RU2314450C1

RU2314450C1 - Control device of valving electric drive

Info

Publication number: RU2314450C1
Application number: RU2006117138/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Черемисин (RU); Виктор Николаевич Черемисин; Александр Сергеевич Каракулов (RU); Александр Сергеевич Каракулов; Антон Александрович Антропов (RU); Антон Александрович Антропов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "ТРАНСНЕФТЬ"; Открытое акционерное общество "Магистральные нефтепроводы Центральной Сибири"
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2008-01-10

Abstract

FIELD: chemical and petrochemical industries.

SUBSTANCE: invention is designed for control devices of electric drives of valves, cocks, gates in transportation of oil and oil products. Proposed valve electric drive control device has optomechanical position sender and contactless voltage switch. Torque unit is made for calculating torque on shaft of induction motor as function of stator current of induction motor in electric drive, rotor speed, and current frequency, with possibility of calculating torque at output of electric drive transfer mechanism according to relationship M=K_tx M_im where M is torque at output of electric drive transfer mechanism, K_t = α x K_r, K_t is torque gain factor, α is correction factor taking into account state of electric drive and type of transmission, K_r is transfer ratio of transfer mechanism, M_im is torque on shaft of induction motor, with possibility of setting maximum torque at output of electric drive transfer mechanism. Rotor speed of induction motor for torque unit is found by readings of optomechanical position sender.

EFFECT: simplified design, reduced overall dimensions, increased reliability.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам управления электроприводами запорной арматуры (задвижек, клапанов, кранов). Изобретение может быть использовано на трубопроводах при транспорте нефти, нефтепродуктов, в химической и нефтехимической отраслях.The invention relates to control devices for electric valves (valves, valves, taps). The invention can be used on pipelines in the transport of oil, petroleum products, in the chemical and petrochemical industries.

Известно устройство управления электроприводом (патент РФ на изобретение №2154219, F16K 31/05, опубликованное 10.08.2000, бюллетень №22), содержащее кулачковую муфту ограничения крутящего момента, преобразователь и соединенное с ним регистрирующее устройство. Преобразователь кинематически связан с муфтой ограничения крутящего момента. Муфта ограничения крутящего момента выполнена в виде подпружиненной подвижной и неподвижной полумуфт. При возрастании величины крутящего момента на выходном валу электропривода осевое перемещение подвижной полумуфты передается преобразователю, который при соответствующей механически заданной в нем величине крутящего момента для данного направления вращения вала механически воздействует на регистрирующее устройство. Регистрирующее устройство срабатывает и отключает электрическое питание электродвигателя. Недостатком этого устройства является неточность отключения электродвигателя муфтой по отношению к заданному крутящему моменту и непредусмотренное срабатывание муфты при запуске привода.A control device for an electric drive is known (RF patent for the invention No. 2154219, F16K 31/05, published on 08/10/2000, Bulletin No. 22) comprising a torque limiting cam clutch, a converter, and a recording device connected to it. The converter is kinematically coupled to a torque limiting clutch. The torque limiting coupling is made in the form of a spring-loaded movable and fixed coupling halves. When the magnitude of the torque on the output shaft of the electric drive increases, the axial movement of the movable coupling half is transmitted to the converter, which, with the corresponding mechanically specified amount of torque for a given direction of rotation of the shaft, mechanically acts on the recording device. The recording device activates and turns off the electrical power to the electric motor. The disadvantage of this device is the inaccuracy of disabling the motor with the coupling in relation to a given torque and the unexpected operation of the coupling when the drive starts.

Погрешность отключения составляет от 40 до 100%. Кроме того, после отключения электродвигателя от сети детали электропривода испытывают ударную нагрузку, что приводит к их сотрясению и износу и снижает надежность работы и срок службы электропривода. Муфта излишне нагружает шпиндель запорной арматуры за счет инерции вращающихся деталей и создает ударные нагрузки на деталях электропривода и на арматуре.The shutdown error is from 40 to 100%. In addition, after the electric motor is disconnected from the mains, the parts of the electric drive experience an impact load, which leads to shock and wear and reduces the reliability and service life of the electric drive. The clutch unnecessarily loads the spindle of the shutoff valves due to the inertia of the rotating parts and creates shock loads on the parts of the actuator and on the valve.

Известно устройство управления электроприводом, описанное в Руководстве по хранению, установке и техническому обслуживанию «Приводы для трубопроводной арматуры и системы контроля» (фирма BIFFI, Италия, 1994 г.). Устройство содержит электромеханическую муфту ограничения крутящего момента и потенциометрический датчик положения выходного звена редуктора, при этом муфта и датчик снабжены механизмами настройки срабатывания выключателей электродвигателя соответственно при определенном моменте и при определенном положении.A drive control device is known that is described in the Storage, Installation and Maintenance Manual “Valves for Pipe Fittings and Control Systems” (BIFFI, Italy, 1994). The device comprises an electromechanical torque limiting clutch and a potentiometric position sensor of the gearbox output link, while the clutch and the sensor are equipped with mechanisms for adjusting the operation of the motor switches, respectively, at a certain moment and at a certain position.

