Способ управления автономнымэлЕКТРОпРиВОдОМ пОСТОяННОгО ТОКАгРузОпОд'ЕМНОгО МЕХАНизМА и уСТРОйСТВОдля ЕгО РЕАлизАции Советский патент 1981 года по МПК H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано дл привода подъемных лебедок буровых ус тановок, строительных кранов и других подобных механизмов, у которых индивидуальный генератор постоянного тока приводится во вращение двигателем внутреннего сгорания. Для генераторов, приводиглых во вращение двигателями внутреннего сго рания, энергетически наиболее целесообразным режимом является режим постоянной мощности. Причем ниже основной частоты вращения двигателей регулирование производится за счет регулирования тока возбуждения генератора при номинальном токе возбуждения электродвигателя, а при номинальном токе возбуждения и напряжени генератора дальнейшее повышение частоты вращения производится за счет уменьшения тока возбуждения электродвигателя. Известен способ управления электр приводом, при котором регулируют ток возбуждения в функции тока якоря, ре гулируют задание на предельно допустимый ток якоря в функции тока возбуждения и ограничение тока возбуждения ПРИ превышении напряжением, .на якоре электродвигателя допустимого уровня Til . Устройство для реализации этого способа содержит регулируемые преобразователи в якорной цепи электродвигателя и в депи его обмотки возбуждения , 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 форьв; механических характеристик к харак- теристикам постоянной мощности. Однако это приближение формы харак теристик к характеристикам постоянной мощности недостаточно. Кроме того, в этом устройстве не учитьшается влияние напряжения на якоре на коммутацию электрических машин. Наиболее близким к предлагаемому является способ, при котором регулируют ток возбуждения электродвигателя в функции тока якоря, регулируют задание на предельно-допустимый ток якоря в функции тока возбуждения и ам плитуды напряжения на якоре электродвигателя r2jf. Устройство, реализующее указанный способ, содержит блок задания частоты вращения электродвигателя, последовательно включенные .регулятор частоты вращени, с блоком ограничения в цепи его обратной связи и регулятор тока с подключенными к их входам дат чиком частоты вращения и датчиком тока якоря в системе управления гене ратором, питающим якорь электродвигателя, возбудитель,, электродвигателя в цепь управления которого включен регулятор тока возбуждения, два нелинейных 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 а выход - с управляющим входом блока ограничения в цепи обратной связи регулятора частоты вращения. Известное техническое решение, рас считанное на применение, в первую очередь, в относительно мощных электрических сетях, не обеспечивает безударной работы грузоподъемного механи ма при работе первичного двигателя с максимально возможным коэффициентом полезного действия. Цель изобретения - обеспечение безударной работы грузоподъемного мегсанизма при работе первичного двигате ля с максимально возможным коэффициентом полезного действия. Поставленная цель достигается тем что в известном способе дополнительно определяют величину натяжения подъёмного каната и динамической составл5пощей момента электродвигателя при .силе натяжения каната меньшей, чем соответствующая пустому крюку, формируют максимальный по величине сигйал, а при силе натяжения, большей или равной силе йатяжения, соответствукяцей пустому крюку, формируют этот сигнал пропорциональный натяжению суммируют полученный сигнал с сигналом, пропорциональным динамической составляющей момента электррдвигателя 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, суг/пчатор, выполненный в виде операционного усилителя со стабилитроном в цепи обратной связи, и Злок 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 обра 3 О1Л . 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 полученныг/1 ранее -сигналом, образуя при этом сигнал, пропорциональный полному моменту электродвигателя, в функции сигнала,обратно пропорционального полному моменту электродвигателя,ограничивают задание на максимально допустимую частоту вращения электродвигателя. Сигнал задания частоты вращения электродвигателя сравнивают с сигналом, пропорциональным частоте вращения электродвигателя, и ограничивают максималь- . нуп 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 сигнало пропорциональным току якоря, и используют как сигнал задания напряжения на якоре электродвигателя. Кроме того, сигнал, пропорциональный току якоря электродвигателя, ограничивают по верхнему и нижнеглу уровню и используют как сигнал задания тока возбуждения электродвигателя. Указанный способ гтожет быть реализован в устройстве, схема которого изображена на чертеже. Якорная цепь содержит якорь 1 эле тродвигателя, который последовательн с входом датчика 2 тока якоря присоединен к якорю 3 генератора, обмот 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 врзбузкдения - ко входу вентильного возбудителя 9, к выходу которого последовательно со входом датчика 10 тока возбуждения присоединена обмотка 11 возбуждения электродвигателя . Выход регулятора 6 тока якоря присоединен ко входу возбудителя 5, а вход регулятора б тока якоря присоединен к выходу регулятора 12 частоты вращения и к одному из входов переменного тока блока 13 ограничения, второй выход переменного тока которого присоединен к первому входу регулятора 12 частоты вращения, а выходы постоянного тока блока 13 ограничения присоединены встречно к выходу сумматора 14, первый вход которого соединен последовательно с блоком 15 нелинейности, имеющим зону нечувствительности,.к выходу датчика 10 тока возбуждения, а второй вход сумматора 14 соединен последовательно с выделителем модуля 16 к выходу датчика 17 напряжения, вход . которого включен параллельно якорю 1 электродвигателя. Второй вход регуля тора 12 частоты вршцения присоединен вместе с одним из входов переменного тока блока 18 ограничения к выходу пропорционального усилителя 19,.