Аутоматизовани електрични погон кранских механизама са тиристорским управљањем

Савремени системи електричних погона кранских механизама се углавном реализују коришћењем асинхроних мотора, чија се брзина контролише методом релеја-контактора увођењем отпора у коло ротора. Овакви електрични погони имају мали опсег контроле брзине и при стартовању и заустављању стварају велике ударце и убрзања, што негативно утиче на перформансе конструкције дизалице, доводи до љуљања терета и ограничава употребу оваквих система на дизалицама са повећаном висином и подизањем. капацитет .

Развој енергетске полупроводничке технологије омогућава увођење фундаментално нових решења у структуру аутоматизованог електричног погона кранских инсталација. Тренутно се на подизним и покретним механизмима торањских и мосних дизалица користи подесиви електрични погон са ДЦ моторима који покрећу моћни тиристорски претварачи - ТП систем - Д.

Брзина мотора у таквим системима се регулише у опсегу (20 ÷ 30): И променом напона арматуре. Истовремено, током прелазних процеса, систем осигурава да се убрзања и ударци постижу у оквиру наведених норми.

Добри регулациони квалитети се манифестују и код асинхроног електричног погона, када је тиристорски претварач прикључен на статорско коло асинхроног мотора (АМ). Промена напона статора мотора у затвореном АЦС-у омогућава ограничавање стартног момента, постизање глатког убрзања (успоравања) погона и потребног опсега контроле брзине.

Употреба тиристорских претварача у аутоматизованом електричном погону кранских механизама се све више користи у домаћој и страној пракси. Да бисмо се упознали са принципом рада и могућностима оваквих инсталација, хајде да се укратко задржимо на две варијанте управљачких шема за ДЦ и АЦ моторе.

На сл. На слици 1 приказан је шематски дијаграм тиристорског управљања независно побуђеним ДЦ мотора за механизам за подизање мосне дизалице. Арматуру мотора напаја реверзибилни тиристорски претварач, који се састоји од енергетског трансформатора Тр, који служи за усклађивање напона претварача и оптерећења, две групе тиристора Т1 — Т6 и Т7 —​​​ ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​, реактори за изглађивање 1УР и 2УР, који су оба реактори за изглађивање направљени незасићени .

Пиринач. 1. Шема електричног погона дизалице по систему ТП-Д.

Група тиристора Т1 — Т6 ради као исправљач при подизању и инвертер при спуштању тешких терета, пошто је смер струје у арматурном колу мотора за ове режиме исти. Друга група тиристора Т7 — Т12, обезбеђујући супротан смер струје арматуре, ради као исправљач при искључењу напајања и у пролазним режимима покретања мотора за спуштање кочница, као инвертер при заустављању у процесу подизања. терети или кука.

За разлику од механизама за покретне дизалице, где групе тиристора морају бити исте, за механизме за подизање, снага тиристора друге групе може се узети мања од прве, јер је струја мотора при гашењу веома мања него при подизању и спуштању тешких возила. оптерећења.

Регулација исправљеног напона тиристорског претварача (ТЦ) се врши помоћу полупроводничког импулсно-фазног контролног система који се састоји од два блока СИФУ-1 и СИФУ-2 (слика 1), од којих сваки испоручује два импулса за активирање одговарајућег помак тиристора за 60 °.

Да би се поједноставио систем управљања и повећала поузданост електричног погона, ова шема користи координисану контролу реверзибилног ТП. За ово, карактеристике управљања и системи управљања ове две групе морају бити чврсто повезани. Ако се импулси за откључавање доводе до тиристора Т1 — Т6, обезбеђујући корективни режим рада ове групе, онда се импулси за откључавање доводе до тиристора Т7 — Т12 тако да је ова група припремљена за рад од стране претварача.

Контролни углови α1 и α2 за било које режиме рада ТП морају бити промењени на начин да средњи напон групе исправљача не прелази напон инверторске групе, тј. ако овај услов није испуњен, тада ће између две групе тиристора тећи исправљена струја за изједначавање, што додатно оптерећује вентиле и трансформатор и такође може изазвати окидање заштите.