Недостатками этого устройства вследствие использования электромеханической муфты ограничения крутящего момента являются неточность отключения электродвигателя, наличие ударной нагрузки на детали электропривода и на арматуру при отключении электродвигателя от сети, что приводит к их износу, снижению надежности работы и срока службы. Задание предельного крутящего момента требует удаления кожуха с этого механизма, делая устройство неудобным в эксплуатации.The disadvantages of this device due to the use of an electromechanical torque limiting clutch are the inaccuracy of disabling the electric motor, the presence of shock loads on the parts of the electric drive and valves when the electric motor is disconnected from the mains, which leads to their wear and tear, reduced reliability and service life. Setting the maximum torque requires removing the casing from this mechanism, making the device inconvenient to operate.

Недостатком потенциометрического датчика положения выходного звена редуктора является переменная точность измерения, зависящая от пути, пройденного им. Так, точность измерения потенциометрического датчика падает при малом пути прохождения по гиперболической функции.The disadvantage of the potentiometric position sensor of the output link of the gearbox is the variable measurement accuracy, depending on the path traveled by it. So, the measurement accuracy of the potentiometric sensor decreases with a small path along the hyperbolic function.

Известно устройство управления электроприводом, описанное в Рекламном проспекте «Приводы Роторк класса IQ. Новое поколение интеллектуальных необслуживаемых трехфазных электрических приводов» (публикация 110 R, издание 12/2000 г., фирма Роторк, Великобритания, США). Устройство содержит датчик положения затвора выходного звена редуктора электропривода, датчик крутящего момента. Датчиком положения является магнито-импульсный счетчик, основанный на эффекте Холла. Датчик положения преобразует количество оборотов на валу электродвигателя в электрический сигнал, который сравнивается с заданными конечными положениями. Датчик положения питается от электрической сети. При отсутствии питания от сети архивацию данных и калибровку конечных положений выходного звена редуктора поддерживает электрическая батарея. Датчик крутящего момента выполнен как пьезодатчик. Осевая нагрузка вала червяка электродвигателя с помощью пьезодатчика преобразуется в электрический сигнал, прямо пропорциональный развиваемому крутящему моменту в электроприводе и сравниваемый с заданным сигналом предельного крутящего момента.A device for controlling an electric drive is described in the brochure “Rotorque Class IQ Drives. A New Generation of Intelligent Maintenance-Free Three-Phase Electric Drives ”(Publication 110 R, 12/2000 Edition, Rotork, UK, USA). The device comprises a shutter position sensor of the output link of the electric drive gearbox, a torque sensor. The position sensor is a magnetic pulse counter based on the Hall effect. The position sensor converts the number of revolutions on the motor shaft into an electrical signal, which is compared with the specified end positions. The position sensor is powered by the mains. In the absence of power from the network, an electric battery supports data archiving and calibration of the final positions of the output link of the gearbox. The torque sensor is designed as a piezoelectric sensor. The axial load of the worm shaft of the electric motor with the help of a piezoelectric transducer is converted into an electrical signal that is directly proportional to the developed torque in the electric drive and compared with a given signal of the limiting torque.

Недостатками этого устройства являются следующие. При израсходовании ресурса электрической батареи и работе с ручным дублером в датчике положения утрачивается калибровка конечных положений, и требуется новая калибровка. Осевая нагрузка вала червяка электродвигателя может быть распределена неравномерно, что влияет на точность работы датчика крутящего момента.The disadvantages of this device are as follows. When the resource of the electric battery is exhausted and when working with a manual backup in the position sensor, the calibration of the end positions is lost, and a new calibration is required. The axial load of the worm shaft of the electric motor can be distributed unevenly, which affects the accuracy of the torque sensor.

