Модернизация электропривода грузового лифта грузоподъемностью 2 тонны

Т1 = б1 Tм

На рис. 26 показаны реакции САР на ступенчатое задающее воздействие при различных соотношениях постоянной времени интегрирующего звена регулятора и некомпенсируемой постоянной времени. При выборе коэффициента б1 <<l т.е. при Т1 <<Tм реакция системы на типовое задающее воздействие протекает относительно быстро, но имеет сильно колебательный характер (кривая 1). При выборе б1>>1, т.е. Т1 >>Tм переходный процесс протекает гораздо медленнее и носит апериодический характер (кривая 3). Оптимальным вариантом настройки регулятора считается такой, при котором б1 =2, то есть Т1= Tм,

Рис. 26 Реакции САР на ступенчатое задающее воздействие при различных вариантах настройки регулятора

Этот вариант настройки регулятора по существу является компромиссным, удачно сочетающим достаточно высокую скорость протекания процесса с одной стороны и небольшое перерегулирование с другой (кривая 2 рис. 26). Такой вариант настройки системы носит специальное название; настройка на технический или модульный оптимум. Рассмотрим подробнее основные свойства системы, настроенной на модульный оптимум. С этой целью проведем эксперимент, схема которого и зображена на рис. 27

Рис.27. Схема эксперимента

Математически эксперимент описывается следующим образом. Пусть входной сигнал представляет собой единичную ступенчатую функцию времени:

X1*(t)=1(t)

Тогда при нулевых начальных условиях реакция САР описывается следующим выражением:

Рис. 28. График переходного процесса при настройке первой САР на модульный оптимум

График переходного процесса, характеризующего реакцию САР на скачок управляющего воздействия, изображен на рис. 28

Основные показатели переходного процесса при настройке системы на модульный оптимум следующие:

время первого согласования 4.7T м

время достижения максимума 6.28 T м

время достижения зоны 5% 4.1 T м

отклонения время достижения зоны 1% 8 T м

отклонения перерегулирование 4.3 T м

На практике эти показатели служат определенным стандартом, которому должна удовлетворять оптимально настроенная система.

Таким образом, оптимальная настройка регулятора обеспечивает переходный процесс с незначительным перерегулированием у = 4.3% и реальной длительностью отработки задания (оцениваемой по времени достижения максимума) порядка 6.28 T м.

Отсюда следует важный вывод о том, что благодаря компенсирующему действию регулятора быстродействие системы не зависит от параметров объекта регулирования и полностью определяется выбранной величиной базовой (некомпенсируемой) постоянной времени T м. Поэтому величина T м

может быть использована в качестве инструмента для достижения необходимого быстродействия САР при сохранении стандартного перерегулирования.

Для синтеза последующих регуляторов необходимо определение передаточной функции замкнутой системы регулирования величины как элемента, подчиненного следующему регулятору. Сначала найдем передаточную функцию разомкнутой системы:

В итоге получаем выражение, характеризующее стандартную передаточную функцию разомкнутой системы, настроенной на модульный оптимум:

Пользуясь известной из теории автоматического регулирования [5] формулой замыкания системы единичной отрицательной обратной связью

найдем передаточную функцию замкнутой системы, настроенной на модульный оптимум:

Это выражение можно представить в так называемой канонической форме

Она характеризует рассмотренную САР, как оптимально демпфированную систему второго порядка с постоянной времени И1 = и коэффициентом демпфирования

8. Системы регулирования тока якоря

В структуре многоконтурной системы подчиненного регулирования система регулирования тока якоря является внутренней САР, непосредственно воздействующей на силовую часть электропривода как объект регулирования.

8.1 Функциональная схема САР тока якоря

Рассмотрим сначала простейшую систему регулирования тока якоря двигателя, функциональная схема которой приведена на рис. 29

Рис. 29 Функциональная схема САР тока якоря

Здесь приняты следующие условные обозначения основных элементов системы:

РТ - регулятор тока якоря;

Ф - фильтр, ограничивающий полосу пропускания САР;

СПА - силовой преобразовательный агрегат;

ДТ - датчик тока якоря;

Д - двигатель постоянного тока независимого возбуждения.

Условные обозначения сигналов:

iя* - заданный ток якоря:

ia - фактический гок якоря;

uy - управляющее воздействие на входе СПА.

8.2 Синтез регуляторов тока якоря

Для синтеза регулятора воспользуемся математической моделью системы регулирования тока якоря, изображенной на рис. 30.

Рис. 30. Математическая модель Сар тока якоря

Типовая методика синтеза ориентирована на трехзвенную структуру прямого тракта САР. Поэтому для данной системы звено объекта имеет следующую передаточную функцию по управлению:

Особенность звена объекта состоит в том, что оно подвержено действию не только прямой связи с регулятором тока, но и внутренней обратной связи объекта по ЭДС якоря двигателя. Иными словами, структура объекта в данном случае не полностью соответствует идеализированной структурной схеме рис. 25. В первом приближении пренебрежем влиянием внутренней обратной связи по ЭДС. Кроме того, будем считать, что в цепи обратной связи но току используется безынерционный датчик с коэффициентом передачи Кдт = 1.