Међутим, чак и уз правилно подударање контролних углова α1 и α2 са тиристора групе исправљача и инвертера, ток наизменичне струје изједначавања је могућ због неједнакости тренутних вредности напона УαБ и УαИ. Да би се ограничила ова струја еквилизације, користе се еквилизацијски реактори 1УР и 2УР.

Струја арматуре мотора увек пролази кроз један од реактора, због чега се таласање ове струје смањује, а сам реактор је делимично засићен. Други реактор, кроз који тренутно тече само изједначујућа струја, остаје незасићен и ограничава иип.

Тиристорски електрични погон крана има управљачки систем са једном петљом (ЦС) направљен коришћењем брзог реверзибилног сумирајућег магнетног појачала СМУР, који се напаја од правоугаоног генератора напона фреквенције 1000 Хз. У присуству нестанка струје, овакав систем управљања омогућава добијање задовољавајућих статичких карактеристика и високог квалитета прелазних процеса.

Систем управљања електричним погоном садржи негативну повратну везу за повремени напон и струју мотора, као и слабу позитивну повратну везу за напон Уд.Сигнал у колу СМУР погонских калемова одређен је разликом између референтног напона Уц који долази са отпорника Р4 и напона повратне спреге αУд узетог са ПОС потенциометра. Вредност и поларитет командног сигнала, који одређује брзину и смер ротације погона, регулише КК контролер.

Реверзни напон Уд се прекида коришћењем силицијумских зенер диода повезаних паралелно са главним намотајима СМУР-а. Ако је разлика напона Уд — аУд већа од Уст.н, онда зенер диоде проводе струју и напон контролних калемова постаје једнак Уз.мак = Уст.н.

Од ове тачке, промена сигнала аУд на смањење не утиче на струју у главним намотајима СМУР-а, тј. негативна повратна спрега за напон Уд не ради, што се обично дешава при струјама мотора Ид> (1,5 ÷ 1,8) Ид .н.

Ако се повратни сигнал аУд приближи референтном сигналу Уз, тада напон на зенер диодама постаје мањи од Уст.н и струја не тече кроз њих. Струја у главним намотајима СМУР-а биће одређена разликом напона У3 — аУд и у овом случају долази до негативне повратне спреге напона.

Сигнал негативне струјне повратне спреге се узима из две групе струјних трансформатора ТТ1 — ТТ3 и ТТ4 — ТТ8, који раде са групама тиристора Т1 — Т6 и Т7 — ​​​​Т12. У БТО струјном прекидачу се исправља трофазни наизменични напон У2ТТ ≡ Ид добијен на отпорницима Р, а преко зенер диода, које делују као референтни напон, сигнал Уто.с се доводи до струјних намотаја СМУР-а. , снижавајући резултујући резултат на улазу појачала.Ово смањује напон претварача Уд и ограничава струју арматурног кола Ид у статичком и динамичком режиму.

Да би се добио висок фактор пуњења механичких карактеристика ω = ф (М) електромотора и да би се одржало константно убрзање (успорење) у прелазним режимима, поред горе наведених веза, примењује се позитивна повратна спрега у коло по напону.

Фактор појачања ове везе је изабран кпн = 1 / кпр ≈ ΔУи / ΔУд. у складу са почетним пресеком карактеристике Уд = ф (Уи) претварача, али са редом мањим од коефицијента α негативне повратне спреге на Уд. Ефекат овог односа се углавном манифестује у садашњој зони дисконтинуитета, обезбеђујући стрмо спуштене делове обележја.

На сл. 2, а приказује статичке карактеристике погона дизалице за различите вредности референтног напона У3 који одговарају различитим позицијама регулатора.

Као прва апроксимација, може се претпоставити да се у прелазним режимима стартовања, реверса и заустављања радна тачка у координатним осама ω = ф (М) креће дуж статичке карактеристике. Затим убрзање система:

где је ω угаона брзина, Ма момент који развија мотор, Мц је моменат отпора покретног терета, ΔМц је моменат губитака у зупчаницима, Ј је момент инерције сведен на вратило мотора.