Известно устройство управления электроприводом, описанное в Рекламном проспекте «Защита, контроль и мониторинг электроприводов Accutronix МХ» фирмы Limitorque Corporation, 2000 г. и выбранное в качестве наиболее близкого аналога. Устройство содержит оптомеханический датчик положения выходного звена передаточного механизма, датчик крутящего момента. Оптомеханический датчик положения является энкодером абсолютного положения (патент США №5640007, G01D 5/347). Сенсорный механизм энкодера включает светоизлучатель и светоприемник (фототранзисторы), которые определяют диапазон кодовых связей, обеспеченных между парой энкодерных колес, чье вращение согласуется с вращением вала (ротора) электродвигателя. Оптомеханический датчик положения энергонезависим от электропитания, то есть отсутствие какого-либо питания у датчика положения не влияет на определение им положения выходного звена передаточного механизма. Датчик крутящего момента определяет «работу на упор», то есть работает по принципу, например, тензодатчика или пьезодатчика. Это устройство обладает следующими недостатками. Наличие датчика крутящего момента приводит при установке устройства на электропривод к вмешательству в конструкцию передаточного механизма (редуктора) и к усложнению, увеличению габаритов и снижению надежности передаточного механизма и электропривода в целом. Кроме того, требуется подбор датчика крутящего момента в зависимости от крутящего момента, на который рассчитан электропривод, а это усложняет сборку электропривода. При использовании подобных датчиков крутящего момента для некоторых типов передаточных механизмов, например, волновых редукторов с промежуточными звеньями, отсутствует линейность в определении крутящего момента в зависимости от нагрузки на электроприводе, что снижает точность определения крутящего момента и надежность работы устройства.A device for controlling an electric drive is known, described in the brochure "Protection, control and monitoring of electric drives Accutronix MX" company Limitorque Corporation, 2000, and selected as the closest analogue. The device comprises an optomechanical position sensor of the output link of the transmission mechanism, a torque sensor. The optomechanical position sensor is an absolute position encoder (US Patent No. 5640007, G01D 5/347). The encoder's touch mechanism includes a light emitter and a light detector (phototransistors), which determine the range of code links provided between a pair of encoder wheels, whose rotation is consistent with the rotation of the shaft (rotor) of the electric motor. The optomechanical position sensor is non-volatile from power supply, that is, the absence of any power supply from the position sensor does not affect its determination of the position of the output link of the transmission mechanism. The torque sensor determines "stop operation", that is, it works on the principle of, for example, a strain gauge or a piezoelectric gauge. This device has the following disadvantages. The presence of a torque sensor during installation of the device on the electric drive leads to interference in the design of the transmission mechanism (gear) and to complicate, increase the size and reduce the reliability of the transmission mechanism and the electric drive as a whole. In addition, the selection of a torque sensor is required depending on the torque for which the electric drive is designed, and this complicates the assembly of the electric drive. When using similar torque sensors for some types of transmission mechanisms, for example, wave reducers with intermediate links, there is no linearity in determining the torque depending on the load on the electric drive, which reduces the accuracy of determining the torque and the reliability of the device.

Задачей изобретения является создание устройства управления электроприводом, упрощающего конструкцию, уменьшающего габариты и повышающего надежность работы электропривода.The objective of the invention is to provide a drive control device that simplifies the design, reducing the size and increasing the reliability of the drive.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением по сравнению с наиболее близким аналогом, выражается в создании устройства управления электроприводом, исключающего механическое вмешательство в электропривод элемента устройства, определяющего крутящий момент, а также в повышении точности определения крутящего момента на выходе передаточного механизма электропривода этим элементом независимо от нагрузки, на которую рассчитан электропривод, и для любого типа передаточного механизма.The technical result provided by the invention in comparison with the closest analogue is expressed in the creation of an electric drive control device that eliminates mechanical interference in the electric drive of the element of the device that determines the torque, as well as in improving the accuracy of determining the torque at the output of the transmission mechanism of the electric drive by this element, regardless of the load, for which the electric drive is designed, and for any type of gear mechanism.

Как и наиболее близкий аналог, устройство содержит оптомеханический датчик положения.Like the closest analogue, the device contains an optomechanical position sensor.

В отличие от наиболее близкого аналога устройство содержит бесконтактный коммутатор напряжения, выполненный с возможностью включения в электрическую сеть, питающую асинхронный электродвигатель электропривода, блок крутящего момента, выполненный с возможностью вычисления крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя как функции тока статора асинхронного электродвигателя в электроприводе, частоты вращения его ротора, частоты тока и с возможностью вычисления крутящего момента на выходе передаточного механизма электропривода согласно зависимостиIn contrast to the closest analogue, the device contains a non-contact voltage switch, configured to be included in the electric network supplying the induction motor of the electric drive, a torque unit configured to calculate the torque on the shaft of the induction motor as a function of the stator current of the asynchronous motor in the electric drive, rotational speed its rotor, current frequency and with the possibility of calculating the torque at the output of the electric drive gear ode according to the relationship

М=К_м×М_а.д., гдеM = K _m × M _a.d. where

М - крутящий момент на выходе передаточного механизма электропривода,M - torque at the output of the transmission mechanism of the electric drive,

К_м=α×К_р,K _m = α × K _p

К_м - коэффициент передачи по моменту,K _m - the gear ratio of the moment,

α - поправочный коэффициент, учитывающий состояние электропривода и вид передачи,α - correction factor, taking into account the state of the drive and the type of transmission,

К_р - передаточное число передаточного механизма электропривода,To _p - gear ratio of the gear mechanism of the electric drive,

М_а.д. - крутящий момент на валу асинхронного электродвигателя,M _a.d. - torque on the shaft of the induction motor,

