книги / Электрооборудование лифтов массового применения

электромагнитного момента, который может во много раз пре­ высить номинальный момент [26]. Однако в тиристорном асин­ хронном электроприводе возникновение незатухшего магнитно­ го поля невозможно, а применение устройства безударноговключения избавляет электропривод от включения в не­ благоприятный момент времени. Вследствие этого передаточная1 функция асинхронного двигателя при переводе его в режим противовключения может быть в первом приближении такой же,., как и в начале пуска, что полностью подтверждается результа­ тами экспериментальных исследований (см. п. 4.9).

Учитывая совмещенную передаточную функцию асинхронно­ го двигателя с тиристорным преобразователем и СИФУ,.. схему контура регулирования скорости (см. рис. 59) можно пре­ образовать в структурную схему замкнутого контура регули­ рования скорости (рис. 61). В этой схвхме Wpc(s)— передаточ­ ная функция регулятора скорости, Wn(s) — передаточная функ­ ция лифта, IFoc(s)— передаточная функция обратной связи по скорости.

Передаточная функция регулятора скорости имеет вид.

WPC (s) = Uy (s)/AU (s) = Uy (s)/[Us(s) —Ua (s)].

Передаточная функция лифта может быть получена из урав­ нения движения электропривода в предположении, что упругость канатов не учитывается. Принимая в уравнении движения час­ тоту вращения ротора в с-1, запишем его в форме М —Мй =

_y_£ËL или в операторном виде: M(s)—Mc(s)=ysQ(s). Тогда пере­ ев

даточная функция лифта примет вид

Wn (s) = Q (s)/[M (s) —Mc(s)] = l/Js.

Передаточная функция цепи обратной связи по скорости мо­ жет быть получена как передаточная функция инерционного звена, так как в этой цепи, помимо синхронного тахогенератора и выпрямителя, содержится фильтр. Поэтому передаточная функция цепи обратной связи по скорости имеет вид

Для анализа устойчивости и качества регулирования необхо­ димы передаточные функции системы регулирования с разомк­ нутым Wp(s) и замкнутым контурами регулирования <D(s).

Передаточная функция системы с разомкнутым контуром ’регулирования с учетом сделанных выше допущений и линеа­ ризации звена, содержащего асинхронный двигатель, тиристор­ ный преобразователь и СИФУ, а также с учетом возмущений столько по управлению (т. е. при Aîc=0) имеет следующий вид:

Wp(s) = WPC (s) WAд (s) WJI (s) №oc (s) = = Wpc (s) liAflkJ[Js (TAps + 1) (TOCS -f 1)].

Передаточная функция системы с замкнутым контуром ре­ гулирования при тех же допущениях и условиях в соответствии «с рис. 62 имеет вид

При оптимизации динамических процессов в тиристорном асинхронном электроприводе лифта следует сначала ввести ог­ раничения, обусловленные максимальной величиной статиче­ ской погрешности регулирования скорости и допустимой точно­ стью остановки кабины на уровне этажной площадки.

Как известно, полная статическая погрешность при регули­ ровании скорости состоит из погрешностей, обусловленных изме­ нением нагрузки (Мс), нестабильностью задающего напряжения и 3, дрейфом статической характеристики тиристорного преобра­ зователя, нестабильностью коэффициента обратной связи по скорости и другими факторами, имеющими для асинхронного электропривода второстепенное значение [11]. В связи с тем, что в рассматриваемой системе тиристорного асинхронного элек­ тропривода для питания устройств контура регулирования (в частности, задатчика интенсивности и регулятора) применены прецизионные стабилизаторы напряжения и что обратная связь по скорости выполнена на базе синхронного тахогенератора с возбуждением от постоянных магнитов и с преобразованием сиг­ нала полупроводниковыми диодами и операционным усилите­ лем, нестабильность задающего напряжения и нестабильность коэффициента обратной связи по скорости будет практически отсутствовать. Аналогичное можно сказать и по поводу дрейфа статической характеристики тиристорного преобразователя. Кроме того, электропривод работает при стабильной частоте питающей сети, так как получает питание от энергосистемы.

