Avtomatski električni pogon žerjavnih mehanizmov s tiristorskim krmiljenjem

Sodobni sistemi električnih pogonov žerjavnih mehanizmov se v glavnem izvajajo z uporabo asinhronih motorjev, katerih hitrost se krmili z relejno-kontaktorsko metodo z vnosom uporov v vezje rotorja. Takšni električni pogoni imajo majhno območje krmiljenja hitrosti in pri zagonu in ustavljanju ustvarjajo velike udarce in pospeške, kar negativno vpliva na zmogljivost konstrukcije žerjava, vodi do nihanja tovora in omejuje uporabo takšnih sistemov na žerjavih s povečano višino in dvigom. zmogljivost .

Razvoj tehnologije močnostnih polprevodnikov omogoča uvedbo bistveno novih rešitev v strukturi avtomatiziranega električnega pogona žerjavnih naprav. Trenutno se na dvižnih in premikalnih mehanizmih stolpnih in mostnih žerjavov uporablja nastavljiv električni pogon z enosmernimi motorji, ki jih poganjajo močni tiristorski pretvorniki - sistem TP - D.

Hitrost motorja v takih sistemih je regulirana v območju (20 ÷ 30): I s spreminjanjem armaturne napetosti. Obenem med prehodnimi procesi sistem zagotavlja, da so pospeški in udarci doseženi znotraj navedenih norm.

Dobre regulacijske lastnosti se kažejo tudi v asinhronem električnem pogonu, ko je tiristorski pretvornik priključen na statorsko vezje asinhronega motorja (AM). Spreminjanje napetosti statorja motorja v zaprtem ACS omogoča omejevanje zagonskega momenta, doseganje gladkega pospeška (pojemka) pogona in potrebnega območja krmiljenja hitrosti.

Uporaba tiristorskih pretvornikov v avtomatiziranem električnem pogonu žerjavnih mehanizmov se vedno bolj uporablja v domači in tuji praksi. Da bi se seznanili z načelom delovanja in možnostmi takšnih naprav, se na kratko posvetimo dvema različicama krmilnih shem za motorje DC in AC.

Na sl. 1 prikazuje shematski diagram tiristorskega krmiljenja neodvisno vzbujenega enosmernega motorja za dvižni mehanizem mostnega žerjava. Armaturo motorja napaja reverzibilni tiristorski pretvornik, ki je sestavljen iz močnostnega transformatorja Tr, ki služi za usklajevanje napetosti pretvornika in bremena, dveh skupin tiristorjev T1 — T6 in T7 — ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​, gladilna reaktorja 1UR in 2UR, ki sta oba gladilna reaktorja, narejena nenasičeno .

riž. 1. Shema električnega pogona žerjava po sistemu TP-D.

Skupina tiristorjev T1 - T6 deluje kot usmernik pri dvigovanju in pretvornik pri spuščanju težkih bremen, saj je smer toka v armaturnem krogu motorja za te načine enaka. Druga skupina tiristorjev T7 - ​​​​T12, ki zagotavlja nasprotno smer armaturnega toka, deluje kot usmernik med izklopom in v prehodnih načinih zagona motorja za spuščanje zavor, kot pretvornik pri zaustavitvi v procesu dviganja bremena ali kavelj.

Za razliko od mehanizmov za premikanje žerjavov, kjer morajo biti tiristorske skupine enake, je za dvižne mehanizme moč tiristorjev druge skupine mogoče vzeti manj kot prva, saj je tok motorja med izklopom zelo manjši kot pri dvigovanju in spuščanju težkih obremenitve.

Regulacija popravljene napetosti tiristorskega pretvornika (TC) se izvaja s pomočjo polprevodniškega impulzno-faznega krmilnega sistema, sestavljenega iz dveh blokov SIFU-1 in SIFU-2 (slika 1), od katerih vsak dovaja dva sprožilna impulza v ustrezen tiristor zamaknjen za 60 °.

Za poenostavitev krmilnega sistema in povečanje zanesljivosti električnega pogona ta shema uporablja usklajeno krmiljenje reverzibilnega TP. Za to morajo biti značilnosti upravljanja in sistemi upravljanja obeh skupin tesno povezani. Če se impulzi za odklepanje dovajajo tiristorjem T1 - T6, ki zagotavljajo korekcijski način delovanja te skupine, se impulzi za odklepanje dovajajo tiristorjem T7 - ​​​​T12, tako da je ta skupina pripravljena za delovanje s pretvornikom.