Ако занемаримо губитке у преносу, онда је услов једнакости убрзања при покретању мотора горе-доле, као и при заустављању одозго и наниже једнакост динамичких момената електропогона, односно Мдин.п = Мдин.с.Да би се испунио овај услов, статичке карактеристике погона дизалице морају бити асиметричне у односу на осу брзине (Мстоп.п> Мстоп.с) и имати стрм предњи део у области вредности момента кочења (слика 2, а) .

Пиринач. 2. Механичке карактеристике електромотора по систему ТП-Д: а — механизам за подизање, б — механизам за кретање.

За погоне механизама за кретање дизалица мора се узети у обзир реактивна природа момента отпора, која не зависи од правца кретања. При истој вредности обртног момента мотора, обртни момент реактивног отпора ће успорити процес покретања и убрзати процес заустављања погона.

Да би се отклонила ова појава, која може довести до клизања погонских точкова и брзог хабања механичких мењача, потребно је одржавати приближно константна убрзања при покретању, вожњи уназад и заустављању у погонским механизмима. Ово се постиже добијањем статичких карактеристика ω = ф (М) приказаних на сл. 2, б.

Наведене врсте механичких карактеристика електромотора могу се добити одговарајућим варирањем коефицијената негативне струјне повратне везе Ид и позитивне повратне везе по напону Уд.

Комплетна управљачка шема тиристорског управљаног електричног погона мостне дизалице укључује све спојеве и заштитна кола која су размотрена у дијаграмима датим раније.

Када користите ТП у електричном погону кранских механизама, треба обратити пажњу на њихово напајање.Значајна несинусоидна природа струје коју троше претварачи изазива изобличење таласног облика напона на улазу претварача. Ова изобличења утичу на рад секције снаге претварача и система за контролу фазе импулса (СППЦ). Изобличење таласног облика линијског напона узрокује значајно недовољно искоришћење мотора.

Дисторзија напона напајања има снажан утицај на СППД, посебно у одсуству улазних филтера. У неким случајевима, ова изобличења могу узроковати да се тиристори насумично потпуно отворе. Овај феномен се најбоље може елиминисати напајањем СППХУ-а из одвојених колица повезаних на трансформатор који нема оптерећење исправљача.

Могући начини коришћења тиристора за контролу брзине асинхроних мотора су веома разноврсни — то су тиристорски фреквентни претварачи (аутономни претварачи), тиристорски регулатори напона укључени у коло статора, импулсни регулатори отпора и струја у електричним колима итд. .

У кранским електропогонима углавном се користе тиристорски регулатори напона и регулатори импулса, што је због њихове релативне једноставности и поузданости.Међутим, употреба сваког од ових регулатора посебно не испуњава у потпуности захтеве за електромоторне погоне кранских механизама.

У ствари, када се у роторском колу асинхроног мотора користи само регулатор импулсног отпора, могуће је обезбедити зону регулације ограничену природним и која одговара механичким карактеристикама импедансног реостата, тј.зона подешавања одговара моторном и опозиционом режиму са непотпуним попуњавањем И и ИВ или ИИИ и ИИ квадранта равни механичких карактеристика.

Употреба тиристорског регулатора напона, посебно реверзибилног, у основи обезбеђује зону контроле брзине која покрива цео радни део равни М, ω од -ωн до + ωн и од — Мк до + Мк. Међутим, у овом случају ће доћи до значајних губитака од клизања у самом мотору, што доводи до потребе да се његова инсталирана снага и, сходно томе, димензије значајно прецене.

С тим у вези настају асинхрони електрични погонски системи кранских механизама, где се мотором управља комбинацијом импулсне регулације отпора у ротору и промене напона који се доводи на статор. Ово попуњава четири квадранта механичких перформанси.

Шематски дијаграм такве комбиноване контроле је приказан на Сл. 3. Коло ротора укључује контролно коло отпора импулса у колу исправљене струје. Параметри кола се бирају тако да обезбеде рад мотора у И и ИИИ квадранту у областима између реостата и природних карактеристика (на слици 4, осенчено вертикалним линијама).

Пиринач. 3. Шема електропогона крана са тиристорским регулатором напона статора и импулсном контролом отпора ротора.

