Automatizovaný elektrický pohon žeriavových mechanizmov s tyristorovým ovládaním

Moderné systémy elektrických pohonov žeriavových mechanizmov sa realizujú najmä pomocou asynchrónnych motorov, ktorých otáčky sú riadené metódou relé-stykač zavádzaním odporov do obvodu rotora. Takéto elektrické pohony majú malý rozsah regulácie rýchlosti a pri rozbiehaní a zastavovaní vytvárajú veľké rázy a zrýchlenia, čo nepriaznivo ovplyvňuje výkon konštrukcie žeriavu, vedie k kývaniu bremena a obmedzuje použitie takýchto systémov na žeriavoch so zvýšenou výškou a zdvihom. kapacita .

Vývoj výkonovej polovodičovej technológie umožňuje zaviesť zásadne nové riešenia v štruktúre automatizovaného elektrického pohonu žeriavových zariadení. V súčasnosti sa na zdvíhacích a posuvných mechanizmoch vežových žeriavov a mostových žeriavov používa regulovateľný elektropohon s jednosmernými motormi poháňanými výkonnými tyristorovými meničmi - TP systém - D.

Otáčky motora v takýchto systémoch sú regulované v rozsahu (20 ÷ 30): I zmenou napätia kotvy. Súčasne počas prechodných procesov systém zabezpečuje, že zrýchlenia a kopy sa dosiahnu v rámci špecifikovaných noriem.

Dobré regulačné vlastnosti sa prejavujú aj pri asynchrónnom elektrickom pohone, kedy je na obvod statora asynchrónneho motora (AM) zapojený tyristorový menič. Zmena napätia statora motora v uzavretom ACS umožňuje obmedziť rozbehový moment, dosiahnuť plynulé zrýchlenie (spomalenie) pohonu a potrebný rozsah regulácie otáčok.

Využitie tyristorových meničov v automatizovanom elektrickom pohone žeriavových mechanizmov sa stále viac využíva v domácej i zahraničnej praxi. Aby sme sa zoznámili s princípom fungovania a možnosťami takýchto inštalácií, stručne sa zastavme nad dvoma variantmi riadiacich schém pre jednosmerné a striedavé motory.

Na obr. 1 schematický diagram tyristorového riadenia nezávisle budeného jednosmerného motora pre zdvíhací mechanizmus mostového žeriavu. Kotva motora je napájaná reverzibilným tyristorovým meničom, ktorý pozostáva z výkonového transformátora Tr, ktorý slúži na prispôsobenie napätia meniča a záťaže, dvoch skupín tyristorov T1 — T6 a T7 —​​​​ ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​, vyhladzovacie reaktory 1UR a 2UR, čo sú oba hladiace reaktory vyrobené nenasýtené .

Ryža. 1. Schéma elektrického pohonu žeriavu podľa systému TP-D.

Skupina tyristorov T1 — T6 funguje ako usmerňovač pri zdvíhaní a invertor pri spúšťaní ťažkých bremien, pretože smer prúdu v obvode kotvy motora je pre tieto režimy rovnaký. Druhá skupina tyristorov T7 - ​​T12, poskytujúca opačný smer prúdu kotvy, funguje ako usmerňovač pri vypínaní a v prechodných režimoch spúšťania motora na spúšťanie bŕzd, ako menič pri zastavení v procese zdvíhania. bremená alebo hák.

Na rozdiel od mechanizmov pre pohyblivé žeriavy, kde musia byť tyristorové skupiny rovnaké, pri zdvíhacích mechanizmoch môže byť výkon tyristorov druhej skupiny menší ako v prvej, pretože prúd motora pri vypínaní je veľmi menší ako pri zdvíhaní a spúšťaní ťažkých bremien. zaťaženie.

Regulácia usmerneného napätia tyristorového meniča (TC) sa vykonáva pomocou polovodičového impulzno-fázového riadiaceho systému pozostávajúceho z dvoch blokov SIFU-1 a SIFU-2 (obr. 1), z ktorých každý dodáva dva impulzy zapaľovania do zodpovedajúceho tyristor posunutý o 60 °.