а также с возможностью задания предельного крутящего момента на выходе передаточного механизма электропривода и имеющий первый вход, соединенный с датчиком тока, второй вход, соединенный с оптомеханическим датчиком положения, и выход, соединенный с бесконтактным коммутатором напряжения, задатчик положения, имеющий первый вход задания положения, второй вход, соединенный с оптомеханическим датчиком положения, и выход, подключенный к бесконтактному коммутатору напряжения, при этом устройство выполнено с возможностью определения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя для блока крутящего момента по показанию оптомеханического датчика положения.and also with the possibility of setting the maximum torque at the output of the electric drive transmission mechanism and having a first input connected to a current sensor, a second input connected to an optomechanical position sensor, and an output connected to a contactless voltage switch, a position adjuster having a first position setting input, a second input connected to the optomechanical position sensor and an output connected to the contactless voltage switch, while the device is configured to determine frequencies the rotor of the induction motor for the unit torque as indicated by an optomechanical position sensor.

Блок-схема устройства изображена на чертеже со следующими обозначениями: 1 - оптомеханический датчик положения, 2 - бесконтактный коммутатор напряжения, 3 - блок крутящего момента, 4 - датчик тока, 5 - задатчик положения.The block diagram of the device is shown in the drawing with the following notation: 1 - optomechanical position sensor, 2 - non-contact voltage switch, 3 - torque unit, 4 - current sensor, 5 - position adjuster.

Устройство содержит датчик положения 1. Датчик положения 1 предназначен для определения положения выходного звена передаточного механизма электропривода и выполнен оптомеханическим. Под оптомеханическим понимается датчик, состоящий из ряда оптических дисков, связанных между собой механическими звеньями с различными коэффициентами передач, зависящими от способа кодирования и декодирования (например, код Грея, двоичный код и т.д.).The device contains a position sensor 1. The position sensor 1 is designed to determine the position of the output link of the transmission mechanism of the electric drive and is made optomechanical. Optomechanical refers to a sensor consisting of a number of optical disks interconnected by mechanical links with different gear ratios, depending on the encoding and decoding method (for example, Gray code, binary code, etc.).

Бесконтактный коммутатор напряжения 2 выполнен с возможностью включения в электрическую сеть, питающую асинхронный электродвигатель электропривода, и представляет собой тиристорный или любой другой регулятор напряжения. Бесконтактный коммутатор напряжения 2 служит для плавного торможения асинхронного электродвигателя с последующим прерыванием его электрического питания при поступлении на бесконтактный коммутатор напряжения 2 сигнала с выхода блока крутящего момента 3 о превышении заданного предельного крутящего момента на выходе передаточного механизма электропривода. Плавное торможение асинхронного двигателя снижает износ элементов электропривода и увеличивает надежность его работы.The non-contact voltage switch 2 is configured to be included in the electric network supplying the asynchronous electric motor of the electric drive, and is a thyristor or any other voltage regulator. Contactless voltage switch 2 is used for smooth braking of an asynchronous electric motor with subsequent interruption of its electric power supply when a signal 2 comes out from the output of the torque unit 3 to the contactless voltage switch 2 about exceeding a given maximum torque at the output of the electric drive transmission mechanism. Smooth braking of an induction motor reduces the wear of the drive elements and increases the reliability of its operation.

Блок крутящего момента 3 блок крутящего момента выполнен с возможностью вычисления крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя как функции тока статора асинхронного электродвигателя в электроприводе, частоты вращения его ротора, частоты тока. Средством, обеспечивающим вычисление крутящего момента, является микропроцессор. Микропроцессор производит вычисление крутящего момента на валу асинхронного двигателя М_а.д. в функции таких параметров, как ток статора I, частота тока w_с, частота вращения ротора w_p, например, в соответствии с формулами (1-43) на стр.20 и (1-19) книги авторов Сандлера А.С., Сарбатова Р.С. «Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями». М., «Энергия», 1974 г. часть 1, при этом в данном случае вместо параметра β используется скольжение S, a w_1н=w_c:Torque block 3 torque block is configured to calculate the torque on the shaft of the induction motor as a function of the stator current of the asynchronous electric motor in the drive, the rotational speed of its rotor, and the current frequency. The means for calculating the torque is a microprocessor. The microprocessor calculates the torque on the shaft of the induction motor M _a.d. in the function of parameters such as stator current I, current frequency w _s , rotor speed w _p , for example, in accordance with formulas (1-43) on page 20 and (1-19) of the book by A. Sandler, Sarbatova R.S. "Automatic frequency control of induction motors." M., "Energy", 1974, part 1, and in this case, instead of the parameter β, slip S is used, aw _1н = w _c :

М_а.д.=(m₁×I₁ ²×r₂×S)/(w_c×C(S)),M _a.d. = (m ₁ × I ₁ ² × r ₂ × S) / (w _c × C (S)),

C(S)=r₂ ²/x₀ ²+(1+x₂ ²/x₀ ²)×S²;C (S) = r ₂ ² / x ₀ ² + (1 + x ₂ ² / x ₀ ² ) × S ² ;

гдеWhere

m₁ - число фаз статора асинхронного двигателя,m ₁ - the number of phases of the stator of an induction motor,

I₁ - ток статора асинхронного двигателя,I ₁ is the stator current of an induction motor,

r₂, x₂, x₀ - параметры схемы замещения асинхронного двигателя,r ₂ , x ₂ , x ₀ - parameters of the equivalent circuit of an induction motor,

S - скольжение в асинхронном двигателе, вычисленное по формуле

,S - slip in an induction motor, calculated by the formula

,

w_c - частота тока,w _c - current frequency,

w_p - частота вращения ротора асинхронного электродвигателя.w _p is the rotational speed of the rotor of the induction motor.

