涡流制动器调速系统技术方案

本发明专利技术是一种用于起重机起升机构的涡流制动器调速系统，对它稍作修改，还可用于调速性能要求高的行走、变幅、回转等机构。本发明专利技术采用检测感应电动机的转子频率，并将其频率快速地转换成电压的技术方案。还在转速闭环的基础上，增设了克服涡流制动器电惯性的电流环，为了确保系统的安全可靠，再增设励磁电流快速上升补偿环节、励磁电流全过程监控环节及停顿制动环节。该系统的调速性能可达到调速比１∶１０，速度变动率±△ｎ％≤±１．５％。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机电制动器范畴，是一种以感应电动机的转子频率作为转速反馈的转速、电流双闭环的涡流制动器调速系统。涡流制动器闭环调速系统的调速原理，是通过转速的给定值信号与实际值信号比较后，令系统增减涡流制动器的励磁电流来调节涡流制动器的制动转矩。闭环系统在给定转速条件下，涡流制动器的制动转矩MW必须与电动机产生的电动转矩MD及吊重折合到电动机轴上的负载转矩Mfz平衡。即MW＝MD±Mfz（Mfz上升时为“-”，下降时为“+”）。为此，调速系统自动地调节励磁电流，即可使控制对象（起升机构）按给定的转速运行。现有涡流制动器调速系统在技术上有四点不足：1、现有技术中的测速装置，其转速实际值的检测方式，普遍采用测速发电机或检测转子电压的方式。美国专利NO.3886255介绍了采用交流测速发电机检测转速的调速传动装置。其测速机不仅造价高，而且有机械磨损，同时安装困难，需要经常维护保养。另外，当机构运行在10%或20%额定转速时，发电机处于低速情况下运行。由于速度低，降低了测速机的测速精度，影响调速性能。大连低压开关厂1984年QD-100型涡流制动器自动控制装置，是采用检测感应电动机转子电压，间接地检测转速的例子。-->我们知道，感应电动机的转子电压与定子电压一样，受厂房电压波动的影响及厂房滑线上电压降的影响。因此，这种方式大大地降低了测速精度，影响了调速性能。2、现有技术中没有很好地克服涡流制动器的电惯性。上述美国专利及大低厂的装置，都是转速单闭环系统，即转速给定值与实际值比较后，产生的差值经速度调节器，令可控硅整流装置控制流经涡流制动器的电流，从而达到速度调节的目的。我们知道，涡流制动器的励磁绕组有较大的电感量，即电惯性时间常数较大。在这种情况下，转速环虽有输出，但励磁电流不能快速响应。因此，上述单闭环系统的起升机构，为了防止重物下溜，采用消极等待涡流制动器的励磁电流上升到规定值后（约等待1～2秒），才允许松开机械制动器的闸皮。这给司机操作带来了麻烦。3、现有技术中没有对励磁电流进行全过程监控。上述美国专利及大低厂的装置，主要在起动瞬间对励磁电流实行监控，而在运行过程中没有设置励磁电流监控环节。这样，一旦运行过程中励磁电流丢失，电机将加速到1.5no（no为同步转速）后，由超速开关发出信号令机械制动器制动。这种制动方法，其安全可靠性差。特别是对使用长时间后的起升机构，在满负荷情况下运行时，一旦励磁电流丢失，可能会发生严重事故。4、现有技术中没有设置减少闸皮磨损的停顿制动环节，司机操作停车时，往往把主令控制器的手把从高速档直接拉回到零位档。-->这时，机械制动器从高速强行制动到停止，因此制动器闸皮磨损快，制动不平稳。本专利技术的目的是克服已有技术的不足，提出一种新颖的涡流制动器调速系统。该系统的调速性能可达到调速比1∶10，速度变动率±△n%≤±1.5%，（±△n%＝±△n/no×100%）。而且具有动态响应快，系统操作方便，闸皮磨损少，低速运行时性能稳定以及起制动平稳等优点。本系统除了用于起重机起升机构外，稍作修改，还可用于有高调速要求的行走、变幅、回转等机构。本专利技术针对现有技术的不足，提出在涡流制动器调速系统中，采用检测感应电动机的转子频率，并将其频率快速地转换成电压的技术方案。我们知道，当电网频率正常时，感应电动机的转子频率与转速成线性地减少的关系。我国规定50HZ电网频率的最大误差为±0.5HZ。即精度为±1%。我国同样规定电网电压波动以及厂房滑线上的压降，其电压最大波动值可达-15%UE。如以最大误差进行比较，频率比电压精确15倍。为此，只要检测转子的频率并把它转换成电压，即可得到精度较高的转速反馈信号。我们还知道，当电动机运行在10%或20%同步转偈保杏Φ缍淖悠德手挥?0HZ或30HZ。因此，将这种频率转换成电压，如果还要保持一定的精度，其转换的时间常数较大。对这种较大的滞后时间常数，如不很好处理，将影响系统的正常运行。本发-->明提出在涡流制动器调速系统中，充分利用感应电动机转子也具有三相的特点，采用三相桥式整流并整形。这时转子频率与仅利用单相整流并整形后的半波比较，它已等效地增加到六倍。