Поэтому погрешность регулирования скорости следует оцени-*- вать только при изменении нагрузки.

Принимая при установившемся движении электроприводамаксимальную погрешность регулирования скорости равной Ô (для пассажирского лифта массового применения Ô составляет* 2% . или 0,02), максимальное рассогласование на входе регу­ лятора скорости

*^тах = (^з.У ^(ùy)max = ^^з.У>

где Uа.у — заданное напряжение (выходное напряжение задатчика интенсив­ ности) в установившемся режиме; £/«у— напряжение (сигнал) обратнойгсвязи по скорости в установившемся режиме.

Так как максимальному рассогласованию Awmax соответст­ вует полное открытие тиристоров тиристорного преобразователя*, то угол регулирования а должен быть минимальным, а напря­ жение управления Uy— максимальным. Принимая минималь­ ное значение угла в пределах зх/6—я/4, найдем Uymax= (0,75— 0,625) Un (см. рис. 49), где Un— максимальное значение пило­ образного напряжения.

При использовании пропорционального (П) регулятора его-' коэффициент усиления

ввода в напряжение управления составляющей, пропорциональ­ ной интегралу рассогласования Аи. Поэтому точную оценку по­ грешности можно выполнить лишь после выбора постоянной интегрирования, т. е. после анализа качества регулирования m оптимизации регулятора по быстродействию и точности регули­ рования. При этом следует учитывать, что при правильном вы­ боре асинхронного двигателя по условиям нагрева и обеспече­ ния требуемых нагрузочных диаграмм лифта должны выпол­ няться следующие неравенства соответственно для пуска и тор­

угловая скорость двигателя; (dvldt)KOn— допустимое ускорение в нормальных режимах пуска и замедления (торможения).

формулы, полученной из выражения (63) при t = tr, причем U — длительность интервала замедления или торможения:

При линейном изменении заданной скорости в интервале за- -медления заданный путь торможения U— vütTj2\ фактически в процессе торможения кабина пройдет путь /= /тЧ-Д/тах.

Предполагая, что в конце интервала торможения погреш­ ность регулирования скорости составляет не более 5 % ее мак­ симального значения, т. е. е- *т/*РСти.рс ^ о,05, постоянную вре­ мени интегрирования ПИ-регулятора можно найти по формуле

Полученное по этой формуле значение постоянной времени интегрирования следует проверить по неравенству (64).

Как видно из формулы (64), максимальная погрешность пу­ ти пропорциональна номинальной скорости движения кабины постоянной времени интегрирования ПИ-регулятора, скорости Ти.рс и отношению kaUJU3.y, обусловленному величиной необ­ ходимого тормозного момента Мт, а т а т е зависит от времени торможения U, причем меньшему его значению при прочих рав­ ных условиях соответствует меньшее значение максимальной погрешности пути Д/тах.

Рассмотренное выше относится к идеализированному слу­ чаю, когда асинхронный двигатель является чисто интегрирую­ щим звеном и интегральная составляющая в законе регулиро­ вания относительно невелика. Анализ параметров асинхронных двигателей, применяемых на лифтах, и асинхронных двигателей •серии 4А мощностью до 15 кВт показывает, что постоянная вре­ мени тад относительно невелика и ею можно пренебречь. Пре­ небрегая также постоянной времени цепи обратной связи по ско­ рости, передаточную функцию системы с разомкнутым конту­ ром регулирования можно представить в виде

мой.

Уменьшить погрешность пути Д/Шах при принятых значениях коэффициента усиления регулятора скорости £рс и времени тор­ можения tr можно путем уменьшения постоянной времени интег­ рирования в соответствии с условием (65).

При выборе параметров регулятора скорости и синтезе его

схемы можно воспользоваться критерием оптимума по быстро­ действию (или оптимума по модулю) или критерием симмет­ ричного оптимума.