Вычисление крутящего момента на валу асинхронного двигателя М_а.д. может производиться по любым другим математическим выражениям, устанавливающим зависимость между крутящим моментом асинхронного двигателя М_а.д. и такими параметрами, как ток статора I, частота тока w_c и частота вращения ротора w_p, например, по формуле (3-129), содержащейся в электронном учебнике «Электрические машины» кафедры электромеханики Московского энергетического института на сайте ИНТЕРНЕТ http://elmech.mpei.ac.ru/em/EM/EM_cont_0.htm, при этом w₁=w_c:Calculation of torque on the shaft of an induction motor M _a.d. can be performed using any other mathematical expressions that establish the relationship between the torque of an induction motor M _a.d. and such parameters as stator current I, current frequency w _c and rotor speed w _p , for example, according to formula (3-129) contained in the electronic textbook Electrical Machines of the Department of Electromechanics of the Moscow Power Engineering Institute on the INTERNET website http: // elmech.mpei.ac.ru/em/EM/EM_cont_0.htm, while w ₁ = w _c :

где m₁ - число фаз статора асинхронного двигателя,where m ₁ is the number of phases of the stator of an induction motor,

U₁ - напряжение питающей сети,U ₁ - voltage of the supply network,

w₁=w_c - частота тока сети,w ₁ = w _c - current frequency of the network,

, где w_c - частота тока, w_p - частота вращения ротора асинхронного электродвигателя,S - slip in an induction motor, calculated by the formula

where w _c is the current frequency, w _p is the rotational speed of the rotor of the induction motor,

c₁ - модуль, равный 1,05÷1,02,c ₁ - module equal to 1.05 ÷ 1.02,

r₁ r₂, x₁, x₂ - параметры схемы замещения асинхронного двигателя.r ₁ r ₂ , x ₁ , x ₂ - parameters of the equivalent circuit of an induction motor.

При вычислении момента, как функции тока, применяется выражение (3-125) из указанного выше источника, связывающее напряжение питающей сети и ток в фазах асинхронного двигателяWhen calculating the moment, as a function of current, expression (3-125) is used from the above source, connecting the supply voltage and the current in the phases of the induction motor

гдеWhere

Z₁, Z₁₂, Z₂ - комплексные сопротивления схемы замещения асинхронного электродвигателя.Z ₁ , Z ₁₂ , Z ₂ are the complex resistances of the equivalent circuit of an induction motor.

Таким образом, для заявленного устройства не имеет значения способ вычисления крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя М_а.д. как функции тока статора асинхронного электродвигателя в электроприводе, частоты вращения его ротора, частоты тока.Thus, for the claimed device does not matter the method of calculating the torque on the shaft of an induction motor M _a.d. as a function of the stator current of an induction motor in an electric drive, the rotational speed of its rotor, and the current frequency.

Блок крутящего момента 3 выполнен также с возможностью вычисления крутящего момента М на выходе передаточного механизма электропривода согласно зависимостиThe torque unit 3 is also configured to calculate the torque M at the output of the transmission mechanism of the electric drive according to the dependence

М=К_м×М_а.д., гдеM = K _m × M _a.d. where

К_м=α×К_р,K _m = α × K _p

К_р - передаточное число передаточного механизма,To _p - the gear ratio of the gear mechanism,

М_а.д. - крутящий момент на валу асинхронного электродвигателя.M _a.d. - torque on the shaft of the induction motor.

Коэффициент передачи по моменту К_м определен с учетом состояния электропривода и вида передачи.The moment transmission coefficient K _{m is} determined taking into account the state of the electric drive and the type of transmission.

Например, для такого вида передачи, как волновая передача с промежуточными звеньями, существуют четыре основных состояния электропривода, которые могут учитываться при расчете крутящего момента М на выходе передаточного механизма:For example, for such a type of transmission as wave transmission with intermediate links, there are four main states of the electric drive, which can be taken into account when calculating the torque M at the output of the transmission mechanism:

1) работа на уплотнение при пуске с ударным приложением момента,1) seal work at start-up with shock application of torque,

2) работа на уплотнение рабочего органа запорной арматуры при пуске с плавным приложением момента,2) work on the sealing of the working body of shut-off valves during start-up with a smooth application of torque,

3) работа в движении,3) work in motion,

4) переход из режима движения в режим работы на уплотнение рабочего органа запорной арматуры.4) the transition from driving mode to operating mode to seal the working body of valves.