Krmilna kota α1 in α2 za vse načine delovanja TP je treba spremeniti tako, da povprečna napetost usmerniške skupine ne presega napetosti pretvorniške skupine, tj. če ta pogoj ni izpolnjen, potem med obema skupinama tiristorjev teče popravljeni izravnalni tok, ki dodatno obremenjuje ventile in transformator in lahko povzroči tudi sprožitev zaščite.

Vendar pa je tudi pri pravilnem ujemanju regulacijskih kotov α1 in α2 iz tiristorjev usmerniške in inverterske skupine možen pretok izmeničnega izravnalnega toka zaradi neenakosti trenutnih vrednosti napetosti UαB in UαI. Za omejitev tega izenačevalnega toka se uporabljata izenačevalni reaktorji 1UR in 2UR.

Armaturni tok motorja gre vedno skozi enega od reaktorjev, zaradi česar se valovitost tega toka zmanjša, sam reaktor pa je delno nasičen. Drugi reaktor, skozi katerega trenutno teče le izravnalni tok, ostane nenasičen in omejuje iyp.

Tiristorski električni žerjavni pogon ima enozančni krmilni sistem (CS), izdelan z uporabo visokohitrostnega reverzibilnega seštevalnega magnetnega ojačevalnika SMUR, ki ga napaja pravokotni generator napetosti s frekvenco 1000 Hz. Ob izpadu električne energije tak krmilni sistem omogoča doseganje zadovoljivih statičnih karakteristik in visoke kakovosti prehodnih procesov.

Krmilni sistem električnega pogona vsebuje negativno povratno zvezo za intermitentno napetost in tok motorja ter šibko pozitivno povratno zvezo za napetost Ud.Signal v vezju pogonskih tuljav SMUR je določen z razliko med referenčno napetostjo Uc, ki prihaja iz upora R4, in povratno napetostjo αUd, vzeto iz potenciometra POS. Vrednost in polariteto ukaznega signala, ki določa hitrost in smer vrtenja pogona, uravnava krmilnik KK.

Povratna napetost Ud se prekine s silicijevimi zener diodami, povezanimi vzporedno z glavnimi navitji SMUR. Če je napetostna razlika Ud - aUd večja od Ust.n, potem zener diode prevajajo tok in napetost krmilnih tuljav postane enaka Uz.max = Ust.n.

Od te točke naprej sprememba signala aUd v zmanjšanje ne vpliva na tok v glavnih navitjih SMUR, tj. negativna povratna zveza za napetost Ud ne deluje, kar se ponavadi zgodi pri tokovih motorja Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n.

Če se povratni signal aUd približa referenčnemu signalu Uz, postane napetost na zener diodah manjša od Ust.n in tok ne teče skozi njih. Tok v glavnih navitjih SMUR bo določen z napetostno razliko U3 — aUd in v tem primeru pride v poštev negativna povratna napetost.

Negativni tokovni povratni signal je vzet iz dveh skupin tokovnih transformatorjev TT1 — TT3 in TT4 — TT8, ki delujejo s skupinami tiristorjev T1 — T6 oziroma T7 — ​​​​T12. V tokovnem odklopniku BTO se trifazna izmenična napetost U2TT ≡ Id, dobljena na uporih R, popravi in ​​preko zener diod, ki delujejo kot referenčna napetost, dovede signal Uto.s do tokovnih navitij SMUR. , kar zmanjša rezultat na vhodu ojačevalnika.To zmanjša napetost pretvornika Ud in omeji tok armaturnega tokokroga Id v statičnem in dinamičnem načinu.

Za pridobitev visokega faktorja polnjenja mehanskih karakteristik ω = f (M) električnega pogona in vzdrževanja konstantnega pospeška (pojemka) v prehodnih načinih se poleg zgoraj naštetih povezav uporablja pozitivna povratna zveza v vezje z napetostjo.

Faktor ojačanja te povezave je izbran kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. v skladu z začetnim odsekom karakteristike Ud = f (Uy) pretvornika, vendar z redom manjšim od koeficienta α negativne povratne zveze na Ud. Učinek tega razmerja se kaže predvsem v sedanjem območju diskontinuitete, ki zagotavlja strmo padajoče odseke značilnosti.

Na sl. 2, a prikazuje statične značilnosti pogona dvigala za različne vrednosti referenčne napetosti U3, ki ustrezajo različnim položajem krmilnika.

Kot prvi približek lahko predpostavimo, da se v prehodnih načinih start, reverse in stop delovna točka v koordinatnih oseh ω = f (M) premika po statični karakteristiki. Nato pospešek sistema:

kjer je ω kotna hitrost, Ma je ​​moment, ki ga razvije motor, Mc je moment upora gibljive obremenitve, ΔMc je moment izgub v zobnikih, J je vztrajnostni moment, reduciran na gred motorja.