Да би се контролисала брзина у областима између карактеристика реостата и осе брзине засенчене хоризонталним линијама на сл. 4, као и за реверзију мотора користи се тиристорски регулатор напона који се састоји од парова антипаралелних тиристора 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.Промена напона који се доводи до статора врши се подешавањем угла отварања тиристорских парова 1-2, 6-7, 11-12-за један смер ротације и 4-5, 6-7, 8-9-за други смер ротације.

Пиринач. 4. Правила за комбиновано управљање асинхроним мотором.

Да би се добиле круте механичке карактеристике и ограничили обртни моменти мотора, коло обезбеђује брзину и повратну спрегу о струји ротора коју обезбеђују ТГ тахогенератор и ДЦ трансформатор (магнетно појачало) ТПТ

Лакше је попунити цео И квадрант серијским повезивањем кондензатора отпора Р1 (сл. 3). У овом случају, еквивалентни отпор у струји исправљеног ротора може да варира од нуле до бесконачности и тако се струја ротора може контролисати од максималне вредности до нуле.

Опсег регулације брзине мотора у таквој шеми протеже се до осе ординате, али вредност капацитивности кондензатора се испоставља веома значајном.

Да би се попунио цео И квадрант при нижим вредностима капацитивности, отпор отпорника Р1 је подељен у засебне кораке. У првој фази се сукцесивно уводи капацитивност, која се укључује при малим струјама. Кораци се уклањају пулсном методом, након чега следи кратки спој сваког од њих кроз тиристоре или контакторе. Попуњавање целог И квадранта се такође може добити комбиновањем импулсних промена отпора са импулсним радом мотора. Таква шема је приказана на сл. 5.

У области између осе брзине и карактеристике реостата (слика 4), мотор ради у импулсном режиму.Истовремено, управљачки импулси се не доводе до тиристора Т3 и он остаје све време затворен. Коло које реализује импулсни режим мотора састоји се од радног тиристора Т1, помоћног тиристора Т2, склопног кондензатора Ц и отпорника Р1 и Р2. Када је тиристор Т1 отворен, струја тече кроз отпорник Р1. Кондензатор Ц је напуњен до напона који је једнак паду напона на Р1.

Када се контролни импулс примени на тиристор Т2, напон кондензатора се примењује у смеру супротном од тиристора Т1 и затвара га. Истовремено, кондензатор се пуни. Присуство индуктивности мотора доводи до чињенице да је процес пуњења кондензатора осцилаторне природе, због чега се тиристор Т2 сам затвара без давања контролних сигнала, а коло ротора се испоставља да је отворено. Затим се на тиристор Т1 примењује контролни импулс и сви процеси се поново понављају.

Пиринач. 5. Шема импулсног комбинованог управљања асинхроним мотором

Дакле, уз периодично снабдевање тиристорима управљачких сигнала, током неког дела периода, у ротору тече струја, одређена отпором отпорника Р1. У другом делу периода, коло ротора се испоставља да је отворено, обртни момент који развија мотор је нула, а његова радна тачка је на оси брзине. Променом релативног трајања тиристора Т1 током периода, могуће је добити просечну вредност обртног момента који развија мотор од нуле до максималне вредности која одговара раду карактеристике реостата када се ротор Р1 уведе у струјно коло

Коришћењем различитих повратних информација могуће је добити карактеристике жељеног типа у региону између осе брзине и карактеристике реостата. Прелазак на област између реостата и природних карактеристика захтева да тиристор Т2 остане затворен све време и да тиристор Т1 остане отворен све време. Кратким спојем отпора Р1 помоћу прекидача са главним тиристором Т3, могуће је несметано променити отпор у колу ротора са вредности Р1 на 0, чиме се обезбеђује природна карактеристика мотора.

Импулсни режим комутираног мотора у колу ротора може се извести и у режиму динамичког кочења. Коришћењем различитих повратних информација, у овом случају, у ИИ квадранту, могу се добити жељене механичке карактеристике. Уз помоћ логичке управљачке шеме могуће је извршити аутоматски прелазак мотора из једног режима у други и попунити све квадранте механичких карактеристика.