Na zjednodušenie riadiaceho systému a zvýšenie spoľahlivosti elektrického pohonu táto schéma využíva koordinované riadenie reverzibilného TP. Na tento účel musia byť charakteristiky riadenia a systémy riadenia týchto dvoch skupín úzko prepojené. Ak sú odblokovacie impulzy dodávané do tyristorov T1 - T6, čím sa zabezpečuje korekčný režim činnosti tejto skupiny, potom sa odblokovacie impulzy privádzajú do tyristorov T7 - ​​T12, takže táto skupina je pripravená na prevádzku meničom.

Riadiace uhly α1 a α2 pre ľubovoľné prevádzkové režimy TP musia byť zmenené tak, aby priemerné napätie skupiny usmerňovačov nepresiahlo napätie skupiny meničov, t.j. ak táto podmienka nie je splnená, potom medzi oboma skupinami tyristorov potečie usmernený vyrovnávací prúd, ktorý dodatočne zaťažuje ventily a transformátor a môže spôsobiť aj vypnutie ochrany.

Avšak aj pri správnom prispôsobení riadiacich uhlov α1 a α2 z tyristorov skupín usmerňovača a meniča je možný tok striedavého vyrovnávacieho prúdu v dôsledku nerovnosti okamžitých hodnôt napätí UαB. a Ual. Na obmedzenie tohto vyrovnávacieho prúdu sa používajú vyrovnávacie tlmivky 1UR a 2UR.

Kotvový prúd motora vždy prechádza cez jeden z reaktorov, vďaka čomu sa zvlnenie tohto prúdu znižuje a samotný reaktor je čiastočne nasýtený. Druhý reaktor, ktorým v súčasnosti preteká len vyrovnávajúci prúd, zostáva nenasýtený a obmedzuje iyp.

Tyristorový elektrický pohon žeriava má jednoslučkový riadiaci systém (CS) vyrobený pomocou vysokorýchlostného reverzibilného sčítacieho magnetického zosilňovača SMUR, ktorý je napájaný obdĺžnikovým generátorom napätia s frekvenciou 1000 Hz. V prípade výpadku prúdu takýto riadiaci systém umožňuje získať uspokojivé statické charakteristiky a vysokú kvalitu prechodných procesov.

Riadiaci systém elektrického pohonu obsahuje negatívnu spätnú väzbu pre prerušované napätie a prúd motora, ako aj slabú pozitívnu spätnú väzbu pre napätie Ud.Signál v obvode budiacich cievok SMUR je určený rozdielom medzi referenčným napätím Uc vychádzajúcim z rezistora R4 a spätnoväzbovým napätím αUd odoberaným z potenciometra POS. Hodnota a polarita povelového signálu, ktorý určuje rýchlosť a smer otáčania pohonu, je regulovaná regulátorom KK.

Spätné napätie Ud je odpojené pomocou kremíkových zenerových diód zapojených paralelne s hlavnými vinutiami SMUR. Ak je rozdiel napätia Ud — aUd väčší ako Ust.n, potom zenerove diódy vedú prúd a napätie riadiacich cievok sa rovná Uz.max = Ust.n.

Od tohto bodu zmena signálu aUd na pokles neovplyvňuje prúd v hlavných vinutiach SMUR, t.j. negatívna spätná väzba pre napätie Ud nefunguje, čo sa zvyčajne stáva pri prúdoch motora Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n.

Ak sa spätnoväzbový signál aUd blíži k referenčnému signálu Uz, potom sa napätie na zenerových diódach zníži ako Ust.n a prúd cez ne nepreteká. Prúd v hlavných vinutiach SMUR bude určený rozdielom napätia U3 — aUd a v tomto prípade vstupuje do hry záporná spätná väzba napätia.