Согласно типовой методике передаточная функция регулятора тока якоря

где Тi=2Тм, что соответствует условию настойки САР на модульный оптимум.

В итоге получаем регулятор тока со следующей передаточной функцией:

Данной передаточной функции соответствует следующая структурная схема регулятора:

Рис 31 Структурная схема регулятора тока

Таким образом, в результате применения стандартной методики получен регулятор тока ПИ - типа.

Использованная стандартная методика не учитывает влияния ЭДС двигателя на процессы регулирования тока. Однако в действительности такое влияние объективно существует, поскольку ток в цепи якоря зависит не только от ЭДС силового преобразовательного агрегата, но и от противо-ЭДС двигателя. В структуре математической модели силовой части это влияние отражается внутренней обратной связью по ЭДС двигателя. Рассмотрим подробнее вопросы учета внутренней обратной связи по ЭДС при синтезе САР тока якоря.

8.3 Анализ свойств САР тока якоря

Предположим сначала, что вал двигателя заторможен, то есть щ = 0. Очевидно, что при этом ЭДС якоря двигателя ед = ц. Пусть на вход САР тока якоря подается ступенчатый сигнал задания

Наблюдение ведется за фактическими значениями тока iя. Для определения реакции САР на данное воздействие найдем сначала передаточную функцию разомкнутой, а затем замкнутой системы.

Полученные выражения совпадают с выражениями рассмотренных ранее стандартных передаточных функций первого (внутреннего) контура обобщенной структурной схемы СПР.

Следовательно можно утверждать, что реакция САР тока на внешние воздействия должна соответствовать стандартам, принятым для первой системы, настроенной на модульный оптимум.

Такой результат мы действительно получим в том случае, если вал двигателя заторможен. При незаторможенном состоянии двигателя реакция САР тока на скачок задания вызывает разгон двигателя под действием развиваемого им электромагнитного момента, который пропорционален току якоря. С ростом скорости пропорционально увеличивается ЭДС двигателя. Вследствие влияния ЭДС реакция САР тока будет отличаться от стандартной (кривая 1 рис, 33.). Здесь же для сравнения приведена кривая 2 изменения тока при заторможенном состоянии двигателя, которая соответствует принятому стандарту.

Анализ реакции системы с учетом влияния ЭДС показывает, что установившееся значение тока якоря определяется формулой:

Из формулы видно, что установившееся значение тока меньше, чем установившееся значение задания. Таким образом, вследствие влияния ЭДС двигателя система регулирования тока со стандартным ПИ-регулятором, синтезированным без учета влияния ЭДС, теряет астатизм по управляющему воздействию.

Данное явление объясняется (см. рис. 33) непрерывным увеличением скорости и соответственно величины противо-ЭДС незаторможенного двигателя. Ток якоря зависит как от ЭДС преобразователя, так и от ЭДС двигателя. Поэтому компенсация влияния на ток якоря непрерывно растущей величины ЭДС двигателя в принципе возможна лишь путем соответствующего непрерывного увеличения ЭДС преобразователя. Для этого требуется непрерывное увеличение выходного сигнала регулятора тока. Такое увеличение сигнала регулятора тока в установившемся режиме в принципе возможно лишь за счет действия его интегральной части при наличии ненулевой установившейся ошибки на его входе. Именно поэтому, несмотря на наличие в структуре регулятора интегральной компоненты, возникает определенное установившееся рассогласование между заданным и фактическим значениями тока якоря. Иными словами, в условиях непрерывного изменения ЭДС двигателя ресурсы интегральной части регулятора полностью расходуются на поддержание постоянства тока. На полную ликвидацию установившейся ошибки по току их уже не достаточно.

Установившаяся ошибка САР тока зависит от соотношения параметров Тм и Tj. Как следует из формулы, при одном и том же значении Тм ошибка будет тем меньше, чем меньше Tj. Поэтому повышение быстродействия регулятора тока обеспечивает улучшение точности САР.

При одном и том же значении Tj ошибка будет тем меньше, чем больше Тм, т.е. чем более инерционна электромеханическая система, медленнее изменяется во времени скорость и соответственно ЭДС.

При благоприятном соотношении параметров (при Тм>> Tj) переходный процесс незначительно отличается от стандартного и поэтому типовой

ПИ-регулятор тока оказывается приемлемым.

При неблагоприятных соотношениях параметров различие процессов регулирования тока при заторможенном и незаторможенном состояниях двигателя может оказаться недопустимо большим. В этом случае применяют усовершенствованные САР тока, реализующие принцип комбинированного регулирования.

Заключение

В настоящее время отмечается непрерывный рост парка лифтов при устойчивой тенденции поиска новых конструктивных решений, отражающих требования рынка и научно-технические достижения в различных отраслях промышленности.