Экспериментальным путем установлено, что для этих основных состояний электропривода коэффициент передачи по моменту Км соответственно равен: 0,8К_р; 0,65К_р; 0,9К_р; 0,95К_р, где К_р - передаточное число передаточного механизма, а 0,8; 0,65; 0,9; 0,95 - это поправочный коэффициент α, учитывающий состояние электропривода и вид передачи.It was established experimentally that for these basic states of the electric drive, the transmission coefficient at the moment of Km is respectively equal to: 0.8K _p ; 0.65K _p ; 0.9K _p ; 0.95K _p , where K _p - gear ratio of the gear mechanism, and 0.8; 0.65; 0.9; 0.95 is the correction factor α, taking into account the state of the electric drive and the type of transmission.

Тогда крутящий момент М на выходе передаточного механизма вычисляется в виде кусочно-ступенчатой функции по формуле М=К_м×М_а.д., где М_а.д. - крутящий момент на валу асинхронного электродвигателя.Then the torque M at the output of the transmission mechanism is calculated as a piecewise-step function according to the formula M = K _m × M _a.d. where M _a.d. - torque on the shaft of the induction motor.

Для других видов передач могут быть установлены экспериментальным путем свои коэффициенты передач по моменту К_м, определенные с учетом основных состояний данного вида передачи.For other types of gears, their own gear ratios for the moment K _m determined by taking into account the main states of this type of gear can be experimentally determined.

Блок крутящего момента 3 выполнен с возможностью задания предельного крутящего момента на выходе передаточного механизма электропривода. Задание предельного крутящего момента может быть осуществлено с помощью программируемого оператором микропроцессора, установленного в блоке крутящего момента 3. При этом блок крутящего момента 3 выдает команду на бесконтактный коммутатор напряжения 2, который начинает ограничивать напряжение таким образом, чтобы предельный крутящий момент на выходном звене передаточного механизма электропривода не превысил заданный. Зависимость предельного крутящего момента на выходе передаточного механизма от напряжения питания асинхронного двигателя заносится таблично в память микропроцессора блока крутящего момента 3. Если крутящий момент на выходе передаточного механизма электропривода больше предельного крутящего момента, заданного в блоке 3, то происходит переход электропривода в режим работы на уплотнение рабочего органа запорной арматуры вплоть до остановки и обесточивания асинхронного электродвигателя по сигналу с оптомеханического датчика 1.The torque unit 3 is configured to set the maximum torque at the output of the transmission mechanism of the electric drive. The limit torque can be set using an operator-programmed microprocessor installed in the torque unit 3. In this case, the torque unit 3 issues a command to the contactless voltage switch 2, which starts to limit the voltage so that the maximum torque at the output link of the transmission mechanism electric drive did not exceed the set. The dependence of the maximum torque at the output of the transmission mechanism on the supply voltage of the induction motor is tabulated in the memory of the microprocessor of the torque unit 3. If the torque at the output of the transmission mechanism of the electric drive is greater than the maximum torque specified in block 3, the drive goes into seal operation working body of stop valves up to stop and de-energize an induction motor by a signal from an optomechanical sensor 1.

Блок крутящего момента 3 имеет первый вход, соединенный с датчиком тока 4, второй вход, соединенный с оптомеханическим датчиком положения 1, и выход, соединенный с бесконтактным коммутатором напряжения 2.The torque unit 3 has a first input connected to a current sensor 4, a second input connected to an optomechanical position sensor 1, and an output connected to a proximity switch 2.

Из теории электропривода известно, что крутящий момент на валу асинхронного электродвигателя является функцией f(I², S) квадрата тока статора I² и скольжения S в асинхронном двигателе, причем скольжение вычисляют по формуле

, где w_c - частота тока, w_c - частота вращения ротора асинхронного электродвигателя.From the theory of electric drive it is known that the torque on the shaft of an induction motor is a function of f (I ² , S) of the square of the stator current I ² and slip S in an induction motor, and the slip is calculated by the formula

where w _c is the current frequency, w _c is the rotational speed of the rotor of the induction motor.

Данные о величине тока 1 статора асинхронного электродвигателя и частоте w_c тока поступают в блок крутящего момента 3 за счет соединения первого входа этого блока 3 с датчиком тока 4, служащим для определения тока в статорной обмотке асинхронного электродвигателя.Data on the magnitude of the current 1 of the stator of the induction motor and the frequency w _{c of the} current is supplied to the torque unit 3 by connecting the first input of this unit 3 to the current sensor 4, which serves to determine the current in the stator winding of the asynchronous motor.

