СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использована в механизмах передвижения мостовых кранов с индивидуальным электроприводом постоянного и переменного тока.
Известно устройство для направления движения мостового крана, содержащее бесконтактные датчики положения колес относительно рельса, вводящие резисторы в роторные цепи асинхронных электродвигателей (патент RU 2405735, опубл. 10.12.2009 г.).
Недостатками данного устройства являются низкая надежность из-за большого числа коммутационной аппаратуры, необходимость применения асинхронных электродвигателей с фазным ротором, дополнительные потери энергии в резисторах, коррекция перекоса относительно только одного из рельсов подкранового пути.
Известно устройство управления асинхронными электродвигателями передвижения мостового крана, содержащее четыре бесконтактных датчика, непрерывно измеряющие расстояния от заданных точек крана до обоих рельсов, блок коррекции перекоса, реализованный на базе микропроцессорного устройства, на входы которого поступают сигналы с датчиков, а также сигнал направления движения крана, а выходы введены в систему управления скоростью электродвигателей и подключены к входам соответствующих сумматоров с целью коррекции сигнала задания скорости одного из электродвигателей таким образом, чтобы обеспечить устранение перекоса и/или поперечное смещение крана относительно рельсов (патент RU №2012115599/11, опубл. 18.04.2012 - прототип).
К недостаткам данного устройства относятся использование одноконтурной скалярной системы регулирования скорости асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, что не позволяет непосредственно регулировать момент и потокосцепление двигателей, снижает точность и ухудшает динамику привода.
Известна также система прямого управления моментом (Direct Torque Control, - сокращенно DTC) (Козярук А.Е., Рудаков В.В. Системы прямого управления моментом в частотно-регулируемых электроприводах переменного тока/под ред. Народицкого А.Г.- СПб.: Санкт-Петербургская электротехническая компания, 2005. - 100 с).
К отличительным особенностям DTC можно отнести наличие в системе (рис. 1):
- гистерезисных релейных регуляторов потокосцепления статора (РРп) и момента (РРм) асинхронного двигателя;
электронной адаптивной модели двигателя (АМД) для вычисления текущих управляемых координат асинхронного двигателя (потокосцепления статора и электромагнитного момента) по значению фазных токов (Ia, Ib, Ic), напряжения в звене постоянного тока (Ш) и коммутационной функции (Uvt1-Uvt6) автономного инвертора напряжения (АИН) преобразователя напряжения и частоты (ПЧ);
- блока вычисления фазового сектора (БВФС), в котором в текущий момент времени находится вектор потокосцепления статора двигателя;
- табличного (матричного) вычислителя оптимального вектора напряжения двигателя, выполняемого в виде блока логического автомата (БЛА) и определяющего функцию переключения вентилей АИН ПЧ.
Система DTC обладает высоким быстродействием и точностью по сравнению со скалярными системами, она устойчива к возмущениям, которые имеют место при эксплуатации мостовых кранов, поэтому целесообразно применить эту систему для управления асинхронными электродвигателями механизма передвижения мостового крана.
Задачей полезной модели является обеспечение бесперекосного движения мостового крана с высоким быстродействием и точностью, что способствует увеличению срока службы ходовой части крана, повышению коэффициента использования оборудования, сокращению расходов на его содержание и ремонт, повышению КПД механизма из-за снижения потребления электроэнергии.