Совершенствуются организационные формы и технические средства службы эксплуатации лифтов. Серьезное внимание уделяется вопросам повышения производительности и качества монтажных работ.

Жесткая конкуренция на внутреннем и мировых рынках, расширяющийся спектр потребностей заказчиков лифтового оборудования, служат хорошим стимулом поиска более эффективных технических решений.

Можно отметить следующие основные тенденции развития лифтостроения.

Совершенствование конструкции всех систем оборудования лифта с целью снижения уровня шума и вибрации в здании и в кабине лифта.

Расширение сферы применения наружной установки лифтов в углублении наружных стен жилых и административных зданий башенного типа.

Повышение надежности устройств, обеспечивающих безопасное применение лифтов.

Совершенствование систем привода и расширение области применения привода переменного тока с тиристорным и амплтудно-частотным управлением.

Совершенствование систем управления на основе достижений промышленной электроники и микропроцессорной техники.

Расширение масштабов применения гидравлических лифтов плунжерного типа с канатными мультипликаторами в зданиях малой и средней этажности.

Комплексное решение проблем внутреннего транспорта зданий и сооружений на основе комбинированного применения лифтов, многокабинных подъемников, эскалаторов и пассажирских конвейеров.

Широкое использование методов унификации и стандартизации с целью повышения качества изготовления, снижения стоимости массового производства и эксплуатационных затрат.

Расширение практики модернизации действующего лифтового оборудования.

Повышение эффективности системы технического обслуживания лифтов на основе применения современных методов компьютерной обработки информации и управления в сочетании с внедрением микропроцессорной системы самодиагностики лифтового оборудования.

Совершенствование технологии изготовления лифтового оборудования на основе роботизации производственных процессов.

Повышение эффективности и качества монтажа лифтового оборудования на основе совершенствования технологии и механизации трудоемких процессов.

В последнее время наметилась устойчивая тенденция к применению частотно-регулируемых электроприводов в лифтах как в нашей стране, так и за рубежом. Это обстоятельство объясняется следующим. Использование регулируемых приводов в лифте позволяет значительно повысить показатели комфортности работы лифта из-за эффективного ограничения ускорений и рывков. При этом пассажиры практически не ощущают движения. В свою очередь, обеспечиваемые частотно-регулируемым приводом плавные переходные процессы приводят к значительному снижению динамических нагрузок в элементах кинематической цепи привода, что позволяет повысить надежность и долговечность работы механического оборудования лифта, исключает необходимость частой замены редуктора, канатоведущего шкива, тормозных колодок, электродвигателя и элементов подвески противовеса при эксплуатации лифта. Причиной, определившей широкое применение регулируемого привода в лифтах, является снижение энергопотребления на 40... 60 % [18], которое достигается в основном значительным снижением момента инерции лебедки главного привода за счет удаления маховика с ведущего вала.

Применение ППЧ позволяет использовать в лифтах односкоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором общего назначения. Маховый момент ротора таких двигателей на порядок меньше аналогичных лифтовых двухскоростных двигателей, а стоимость их в 3 -- 4 раза ниже по сравнению с двухскоростными.

Таким образом, экономический эффект от внедрения частотно-регулируемого электропривода в лифтах складывается из экономии электроэнергии и снижения эксплуатационных затрат.

Список использованной литературы

1. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: Учеб. для вузов.- 6-е изд., доп. и перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1981.- 576 с.

2. Томашевский Н.И. и др. Типовые задания к курсовому проекту по основам электропривода - Свердловск: Изд-во Свердл. инж.-пед. ин-та, 1989. - 48 с.

3. Евзеров И.Х. и др. Комплектные тиристорные электроприводы: Справ.; Под. ред. В.М. Перельмутера.- М.: Энергоатомиздат, 1988. - 319 с.

4. Шрейнер Р.Т. Системы подчиненного регулирования электроприводов. Ч. 1: Электроприводы постоянного тока с подчиненным регулированием координат: Учеб. пособие для вузов. - Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 1997.- 279 с.

5. Прайс-лист НПО «Электропроект» от 28.04.2004г. (www.elp.ru)

6. Савицкая Г.В. Методика комплексного анализа хозяйственной деятельности: Краткий курс.-М.:ИНФРА-М, 2003.

7. ГОСТ 12.1.019-79. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты. М.: Издательство стандартов, 1998. - 48 с.

8. Правила устройства электроустановок. 7-е изд., - М.: Энергоатомиздат, 2008 - 648 с.

9. ГОСТ 12.4.011-89 Средства защиты работающих. Общие требования и классификация. http://vsegost.com/Catalog/11/11167.shtml

10. ГОСТ 22011 - 95 Лифты пассажирские и грузовые. Технические условия.

11. Чуватов А.Б., Бойков Р.Р. Внедрение энергосберегающих технологий при модернизации лифтового оборудования //Подъемно-транспортное оборудование. -- 2000. -- № 2. -- С. 11 --12.

Размещено на Allbest.ru