При оптимизации переходного процесса по модулю предпо­ лагается, что переходный процесс продолжается минимальноевремя и протекает с перерегулированием не более 5 %. В коли­ чественном отношении критерием оптимума по модулю служит равенство

Тн.рс = 2тй,

где тц — сумма некомпенсируемых малых постоянных времени контура ре­ гулирования; в данном случае тц=тАд + т 0С+ т тп .

При оптимизации по критерию симметричного оптимума до­ стигается минимизация статической ошибки регулирования. За­ даются желаемой передаточной функцией разомкнутой системы, и по ней находят передаточную функцию регулятора. При этом; для ПИ-регулятора получают параметры

k p c = J / ( 2тц£Ад £ос) и ти.рс = 4тц/йРС.

4.9. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТИРИСТОРНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Экспериментальные исследования тиристорного асинхрон­ ного электропривода проводились в лабораторных условиях нat кафедре электротехники и электропривода МИСИ им. В. В. Куй­ бышева. Для этих исследований был разработан стенд, состоя­ щий из асинхронного двигателя типа АС2-72-6/18ШЛ с корот­

пускового тока — 100 А); синхронного тахогенератора Д-1ММ. (напряжение— 10,5 В; частота вращения — 1500 об/мин); си­ стемы импульсно-фазового управления [число каналов — 3; чис­ ло пар управляемых тиристоров — 5; напряжение управления1 от 0 до —4 В; напряжение питания +15, —15, +5 и —4 В (см. рис. 48) ]; задатчика интенсивности (см. рис. 51, б); регулятора скорости пропорционально-интегрального типа (см. рис. 53), ло­ гического задающего устройства (см. рис. 52); устройства об­ ратной связи (см. рис. 53). В схеме экспериментального стенда предусмотрены два режима: динамического торможения и противовключения, поэтому схема логического задающего устройст­ ва выполнена также в двух вариантах (вариант для режима противовключения см. на рис. 52). Кроме того, в состав регули­ рующих устройств электропривода не было введено устройство безударного включения. В процессе исследований решались за­

дачи динамики регулирования скорости при отсутствии возму­ щений со стороны нагрузки, т. е. при Мс—0.

Экспериментальный стенд тиристорного асинхронного элек­ тропривода был оборудован для проведения ревизии шахты устройством пониженной скорости, в схеме которого предусмот­ рены два варианта. В первом варианте получение пониженной скорости обеспечивалось фазовым принципом управления в ре­ жиме автоматического регулирования скорости с помощью за­ датчика интенсивности. Во втором варианте пониженная ско­ рость была получена при питании обмотки статора асинхронно- ■го двигателя однофазным напряжением пониженной частоты (16,67 Гц) в соответствии со схемой на рис. 55. При этом пуск двигателя осуществлялся либо в трехфазном режиме питания *с автоматическим регулированием скорости, либо в двухфазном режиме без регулирования скорости.

В результате лабораторных исследований тиристорного асин­ хронного электропривода были сделаны следующие выводы.

1. Основные функциональные устройства и узлы системы уп­ равления электроприводом оказались работостособными; также были установлены оптимальные параметры элементов основных •функциональных устройств и узлов.

2. Динамическое торможение и торможение противовключением являются эффективными способами торможения, обеспе­ чивающими надежное затормаживание лифта при реальных зна­ чениях нагрузок. Однако динамическое торможение по сравне­ нию с противовключеиием связано с более сложной схемой рас­ пределения управляющих импульсов между силовыми тиристо­ рами и необходимостью иметь специальный логический сигнал для режима замедления. Кроме того, при динамическом тормо­ жении момент двигателя при скорости, равной нулю, отсутст­ вует. Торможение противовключеиием сопряжено с большими силами тока двигателя, чем при динамическом торможении.

