ОН₂, ускорения ОУ₁ и ОУ₂, токовой отсечки ОТ₁ и ОТ₂, реле ускорения РУ₁ и РУ₂ соответственно с катушками напряжения PH₁ и РН₂ и токовыми катушками РТ₁ и РТ₂, кремниевые стабилитроны CK₁ и CK₂ и CK₃, полупроводниковые диоды Д₁, Д₂ и Д₃, конденсаторы С₁, С₂ и С₃, установочные сопротивления R₁, R₂, R₃ и R₄, экономические сопротивления СЭ₁, СЭ₂, СЭ₃, СЭ₄, СЭ₅ и СЭ₆. Выходные цепи элементов 2, 3, 4, 5, 6 (фиг. 1) подключены на вход магнитных усилителей МУ₁ и МУ₂. Последние благодаря положительной обратной связи через обмотки ОПС₁ и ОПС₂ имеют релейную характеристику, приведенную на фиг. 3, где U_вых - выходное напряжение усилителей, i_у - результирующий ток управляющих обмоток, i_о.н - ток обмоток напряжения, i_o.у - ток обмоток ускорения.

Схема работает следующим образом.

После включения одного из статорных контакторов В, H или ДТ включается реле дуговой блокировки РДБ и, если замкнут контакт K₁ командоконтроллера, через обмотку управления ОН₁ усилителя МУ₁ начинает протекать ток i_о.н. Часть этого тока, численно равная току i_o.y, составляет уставку по ускорению. Одновременно появляется напряжение в роторе подъемного двигателя ПД, которое выпрямляется выпрямителем B₁. Выпрямленное напряжение пробивает запирающий элемент - кремниевый стабилитрон CK₁ - и прикладывается к сопротивлениям R₁ и R₂ за вычетом падения напряжения на стабилитроне CK₁. Элемент задержки по времени выполнен на конденсаторе C₁ и сопротивлении R₃; в момент появления напряжения между точками а и б через управляющие обмотки ОУ₁ и ОУ₂ и сопротивление R₃ начинает протекать ток заряда конденсатора С₁, который в течение заданного промежутка времени превосходит по величине уставку по ускорению и, таким образом, препятствует включению усилителя МУ₁. В дальнейшем разряд конденсатора С₁ происходит через диод Д₁, минуя обмотки ОУ₁ и ОУ₂, что не влияет на работу схемы. Дифференцирующий элемент выполнен на конденсаторе С₂. Заряд этого конденсатора происходит через диод Д₂ и стабилитрон CK₂, позволяющий существенно уменьшить постоянную времени обмоток ОУ₁ и ОУ₂, до величины напряжения между точками б и в за вычетом падения напряжения на стабилитроне CK₂. Диод Д₃ препятствует протеканию тока заряда через обмотки ОУ₁ и ОУ₂. Если после включения одного из статорных контакторов подъемная машина начала двигаться, например, с ускорением в двигательном режиме или с замедлением в режиме динамического торможения больше уставки, то сразу же по окончании заряда конденсатора С₂ начнется его разряд через диод Д₃ и обмотки управления ОУ₁ и ОУ₂, причем ток разряда будет пропорционален ускорению (замедлению) и будет превосходить по величине ток уставки. При этом усилитель МУ₁ будет удерживаться в отключенном состоянии. Когда ускорение (замедление) снизится до величины уставки, ток обмоток ОУ₁ и ОУ₂ также снизится до величины i_о.у и усилитель МУ₁ включится. В результате включится также реле РУ₁, катушка напряжения которого РУ₁ является нагрузкой усилителя МУ₁. Реле РУ₁ надежно удерживается во включенном положении токовой катушкой PT₁ независимо от состояния усилителя МУ₁ до тех пор, пока не включится контактор У₁ который блок-контактами переключает свою катушку на питание через экономическое сопротивление СЭ₁ и подает напряжения на обмотку ОН₂ усилителя МУ₂. Процесс включения контактора У₂ протекает аналогично включению контактора У₁ с той разницей, что он регламентируется усилителем МУ₂ и реле РУ₂. Как видно из схемы, нечетные контакторы - У₁, У₃, У₅ - включаются усилителями МУ₁ и реле РУ₁, четные контакторы - У₂, У₄, У₆ - включаются усилителем МУ₂ и реле РУ₂. Элемент коррекции выполнен на сопротивлениях R₃ и R₄, которые определяют составляющую тока в обмотках управления ОУ₁ и ОУ₂, пропорциональную напряжению между точками а и б. Напряжение, пропорциональное току ротора, выпрямляется выпрямителем В₂ и сглаживается конденсатором С₃. Элемент токовой отсечки выполнен на стабилитроне CK₃, который, будучи включен на это выпрямленное и сглаженное напряжение, пробивается, когда ток ротора превысит заданную величину и через обмотки OT₁ и ОТ₂ усилителей накладывает запрет на включение очередного контактора ускорения. Как следует из рассмотренной схемы, функции решающего элемента в данном случае выполняют управляющие обмотки магнитных усилителей путем алгебраического суммирования поступающих сигналов.

1. Аналого-дискретная система управления асинхронным электроприводом, например, рудничной подъемной машины при его работе в двигательном режиме и в режиме динамического торможения, содержащая выпрямители, первый из которых подсоединен к роторной обмотке двигателя, второй - к одной фазе роторного сопротивления, а выходы выпрямителей подключены к входным цепям усилителя через блок управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и надежности управления при различных значениях статического момента, указанный блок содержит дифференцирующий элемент, вход которого подключен к выходу первого выпрямителя через запирающий узел, элемент токовой отсечки, вход которого подсоединен к выходу второго выпрямителя, элемент уставки по ускорению, элементы коррекции и задержки по времени, входы которых подключены к запирающему узлу, причем выходы всех элементов подсоединены ко входу решающего узла.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что дифференцирующий элемент состоит из конденсатора, запирающий узел и элемент токовой отсечки состоят из полупроводниковых стабилитронов, элементы уставки по ускорению и коррекции - из сопротивлений, элемент задержки по времени содержит цепочку RC, а решающий узел представляет собою алгебраический сумматор.