СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ С КОРРЕКЦИЕЙ ПОПЕРЕЧНОГО СМЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использована в механизмах передвижения мостовых кранов с индивидуальным электроприводом асинхронных двигателей опор крана.
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).
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.
Известен способ ограничения перекоса мостового крана, в котором используются четыре бесконтактных датчика, непрерывно измеряющих расстояния от заданных точек крана до обоих рельсов, на основании показаний которых с учетом направления движения крана происходит формирование сигнала коррекции (Патент РФ на изобретение RU 2405735 / Опубл. 27.12.2013)
К недостаткам данного способа 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, а также повышенное количество датчиков расстояния.
Известна система автоматизированного управления асинхронным электроприводом передвижения (Патент РФ на полезную модель RU 152678 / Опубл. 10.06.2015.  прототип), содержащая два датчика расстояния. В данной модели используется система прямого управления моментом (Direct Torque Control  DTC) и одновременная коррекция сигналов задания скорости обоих электродвигателей таким образом, чтобы, ускоряя один двигатель и замедляя другой, обеспечить устранение поперечного смещения и перекоса крана относительно рельсов.
В качестве замечаний по этой модели можно отметить недостаточно плавное изменение положения крана вследствие одновременной коррекции скорости обоих двигателей, использование сигнала направления движения крана, который в случае установки двух датчиков нецелесообразен и высокую сложность системы DTC, которая пока не освоена отечественными производителями.
Известна также частотно-токовая система с автономным инвертором напряжения (АИН) и релейно-векторным алгоритмом управления при постоянстве потокосцепления ротора асинхронного двигателя (Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока / Изд-во ИГЭУ. - Иваново, 2008), которая более проста и не менее надежна, чем DTC, и ее целесообразно использовать при управлении электроприводом механизма передвижения мостового крана.
Целью полезной модели является обеспечение коррекции поперечного смещения мостового крана средствами управления электроприводом 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 передвижения из-за снижения потребления электроэнергии.
Технический результат достигается тем, что в систему автоматизированного управления асинхронным электроприводом передвижения с коррекцией поперечного смещения мостового крана, содержащую 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, два бесконтактных датчика расстояния, блок коррекции перекоса, введены блоки релейно-векторного управления (БРВУ), на входы которых подаются сигналы скорости двигателей, а с выхода подаются сигналы управления на преобразователи частоты, которые снабжены датчиками тока фаз двигателя, и с выходов преобразователей частоты подаются сигналы этих датчиков на входы блоков БРВУ, введены блоки задания момента двигателей с учетом ограничения по моменту, формирующие задание тока двигателей по оси игрек, входы которых подключены к выходам регуляторов скорости, а выходы - к входам блоков БРВУ, введены сигналы задания номинального тока по оси икс, подающиеся на вход блоков БРВУ и обеспечивающие управление двигателями при номинальном потокосцеплении ротора, причем сигналы двух бесконтактных датчиков расстояния, выходы которых подключены к входам блока коррекции перекоса (БКП), выходы которого введены в систему управления скоростью электродвигателей и подключены к входам соответствующих сумматоров, обеспечивают совместно с БКП коррекцию сигнала задания скорости электродвигателя опережающей опоры таким образом, чтобы, замедляя его, устранить поперечное смещение крана относительно рельсов.
1
2
1
2
1
2
На фиг. 1 представлена структурная схема системы управления электроприводом передвижения мостового крана, обеспечивающей коррекцию поперечного смещения. Структура электропривода двигателей обоих опор крана идентична и состоит из одинаковых элементов, которые на фиг. 1 обозначены одинаковыми цифрами. Здесь: 1 (M, M) - асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, снабженные датчиками скорости 2 (BR) и питаемые от силового канала преобразователей частоты 3 (ПЧ с АИН); далее соответственно для каждой опоры крана: 4 (ЗИ) - задатчик интенсивности; 5 - алгебраический сумматор сигнала задания скорости, сигнала обратной связи по скорости и сигнала коррекции; 6 (PC) - регулятор скорости; 7 (БЗМ) - блок задания момента с учетом ограничения по моменту; 8 (БРВУ) - блок релейно-векторного управления. В систему управления (фиг. 1) также входят следующие блоки, непосредственно обеспечивающие коррекцию поперечного смещения: 9 (БКП) - блок коррекции поперечного смещения и два датчика расстояния 10 (Д) и 11 (Д). Для наглядности и сокращения числа буквенных обозначений датчики расстояния и их сигналы обозначены одинаково: Д и Д.