为此，频率转换成电压的时间常数，就减少成为原来的1/6。按此试制三相式小时间常数的转子频率电压转换器，并设计相应的控制电路，便可获得时间常数小，精度高的转速反馈信号。为了克服涡流制动器的电惯性，设置电流环及励磁电流快速上升补偿环节。众所周知，涡流制动器的励磁绕组的电感量较大，它延缓励磁电流的快速上升。为此，专门设置了电流环，由它包围励磁绕组的电惯性，构成一个电流反馈校正环节。由于有了电流环，励磁绕组的电惯性时间常数减小了，这就加快了励磁电流的上升速度。但是，在起动瞬间，电流环中减小的电惯性时间常数还程度不同地延缓着励磁电流的快速上升。为了确保处于自由落体的工件（起动瞬间机械制动器已松开闸皮）不产生向下溜动的现象，故再增设励磁电流快速上升的补偿环节。这样，在起动瞬间，电流环还来不及发挥作用时，补偿环节已令涡流制动器产生足以防止工件下溜的制动转矩。起动后，当转速环有了输出，整个调速系统按给定速度运行。这样，当司机把主令控制器手把放在调速档操作时，起升机构能够既快速又正确地把工件停留在所需停的位置上。为了避免产生超速，增设励磁电流全过程监控环节。双环系统除了在起动瞬间对励磁电流实行监控外，还增设下降调速档运行时-->的监控环节。当系统在调速档（假定0.2no）运行时，万一励磁电流丢失，系统在0.2no便发出事故信号，并令机械制动器制动。要实现全过程监控，需试制电流监控继电器及设计相应的控制电路。为了减少闸皮磨损，增设停顿制动环节。起重机的起升机构经常处于电机额定转速（高速）情况下运行。当停车时，司机的操作经常是从高速档直接拉到零位档。即机械制动器要从高速强行制动到停车为止。这种制动方式闸皮磨损快，制动性能差。为此，增设停顿制动环节来弥补已有技术的不足。增设停顿制动环节后，司机再直接从高速档拉到零位档后双环系统便发挥了电流环的作用。电流环调节涡流制动器的制动转矩，使起升机构按等减速度进行制动。当制动到10%额定转速后，再由机械制动器制动到停止。这样不仅避免了闸皮的快速磨损，又可利用液压推捍制动器，使制动性能十分平稳。为此，试制速度监控继电器及设计相应的控制电路，便可获得停顿制动环节。本专利技术还可以通过下面的实施例，参照附图进一步加以说明。图1是起升机构的转速、电流双闭环涡流制动器调速方框图。图2是起升机构的转矩、转速特性图。图3是起升机构上升时转矩、转速特性图。图4是起升机构下降时转矩、转速特性图。上升过程：起动时，除了防止工件不下溜外，又要追求系统的快速性。因此，当反馈电压UFn大于给定电压UGn时，速度调节器由于有二极管-->钳位而没有输出，电流调节器就没有输入。但励磁电流快速上升补偿环节UBS已有电压，UBS令涡流制动器快速流过一规定电流值，此电流令电流监控继电器动作后，即令机械制动器打开，调速系统立即投入工作。调速档“1”运行时，机构按图3中上升特性曲线（3）加速，直到UFn小于UGn时，速度调节器饱和输出，电流调节器工作。电流调节器调节涡流制动器的励磁电流，使涡流制动器的制动转矩MW＝MD-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡流制动器调速系统，是利用检测感应电动机转子电压作为转速反馈信号的转速单闭环系统，当转速给定值与实际值比较后产生差值时，此差值经速度调节器，令可控硅整流装置调节涡流制动器的制动转矩，使系统在给定转速下运行，其特征在于所述的调整速系统是在转速闭环的基础上，增设了克服涡流制动器电惯性的电流环，为了确保系统的安全可靠，再增设励磁电流快速上升补偿环节、励磁电流全过程监控环节及停顿制动环节，所述的转速闭环的转速反馈信号，是采用检测感应电动机的转子频率，并将频率快速转换成电压的测速方法。

【技术特征摘要】
1、一种涡流制动器调速系统，是利用检测感应电动机转子电压作为转速反馈信号的转速单闭环系统，当转速给定值与实际值比较后产生差值时，此差值经速度调节器，令可控硅整流装置调节涡流制动器的制动转矩，使系统在给定转速下运行，其特征在于所述的调速系统是在转速闭环的基础上，增设了克服涡流制动器电惯性的电流环，为了确保系统的安全可靠，再增设励磁电流快速上升补偿环节、励磁电流全过程监控环节及停顿制动环节，所述的转速闭环的转速反馈信号，是采用检测感应电动机的转子频率，并将频率快速转换成电压的测速方法。2、按照权利要求1所述的涡流制动器调速系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：常瑞康，陶新明，刘大淮，
申请(专利权)人：太原重型机器厂，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]