Технический результат достигается тем, что в систему управления асинхронными электродвигателями передвижения мостового крана, содержащая преобразователи напряжения и частоты, датчики частоты вращения электродвигателей, сумматоры, на входы которых поступают сигналы задания скорости и сигналы обратных связей по скорости, формирующие на выходах сигналы ошибки, равные разности между соответствующим заданием на скорость и сигналом обратной связи по скорости, регуляторы скорости, входы которых подключены к выходам соответствующих сумматоров, асинхронные электродвигатели, задатчики интенсивности, формирующие сигналы задания скорости исходя из заданных предельных ускорений крана, четыре бесконтактных датчика расстояния, непрерывно измеряющие расстояния от заданных точек крана до обоих рельсов, блок коррекции перекоса, реализованный на базе микропроцессорного устройства, на входы которого поступают сигналы с датчиков расстояния, а также сигнал направления движения крана, а выходы введены в систему управления скоростью электродвигателей и подключены к входам соответствующих сумматоров с целью коррекции сигнала задания скорости одного из электродвигателей таким образом, чтобы обеспечить устранение перекоса и/или поперечного смещения крана относительно рельсов, введены блоки прямого управления моментом (DTC), с выхода которых подаются сигналы управления на преобразователи частоты, которые снабжены датчиками тока фаз двигателя и напряжения в звене постоянного тока, и с выходов преобразователей частоты подаются сигналы этих датчиков на входы блоков DTC, введены блоки задания момента двигателей с учетом ограничения по моменту, входы которых подключены к выходам регуляторов скорости, а выходы - к входам блоков DTC, введены сигналы задания номинального потокосцепления статора двигателей, подающиеся на вход блоков DTC и обеспечивающие управление моментом двигателей при номинальном потокосцеплении статора.
1
2
ос
1
4
1
3
S3
На рис. 2 представлена структурная схема системы управления электроприводом передвижения мостового крана, обеспечивающей коррекцию перекоса. Здесь: М, М - асинхронные электродвигатели с короткозамкну-тым ротором; ПЧ - преобразователь напряжения и частоты; PC - регулятор скорости; BR - датчик скорости; К - коэффициент обратной связи по скорости; ЗИ - задатчик интенсивности; Д-Д - датчики расстояния; БС-БС - блоки сопряжения сигналов; БКП - блок коррекции перекоса; БЗМ - блок задания момента с учетом ограничения по моменту; DTC - блок прямого управления моментом; ψ - сигнал задания номинального потокосцепления статора двигателя.
1
2
1
2
3
4
На рис. 3 представлен общий вид мостового крана: 1, 2- подкрановые рельсы; 3, 4 - концевые балки; 5, 6 - неприводные (ведомые) колеса; 7, 8 - асинхронные электродвигатели Μ и М соответственно; 9, 10 - редукторы; 11, 12 - приводные (ведущие) колеса; 13, 14 - пролетные балки; 15 - тележка; 16, 17, 18, 19 - бесконтактные датчики расстояния Д, Д, Д, Д соответственно.
OC1
OC2
ЗС1
ЗС2
ЗС1
ЗС2
ЗС
Система управления асинхронным электроприводом передвижения крана в данном случае представляет собой двухконтурную структуру управления скоростью (рис. 2), включающую внешний контур скорости и внутренний контур прямого управления моментом. Сигнал обратной связи по скорости U/U, пропорциональный показаниям датчика скорости BR, вычитается из сигнала задания U/U. Полученный сигнал рассогласования поступает на вход регулятора скорости PC, который, в свою очередь, предварительно формирует сигнал момента, который поступает на вход бока задания момента, формирующего сигнал задания момента двигателя с учетом ограничения. Сигнал задания момента и сигнал задания потокосцепления статора каждого двигателя поступают на блоки DTC, которые формирует сигналы управления ПЧ (коммутационные функции) в соответствии с законом прямого управления моментом. Задатчик интенсивности ЗИ служит для плавного изменения задания скорости U/U при ступенчатом входном сигнале U, поступающем с пульта управления, что обеспечивает разгон/торможение крана с заданным предельным ускорением.
1
2
3
4
k1
k2
ЗС1
ЗС2
1
2
Показания датчиков расстояния Д, Д, Д, Д позволяют однозначно идентифицировать как перекос крана относительно подкрановых путей, так и его поперечное смещение. На основании этих данных происходит формирование сигнала коррекции U/U, который вычитается из сигнала задания скорости U/U одного из электродвигателей M/M, обеспечивая таким образом выравнивание крана в сложившейся ситуации. В случае бокового смещения для его устранения перекос формируется принудительно. Вычисление корректирующего сигнала выполняет блок коррекции перекоса на основе показаний датчиков расстояния. При этом учитывается текущее направление движения крана (сигнал sign[ω]), т.к. для эффективного устранения перекоса при различных направлениях движения требуются разные корректирующие воздействия.
Предлагаемая система управления обеспечивает непрерывную коррекцию, как перекоса мостового крана, так и его поперечного смещения с высоким быстродействием и точностью.