При этом устройство выполнено с возможностью определения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя w_p для блока крутящего момента 3 по показанию оптомеханического датчика положения 1, с которым блок крутящего момента 3 соединен вторым входом. Частота вращения ротора w_p асинхронного электродвигателя определяется по показанию оптомеханического датчика положения 1 согласно следующим зависимостям:The device is configured to determine the rotational speed of the rotor of the asynchronous electric motor w _p for the torque unit 3 according to the indication of the optomechanical position sensor 1, to which the torque unit 3 is connected to the second input. The rotor speed w _{p of the} induction motor is determined by the reading of the optomechanical position sensor 1 according to the following relationships:

f(w_д)·T_и=N_w (1)f (w _d ) T _and = N _w (1)

N_w=f(w_p) (2),N _w = f (w _p ) (2),

где w_д - частота импульсов оптомеханического датчика положения 1,where w _d - pulse frequency optomechanical position sensor 1,

f(w_д) - функция частоты импульсов оптомеханического датчика положения 1,f (w _d ) is a function of the pulse frequency of the optomechanical position sensor 1,

Т_и - интервал времени, за который измеряется частота импульсов оптомеханического датчика положения 1,T _and - the time interval for which the pulse frequency of the optomechanical position sensor 1 is measured,

N_w - количество импульсов оптомеханического датчика положения 1 за интервал времени Т_и, являющееся кодом и пропорциональное частоте вращения ротора w_p асинхронного электродвигателя,N _w - the number of pulses of the optomechanical position sensor 1 for the time interval T _and , which is a code and proportional to the rotor speed w _{p of the} induction motor,

w_p - частота вращения ротора асинхронного электродвигателя,w _p - rotational speed of the rotor of an induction motor,

f(w_p) - функция частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя.f (w _p ) is a function of the rotational speed of the rotor of an induction motor.

За интервал времени Т_и определяют функцию f(w_д). По формуле (1) вычисляют код (количество импульсов оптомеханического датчика положения 1) N_w, пропорциональный по формуле (2) частоте вращения ротора асинхронного двигателя. Таким образом, код N_w, полученный по показанию оптомеханического датчика положения 1, пропорционален частоте вращения ротора w_p и учитывается блоком крутящего момента 3 при вычислении крутящего момента как величина, соответствующая частоте вращения ротора w_p асинхронного электродвигателя.For the time interval T _and determine the function f (w _d ). By the formula (1), a code is calculated (the number of pulses of the optomechanical position sensor 1) N _w proportional to the rotational speed of the rotor of the induction motor according to the formula (2). Thus, the code N _w obtained from the optomechanical position sensor 1 is proportional to the rotor speed w _p and is taken into account by the torque unit 3 when calculating the torque as a value corresponding to the rotor speed w _{p of the} induction motor.

В устройстве для реализации возможности определения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя w_p по показанию оптомеханического датчика положения 1 имеются средство измерения интервала времени Т_и, за который измеряется частота импульсов оптомеханического датчики 1, например, таймер, а также счетчик импульсов оптомеханического датчика 1.In the device for realizing the possibility of determining the rotational speed of the asynchronous electric motor rotor w _p according to the indication of the optomechanical position sensor 1, there is a means for measuring the time interval T _and for which the pulse frequency of the optomechanical sensors 1 is measured, for example, a timer, and also the pulse counter of the optomechanical sensor 1.

На выходе блока 3, соединенном с бесконтактным коммутатором напряжения 2, формируется сигнал о превышении вычисленного текущего крутящего момента на выходе передаточного механизма электропривода над заданным предельным крутящим моментом на выходе передаточного механизма электропривода.At the output of block 3, connected to the contactless voltage switch 2, a signal is generated that the calculated current torque at the output of the transmission mechanism of the electric drive exceeds a predetermined maximum torque at the output of the transmission mechanism of the electric drive.

Задатчик положения 5 имеет первый вход для задания положения и второй вход, соединенный с оптомеханическим датчиком положения 1, а также выход, подключенный к бесконтактному коммутатору напряжения 2. Задатчик положения 5 выполнен в виде устройства, запоминающего сигналы положения, задающиеся через первый вход, и сравнивающего с ними сигнал, поступающий на второй вход задатчика положения 5 от оптомеханического датчика положения 1 о текущем положении выходного звена передаточного механизма электропривода. При достижении выходным звеном передаточного механизма заданного положения на выходе задатчика положения 5 формируется сигнал об этом.The position switch 5 has a first input for setting the position and a second input connected to the optomechanical position sensor 1, as well as an output connected to the contactless voltage switch 2. The position switch 5 is made in the form of a device that stores position signals specified through the first input and compares with them the signal arriving at the second input of the positioner 5 from the optomechanical position sensor 1 about the current position of the output link of the transmission mechanism of the electric drive. When the output link of the transmission mechanism reaches the set position at the output of the positioner 5, a signal is generated about this.