Záporný prúd spätnej väzby sa odoberá z dvoch skupín prúdových transformátorov TT1 — TT3 a TT4 — TT8, pracujúcich so skupinami tyristorov T1 — T6 a T7 —​T12. V prúdovom prerušovači BTO sa trojfázové striedavé napätie U2TT ≡ Id získané na rezistoroch R usmerní a cez zenerove diódy, ktoré fungujú ako referenčné napätie, sa privádza signál Uto.s do prúdových vinutí SMUR. , čím sa zníži výsledný výsledok na vstupe zosilňovača.Tým sa znižuje napätie meniča Ud a obmedzuje sa prúd v obvode kotvy Id v statickom a dynamickom režime.

Aby sa dosiahol vysoký faktor plnenia mechanických charakteristík ω = f (M) elektrického pohonu a aby sa udržalo konštantné zrýchlenie (spomalenie) v prechodových režimoch, okrem vyššie uvedených zapojení sa v obvod napätím.

Faktor zosilnenia tohto zapojenia sa volí kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. v súlade s počiatočným úsekom charakteristiky Ud = f (Uy) meniča, ale rádovo menším ako koeficient α negatívnej spätnej väzby na Ud. Účinok tohto vzťahu sa prejavuje hlavne v súčasnej zóne diskontinuity, ktorá poskytuje strmo klesajúce časti prvku.

Na obr. 2 je znázornená statická charakteristika pohonu kladkostroja pre rôzne hodnoty referenčného napätia U3 zodpovedajúce rôznym polohám regulátora.

Ako prvé priblíženie možno predpokladať, že pri prechodových režimoch štart, reverz a stop sa pracovný bod v súradnicových osiach ω = f (M) pohybuje po statickej charakteristike. Potom zrýchlenie systému:

kde ω je uhlová rýchlosť, Ma je ​​moment vyvinutý motorom, Mc je moment odporu pohybujúceho sa bremena, ΔMc je moment strát v prevodoch, J je moment zotrvačnosti redukovaný na hriadeľ motora.

Ak ignorujeme prevodové straty, tak podmienkou rovnosti zrýchlenia pri štartovaní motora hore a dole, ako aj pri zastavení zhora a dole je rovnosť dynamických momentov elektrického pohonu, teda Mdin.p = Mdin.s.Pre splnenie tejto podmienky musia byť statické charakteristiky pohonu kladkostroja asymetrické vzhľadom na os rýchlosti (Mstop.p> Mstop.s) a strmé čelo v oblasti hodnoty brzdného momentu (obr. 2, a) .

Ryža. 2. Mechanická charakteristika elektrického pohonu podľa systému TP-D: a — zdvíhací mechanizmus, b — pohybový mechanizmus.

Pre pohony mechanizmov pojazdu žeriavov treba brať do úvahy jalový charakter odporového momentu, ktorý nezávisí od smeru jazdy. Pri rovnakej hodnote krútiaceho momentu motora krútiaci moment jalového odporu spomalí proces spúšťania a urýchli proces zastavenia pohonu.

Na elimináciu tohto javu, ktorý môže viesť k preklzávaniu hnacích kolies a rýchlemu opotrebovaniu mechanických prevodoviek, je potrebné udržiavať v hnacích mechanizmoch približne konštantné zrýchlenia pri rozbiehaní, cúvaní a zastavovaní. To sa dosiahne získaním statických charakteristík ω = f (M) znázornených na obr. 2, b.

Špecifikované typy mechanických charakteristík elektrického pohonu možno získať zodpovedajúcou zmenou koeficientov zápornej prúdovej spätnej väzby Id a kladnej napäťovej spätnej väzby Ud.

Kompletná schéma riadenia tyristorovo riadeného elektrického pohonu mostového žeriavu zahŕňa všetky blokovacie spojenia a ochranné obvody, ktoré sú diskutované v schémach uvedených vyššie.