3. Трехфазный синхронный тахогенератор с возбуждением от постоянных магнитов обеспечивает получение сигнала, стро­ го пропорционального частоте вращения. Пульсации сигнала, обусловленные преобразованием трехфазной системы напряже­ ний в постоянное напряжение, оказывают незначительное влия­ ние на точность регулирования скорости и легко подавляются фильтром с постоянной времени не более 20 мс. Заметное влия­ ние на точность и качество регулирования скорости могут ока­ пать оборотные пульсации сигнала, частота которых в условиях экспериментального стенда составила около 16 Гц в установив­ шемся режиме. Указанные пульсации присутствуют в сигналах фактической скорости иа, рассогласования Аи и тока i на при­ веденных ниже осциллограммах.

4. Регулятор скорости пропорционального типа (/7-регуля­ тор) при соответствующем выборе коэффициента усиления обес­ печивает необходимую точность регулирования скорости, одна-

Рис. 63. Осциллограммы заданной скорости и3, фактической скорости

сигнала рассогласования Аи и тока i тиристорного асинхронного электро­ привода с замедлением в режиме динамического торможения при регулиро­ вании скорости /7-регулятором с коэффициентом усиления £рс=5,5

ко качество регулирования оказывается невысоким (рис. 63). Это объясняется как влиянием электромагнитных переходных процессов в асинхронном двигателе, особенно сильно проявляю­ щихся после включения двигателя, так и сильным влиянием помех (в частности оборотных пульсаций сигнала фактической1 скорости).

5. Необходимую точность регулирования скорости можно по­ лучить при использовании регулятора скорости пропорциональ­ но-интегрального типа {ПИ-регулятора). При этом лучшие ре­ зультаты получены в наиболее ответственном интервале — за­ медления— при использовании торможения противовюпочением. Выбирать параметры ПИ-регулятора следует так, чтобы процесс регулирования был апериодическим, т. е., как это пока­ зано в п. 4.8, интегральная составляющая в напряжении* управления должна быть относительно небольшой (рис. 64). Осциллограмма подтверждает все основные допущения, приня­ тые при получении передаточной функции асинхронного двига­ теля и контура регулирования скорости, а также при расчете^ параметров ЯЯ-регулятора в п. 4.8. Пульсации сигналов Дм и с объясняются, как и на рис. 63, оборотными пульсациями сигна­ ла тахогенератора и&

T T

6. Устройство пониженной скорости, основанное на фазовом ^принципе управления, оказалось работоспособным. Была полу­ чена устойчивая пониженная в 3—4 раза по отношению к но­ минальной скорость движения в замкнутой системе регулиро­ вания. Однако качество регулирования скорости при пуске, ус­ тановившемся движении и замедлении оказалось невысоким, а ток в обмотке статора превышал номинальный (рис. 65, а).

7. Устройство пониженной скорости, основанное на питании ^асинхронного двигателя напряжением пониженной частоты (16,67 Гц), обеспечивает получение пониженной скорости при -разомкнутом контуре регулирования скорости. Были проверены два варианта устройства: а) с нерегулируемым двухфазным пус­ ком и нерегулируемым установившимся движением при одно­ фазном питании напряжением пониженной частоты; б) с регу- -лируемым трехфазным пуском при частоте 50 Гц и нерегулируе­ мым установившимся движением при однофазном питании на­

пряжением пониженной частоты (16,67 Гц). Осциллограммы '.величии, характеризующих процесс работы по первому вариан- 'ту, приведены на рис. 65, б и рис. 66. На этих осциллограммах

Рис. 65. Осциллограммы работы узла пониженной скорости:

а — при фазовом управлении; б — при питании двигателя пониженной частот» (16,67 Гц)

i — ток в рабочей обмотке, in — ток в пусковой обмотке, — сигнал фактической скорости. Осциллограммы подтверждаюг теоретические выводы, сделанные в п. 3.3, относительно питания; двигателя напряжением пониженной частоты (16,67 Гц). Недо­ статком первого варианта является уменьшение пускового мо­ мента по сравнению с трехфазным пуском. Поэтому при проек­ тировании тиристорного асинхронного электропривода следуеториентироваться на второй вариант устройства пониженной ско­ рости, т. е. в алгоритме управления предусматривать трехфаз­ ный регулируемый пуск при частоте 50 Гц, а при достижении!