Выход задатчика положения 5 соединен с бесконтактным коммутатором напряжения 2, который плавно тормозит и отключает электродвигатель при поступлении сигнала с выхода задатчика положения 5 о достижении выходным звеном передаточного механизма заданного положения.The output of the position adjuster 5 is connected to a non-contact voltage switch 2, which gradually slows down and turns off the electric motor when a signal from the output of the position adjuster 5 arrives at the output link of the transmission mechanism reaching the preset position.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Поочередно устанавливают выходное звено передаточного механизма электропривода в необходимые положения и задают в задатчике положения 5 сигналы в виде кодов, соответствующие этим положениям. Передаточный механизм может быть выполнен, например, в виде червячного, волнового редуктора, редуктора с промежуточными звеньями, кулисы.Alternately, the output link of the transmission mechanism of the electric drive is set to the necessary positions and signals in the form of position 5 are set in the form of codes corresponding to these positions. The transmission mechanism can be made, for example, in the form of a worm, wave gear, gearbox with intermediate links, backstage.

В блоке крутящего момента 3 задают предельный крутящий момент на выходе передаточного механизма электропривода.In the block of torque 3 set the maximum torque at the output of the transmission mechanism of the electric drive.

Асинхронный электродвигатель приводит в движение передаточный механизм электропривода. Оптомеханический датчик положения 1 определяет положение выходного звена передаточного механизма на всем пути его движения и выдает информацию о положении в виде сигналов-кодов.An asynchronous electric motor drives the transmission mechanism of the electric drive. The optomechanical position sensor 1 determines the position of the output link of the transmission mechanism along the entire path of its movement and provides information about the position in the form of signal codes.

При достижении выходным звеном передаточного механизма установленного положения сигнал от оптомеханического датчика положения 1 поступает к задатчику положения 5. Задатчик положения 5 сравнивает его с заданным в нем сигналом и передает сигнал на свой выход о достижении установленного положения. Задатчик положения 5 передает сигнал со своего выхода на бесконтактный коммутатор напряжения 2. Бесконтактный коммутатор напряжения 2 плавно тормозит и отключает электродвигатель в электроприводе.When the output link of the transmission mechanism reaches the set position, the signal from the optomechanical position sensor 1 goes to the position adjuster 5. The position adjuster 5 compares it with the signal set in it and transmits a signal to its output when the set position is reached. The position switch 5 transmits a signal from its output to the contactless voltage switch 2. The contactless voltage switch 2 gradually slows down and turns off the electric motor in the electric drive.

Предельный крутящий момент на выходе передаточного механизма электропривода, заданный в блоке крутящего момента 3 программируемым путем, сравнивается с вычисляемым в этом же блоке 3 текущим крутящим моментом на выходе передаточного механизма электропривода. Сигнал о превышении предельного крутящего момента на выходе передаточного механизма электропривода поступает на выход блока крутящего момента 3, соединенный с бесконтактным коммутатором напряжения 2. Бесконтактный коммутатор напряжения 2 плавно тормозит и отключает асинхронный электродвигатель от питающей сети.The maximum torque at the output of the drive gear of the electric drive, set in the torque block 3 by a programmable way, is compared with the current torque calculated at the output of the drive gear of the drive calculated in the same block 3. A signal about exceeding the maximum torque at the output of the electric drive transmission mechanism is supplied to the output of the torque unit 3 connected to the contactless voltage switch 2. The contactless voltage switch 2 smoothly brakes and disconnects the asynchronous motor from the mains.

Claims

Устройство управления электроприводом запорной арматуры, содержащее оптомеханический датчик положения, отличающееся тем, что оно содержит бесконтактный коммутатор напряжения, выполненный с возможностью включения в электрическую сеть, питающую асинхронный электродвигатель электропривода, блок крутящего момента, выполненный с возможностью вычисления крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя как функции тока статора асинхронного электродвигателя в электроприводе, частоты вращения его ротора, частоты тока и с возможностью вычисления крутящего момента на выходе передаточного механизма электропривода согласно зависимостиA control device for an electric drive of shutoff valves, comprising an optomechanical position sensor, characterized in that it contains a non-contact voltage switch, configured to be included in the electric network supplying the asynchronous electric motor of the electric drive, a torque unit configured to calculate the torque on the shaft of the asynchronous electric motor as a function the stator current of an asynchronous electric motor in an electric drive, the rotational speed of its rotor, the current frequency and possibly the ability to calculate the torque at the output of the transmission mechanism of the electric drive according to the dependence

М=К_м·М_а.д.,M = K _m · M _a.d. ,

где М - крутящий момент на выходе передаточного механизма электропривода;where M is the torque at the output of the transmission mechanism of the electric drive;

К_м=α·К_р;K _m = α · K _p ;

К_м - коэффициент передачи по моменту;K _m - coefficient of transmission at the moment;

α - поправочный коэффициент, учитывающий состояние электропривода и вид передачи;α - correction factor, taking into account the state of the drive and the type of transmission;

К_р - передаточное число передаточного механизма;To _p - gear ratio of the gear mechanism;