Pri použití TP v elektrickom pohone žeriavových mechanizmov je potrebné venovať pozornosť ich napájaniu.Významný nesínusový charakter prúdu spotrebovaného meničmi spôsobuje skreslenie priebehu napätia na vstupe meniča. Tieto skreslenia ovplyvňujú činnosť výkonovej časti meniča a systému impulzného fázového riadenia (SPPC). Skreslenie priebehu sieťového napätia spôsobuje značné nedostatočné využitie motora.

Skreslenie napájacieho napätia má silný vplyv na SPPD, najmä pri absencii vstupných filtrov. V niektorých prípadoch môžu tieto deformácie spôsobiť, že sa tyristory náhodne úplne otvoria. Tento jav možno najlepšie eliminovať napájaním SPPHU zo samostatných vozíkov pripojených k transformátoru, ktorý nemá záťaž usmerňovača.

Možnosti použitia tyristorov na riadenie otáčok asynchrónnych motorov sú veľmi rôznorodé — sú to tyristorové frekvenčné meniče (autonómne meniče), tyristorové regulátory napätia zahrnuté v obvode statora, impulzné regulátory odporu a prúdov v elektrických obvodoch atď.

V elektrických pohonoch žeriavov sa používajú najmä tyristorové regulátory napätia a pulzné regulátory, čo je spôsobené ich relatívnou jednoduchosťou a spoľahlivosťou, použitie každého z týchto regulátorov samostatne však úplne nespĺňa požiadavky na elektrické pohony žeriavových mechanizmov.

V skutočnosti, keď je v obvode rotora indukčného motora použitý iba impulzný odporový regulátor, je možné zabezpečiť regulačnú zónu obmedzenú prirodzeným spôsobom a zodpovedajúcu mechanickým charakteristikám impedančného reostatu, t.j.zóna nastavenia zodpovedá motorickému režimu a opozičnému režimu s neúplným vyplnením I a IV alebo III a II kvadrantov roviny mechanických charakteristík.

Použitie tyristorového regulátora napätia, najmä reverzibilného, ​​v podstate poskytuje zónu riadenia rýchlosti pokrývajúcej celú pracovnú časť roviny M, ω od -ωn do + ωn a od — Mk do + Mk. V tomto prípade však dôjde k výrazným stratám sklzu v samotnom motore, čo vedie k potrebe výrazne nadhodnotiť jeho inštalovaný výkon, a teda aj jeho rozmery.

V tejto súvislosti vznikajú asynchrónne elektrické pohonné systémy pre žeriavové mechanizmy, kde je motor riadený kombináciou pulznej regulácie odporu v rotore a zmien napätia privádzaného na stator. Tým sa vypĺňajú štyri kvadranty mechanického výkonu.

Schematický diagram takéhoto kombinovaného riadenia je znázornený na obr. 3. Obvod rotora obsahuje obvod riadenia odporových impulzov v obvode usmerneného prúdu. Parametre obvodu sú zvolené tak, aby zabezpečili chod motora v I a III kvadrantoch v oblastiach medzi reostatom a prirodzenými charakteristikami (na obr. 4, tieňované zvislými čiarami).

Ryža. 3. Schéma elektrického pohonu žeriava s tyristorovým regulátorom napätia statora a impulznou reguláciou odporu rotora.

Aby bolo možné regulovať rýchlosť v oblastiach medzi charakteristikami reostatu a osou rýchlosti tieňovanými vodorovnými čiarami na obr. 4, ako aj na reverzáciu motora sa používa tyristorový regulátor napätia, pozostávajúci z párov antiparalelných tyristorov 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.Zmena napätia privádzaného na stator sa vykonáva nastavením uhla otvorenia párov tyristorov 1-2, 6-7, 11-12-pre jeden smer otáčania a 4-5, 6-7, 8-9-pre iný. smer otáčania.

Ryža. 4. Pravidlá pre kombinované riadenie indukčného motora.