1
2
1
2
На фиг. 2 представлен общий вид мостового крана: 1, 2 - подкрановые рельсы; 3, 4 - концевые балки; 5, 6 - неприводные (ведомые) колеса; 7, 8 - асинхронные электродвигатели M и M соответственно; 9, 10 - редукторы; 11, 12 - приводные (ведущие) колеса; 13, 14 - пролетные балки; 15 - тележка; 16, 17 - бесконтактные датчики расстояния Д, Д соответственно, установленные на раме крана вблизи ведомых (неприводных) колес.
Представленная система управления с коррекцией поперечного смещения (фиг. 1) содержит для каждого из двигателей 1 (М1/М2) в блоках 8 (БРВУ) три внутренних контура релейного регулирования фазных токов статора Is, обеспечивающих работу АИН в токовом режиме, распределитель импульсов, осуществляющий распределение сигналов управления Uvtl-Uvt6 по шести ключам АИН преобразователя 3, координатный преобразователь и алгебраические сумматоры для вычисления рассогласования по фазным токам статора и определения угловой скорости вращения магнитного поля, требующейся для релейно-векторного управления асинхронными двигателями.
k1
k2
1
2
Внешний контур скорости с регулятором скорости 6 (PC) выполняет функцию регулирования скорости двигателя 1 (М1/М2) в соответствии с сигналами задатчиков интенсивности 4 (ЗИ), сигналов обратной связи по скорости и сигналов коррекции (U/U), суммируемыми в алгебраическом сумматоре 5. Сигнал коррекции всегда вычитается из сигнала задатчика интенсивности опережающей опоры. Сигналы коррекции формируются блоком коррекции перекоса 9 (БКП) с учетом разности сигналов датчиков 10 (Д) и 11 (Д)
12
1
2
Δ=Д-Д
по алгоритму, представленному в таблице 1.
12
Значение корректирующего воздействия рассчитывается пропорционально разности Δ по формуле:
k
12
U=k·Δ,
k
где U - значение корректирующего воздействия; k - коэффициент пропорциональности, который выбирается в зависимости от уровней сигналов и допустимого поперечного смещения крана.
k
При превышении сигналом U заданного порогового значения предусмотрено сохранение предшествующего превышению сигнала.
R
Rx
Rн
Таким образом, данная система управления представляет собой замкнутую двухконтурную систему регулирования скорости асинхронных двигателей 1 (М1/М2) с коррекцией поперечного смещения по сигналам бесконтактных датчиков расстояния. Блок задания момента 7 (БЗМ) формирует сигнал задания момента двигателя с учетом ограничений. Сигнал Iзу, вырабатываемый блоком 7 (сигнал задания тока по оси игрек), задает момент двигателя, сигнал Iзх (сигнал задания тока по оси икс) задает постоянную величину потокосцепления ротора, равную номинальному значению: ψ=ψ=ψ=const.
Переход от системы координат икс, игрек к фазным координатам осуществляется координатным преобразователем в блоке БРВУ. Необходимая для этого угловая скорость магнитного поля асинхронного двигателя определяется выражением
0
ск
ω=ω+ω,
0
ск
где ω - сигнал задания угловой скорости магнитного поля; ω - сигнал задания угловой скорости ротора двигателя; ω - сигнал задания угловой скорости скольжения.
R
ск
ск
При ψ=const угловая скорость скольжения ω пропорциональна моменту двигателя и току Iзу, который преобразуется в ω в блоке БРВУ и суммируется с сигналом угловой скорости ротора. Угловая скорость ротора измеряется датчиком 2 (BR).
Применение простой и надежной релейно-векторной системы управления в сочетании с предложенным алгоритмом коррекции поперечного смещения на базе двух бесконтактных датчиков расстояния будет способствовать повышению технико-экономических показателей крана.