к первому входу которого подключен выход блока 20 задания частоты вращения, а ко второму 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 при соединен сумматор 22 и стабилитрон 23, анод которого присоединен к одному из входов сумматора 22,. К ЛРУгим входам сумматора 22 подключен вы ход постояннрго тока датчика 24 натя жения каната (веса на крюке) непосредственно и через пороговый элемент 25. Четвертый вход сумматора 22 соединен с выходом блока 26 дифференцирования, вход которого подключен к датчику 27 частоты вращения. Устройство работает следующим образом. При О1;сутствии напряжения на выходе блока 20 задания и, следовательно, пропорционального усилителя 19 и наличии груза на крюке в случае растормаживания механических тормоз.ов в якорной цепи генератора и электродвигателя, потечет ток, связанный с ускорением якоря 1 электродвигателя под действием протягивающего груза на крюке. При разгоне электродвигателя появляется сигнал на выходе датчика 27 частоты вращения. Этот сигнал вызывает появление сигнала на выходе регулятора 12 частоты вращения, которыйJвоздействуя на вход регулятора 6 тока,вызывает, в свою очередь, появление такого сигнала на его выходе, который,открывая возбудитель 5 генератора обуславливает (Увеличение тормозного 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. I При подаче сигнала задания на подъем груза с выхода блока 20 за- . Дания на выходе пропорционального усилителя 19 появляется напряжение, которое может быть при #8 пропорциональным заданию или ограничено напряжением подпора блока 18 ограничения, т.е. напряжением на выходе блока 21 нелинейности. Под действием напряжения с выхода усилите ля 19 меняется напряжение на входах и выходах регулятора 12 частоты вращения, регулятора 6 тока якоря i вентильного возбудителя 5. Напряжение не 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, формируемыми в соот ветствии с законами коммутации при помощи 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 возбуждения превысит момент нагрузки, произойдет начешо разгона двигателя. На выходе блока 26 дифференцирования появится сигнал, который увеличит сигнал на выходе сумматора 22 и вход 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 на грузки первичного Двигателя. По мере разгона электродвигателя и уменьше ния динамической составляющей момента на его валу уменьшается суммарная нагрузка на вал первичного двига теля, поэтому происходит уменьшение сигнала на выходе сумматора 22 и уве личение сигнала на выходе блока 21 нелинейности, что приводит к запираншо блока 18 ограничения, и сигнал на выходе усилителя 19 будет определяться только сигналом задания вращения. Если в начале разгона канаты имели сЛабину, то сигнал на выходе датч ка 24 будет равен нулю, и поэтому на выходе порогового элемента 25 будет максимсшьный 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 (эграничения мощности первичного двигателя в режимах большой нагрузки на валу электродвигателя, т.е. обеспечивания работы первичного двигателя в режиме с максимальным КЕД, повышается КПД системы в целом и одновременно такое регу лирование обеспечивает ограничение рывков каната и ударов -при выборе слабин. Формула изобретения 1. Способ управления .автономным электроприводом постоянного тока гру эоподъемного механизма, при котором регулируют ток возбуждения электродвигателя в функции тока якоря, регулируют задание на предельно-дрпусТШ4ЫЙ ток якоря в функции тока возбуждения и амплитуды напряжения на якоре электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью обеспечения безударной работы грузоподъемного механизма при работе первичного двигателя с максимально возможным коэффициентом полезного действия, дополнительно определяют величину натяжения подъемного каната и. дииагшческой составляющей мойента 8лeктpoдвигateля при силе натяжения каната меньшей, чем соответствую щая пустому крюку, формируют макси мальный по величине сигнгш, а. при i6tfлe натяжения, большей или равной .силе натяжения, соответствующей пус тому крюку, формируют этот сигнал, пропорциональный натяжению, cyt omруют полученный сигнал с сигналом, пропорциональным динамической составляющей, момента электродвигателя ,и обратно пропорциональныг/1 сигналу результата суммирования, изменяют уставку ограничения скорости электродвигателя. 2. Устройство для реализации способа управления автономным электроприводом постоянного тока грузоподъемного механизма, содержащее блок задания частоты вращения электродвигателя, последовательно включенные егулятор частоты вращения с блоком 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 якорь электродвигателя, возбудитель электродвигателя, в цепь управления оторого включен регулятор тока воэ(Ьуиодения, два нелинейных 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, а выход - с управляющим входом блока ограничения в цепи обратной связи регулятора частоты вращения, отличающееся тем, что, с целью обеспечения безударной работы грузоподъемного механизма при работе первичного двигателя с максимально возможным коэффициентом полезного действия, в него дополнительно введены пропорциональный усилитель с блоком ограничения в цепи обратной связи, датчик натяжения каната, блок нелинейности с гиперболической характеристикой, цороговый элемент, сумматор, выполненный в виде операционного усилителя со стабилитроном в цепи обратной связней блок дифференцирования сигнала датчика частоты враЪдения, причем 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 характерис- икой подключёй датчик натйжения каната, выход которого и выход блока дифференцирования подключены ко входам сумматора Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 482854, кл. Н 02 Р 5/06, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР 568131, кл. Н 02 Р 5/26, 1977

il

O

-x-U