Na získanie pevných mechanických charakteristík a na obmedzenie krútiaceho momentu motora poskytuje obvod spätnú väzbu otáčok a usmerneného prúdu rotora, ktorú zabezpečuje tachogenerátor TG a jednosmerný transformátor (magnetický zosilňovač) TPT

Jednoduchšie je vyplniť celý I kvadrant zapojením kondenzátora s odporom R1 do série (obr. 3). V tomto prípade sa ekvivalentný odpor v usmernenom prúde rotora môže meniť od nuly do nekonečna, a teda prúd rotora môže byť riadený od maximálnej hodnoty po nulu.

Rozsah regulácie otáčok motora v takejto schéme sa rozširuje na súradnicovú os, ale hodnota kapacity kondenzátora sa ukazuje ako veľmi významná.

Na vyplnenie celého I kvadrantu pri nižších kapacitných hodnotách je odpor rezistora R1 rozdelený do samostatných krokov. V prvej fáze sa postupne zavádza kapacita, ktorá sa zapína pri nízkych prúdoch. Kroky sú odstránené pulznou metódou, po ktorej nasleduje skrat každého z nich cez tyristory alebo stykače. Naplnenie celého I kvadrantu je možné dosiahnuť aj kombináciou pulzných zmien odporu s pulzným chodom motora. Takáto schéma je znázornená na obr. 5.

V oblasti medzi osou otáčok a charakteristikou reostatu (obr. 4) motor pracuje v impulznom režime.Zároveň nie sú do tyristora T3 privádzané riadiace impulzy a ten zostáva po celý čas zatvorený. Obvod, ktorý realizuje impulzný režim motora, pozostáva z pracovného tyristora T1, pomocného tyristora T2, spínacieho kondenzátora C a odporov R1 a R2. Keď je tyristor T1 otvorený, prúd preteká cez odpor R1. Kondenzátor C sa nabíja na napätie rovné úbytku napätia na R1.

Keď je na tyristor T2 privedený riadiaci impulz, napätie kondenzátora sa aplikuje v opačnom smere ako tyristor T1 a zatvára ho. Súčasne prebieha dobíjanie kondenzátora. Prítomnosť indukčnosti motora vedie k tomu, že proces dobíjania kondenzátora má oscilačnú povahu, v dôsledku čoho sa tyristor T2 sám zatvára bez toho, aby poskytoval riadiace signály, a obvod rotora sa ukázal byť otvorený. Potom sa na tyristor T1 privedie riadiaci impulz a všetky procesy sa znova zopakujú.

Ryža. 5. Schéma impulzného kombinovaného riadenia asynchrónneho motora

Pri periodickom dodávaní riadiacich signálov do tyristorov teda počas určitej časti periódy preteká rotorom prúd určený odporom odporu R1. V druhej časti periódy sa ukáže, že obvod rotora je otvorený, krútiaci moment vyvíjaný motorom je nulový a jeho pracovný bod je na osi rýchlosti. Zmenou relatívneho trvania tyristora T1 počas periódy je možné získať priemernú hodnotu krútiaceho momentu vyvinutého motorom od nuly po maximálnu hodnotu zodpovedajúcu činnosti charakteristiky reostatu, keď je rotor R1 zavedený do obvod

Použitím rôznych spätných väzieb je možné získať charakteristiky požadovaného typu v oblasti medzi osou rýchlosti a charakteristikou reostatu. Prechod do oblasti medzi reostatom a prirodzenými charakteristikami vyžaduje, aby tyristor T2 zostal stále zatvorený a tyristor T1 zostal stále otvorený. Skratovaním odporu R1 pomocou spínača s hlavným tyristorom T3 je možné plynulo meniť odpor v obvode rotora z hodnoty R1 na 0, čím sa zabezpečí prirodzená charakteristika motora.

Impulzný režim komutovaného motora v obvode rotora je možné vykonávať aj v režime dynamického brzdenia. Použitím rôznych spätných väzieb, v tomto prípade v kvadrante II, možno získať požadované mechanické charakteristiky. Pomocou schémy logického riadenia je možné vykonať automatický prechod motora z jedného režimu do druhého a vyplniť všetky kvadranty mechanických charakteristík.