Če zanemarimo izgube pri prenosu, potem je pogoj za enakost pospeška pri zagonu motorja navzgor in navzdol, pa tudi pri ustavljanju od zgoraj in navzdol enakost dinamičnih momentov električnega pogona, to je Mdin.p = Mdin.s.Da bi izpolnili ta pogoj, morajo biti statične značilnosti pogona dvigala asimetrične glede na os hitrosti (Mstop.p> Mstop.s) in imeti strmo sprednjo stran v območju vrednosti zavornega momenta (slika 2, a) .

riž. 2. Mehanske značilnosti električnega pogona po sistemu TP-D: a — dvižni mehanizem, b — gibalni mehanizem.

Pri pogonih mehanizmov za vožnjo žerjava je treba upoštevati reaktivno naravo uporovnega momenta, ki ni odvisen od smeri vožnje. Pri enaki vrednosti navora motorja bo navor reaktivnega upora upočasnil proces zagona in pospešil proces zaustavitve pogona.

Za odpravo tega pojava, ki lahko povzroči zdrs pogonskih koles in hitro obrabo mehanskih prenosov, je treba vzdrževati približno konstantne pospeške med speljevanjem, vzvratno vožnjo in ustavljanjem v pogonskih mehanizmih. To se doseže z pridobitvijo statičnih karakteristik ω = f (M), prikazanih na sliki 1. 2, b.

Navedene vrste mehanskih karakteristik električnega pogona lahko dosežemo z ustreznim spreminjanjem koeficientov negativne tokovne povratne zveze Id in pozitivne povratne napetosti Ud.

Celotna krmilna shema tiristorsko krmiljenega električnega pogona mostnega žerjava vključuje vse zaporne povezave in zaščitna vezja, ki so obravnavana v prej navedenih diagramih.

Pri uporabi TP v električnem pogonu žerjavnih mehanizmov je treba paziti na njihovo napajanje.Pomembna nesinusna narava toka, ki ga porabijo pretvorniki, povzroča popačenje napetostnega valovanja na vhodu pretvornika. Ta popačenja vplivajo na delovanje močnostnega dela pretvornika in sistema impulznega faznega nadzora (SPPC). Popačenje valovne oblike omrežne napetosti povzroči znatno premajhno izkoriščenost motorja.

Izkrivljanje napajalne napetosti močno vpliva na SPPD, zlasti v odsotnosti vhodnih filtrov. V nekaterih primerih lahko ta popačenja povzročijo, da se tiristorji naključno popolnoma odprejo. Ta pojav je mogoče najbolje odpraviti z napajanjem SPPHU iz ločenih vozičkov, povezanih s transformatorjem, ki nima obremenitve usmernika.

Možni načini uporabe tiristorjev za krmiljenje hitrosti asinhronih motorjev so zelo raznoliki - to so tiristorski frekvenčni pretvorniki (avtonomni pretvorniki), tiristorski regulatorji napetosti, vključeni v statorsko vezje, impulzni regulatorji upora in tokov v električnih tokokrogih itd.

V električnih pogonih žerjavov se uporabljajo predvsem tiristorski regulatorji napetosti in impulzni regulatorji, kar je posledica njihove relativne enostavnosti in zanesljivosti, vendar uporaba vsakega od teh regulatorjev posebej ne izpolnjuje v celoti zahtev za električne pogone žerjavnih mehanizmov.

Dejansko, ko se v rotorskem krogu indukcijskega motorja uporablja le regulator impulznega upora, je mogoče zagotoviti regulacijsko območje, omejeno z naravnimi in ustreznimi mehanskimi lastnostmi impedančnega reostata, tj.prilagoditveno območje ustreza motornemu načinu in načinu nasprotovanja z nepopolnim polnjenjem I in IV ali III in II kvadrantov ravnine mehanskih značilnosti.

Uporaba tiristorskega regulatorja napetosti, zlasti reverzibilnega, v bistvu zagotavlja območje nadzora hitrosti, ki pokriva celoten delovni del ravnine M, ω od -ωn do + ωn in od - Mk do + Mk. Vendar pa bo v tem primeru prišlo do znatnih izgub zdrsa v samem motorju, zaradi česar je treba znatno preceniti njegovo nameščeno moč in s tem njegove dimenzije.

V zvezi s tem so ustvarjeni asinhroni električni pogonski sistemi žerjavnih mehanizmov, kjer se motor krmili s kombinacijo impulzne regulacije upora v rotorju in sprememb napetosti, ki se napaja v statorju. To zapolni štiri kvadrante mehanske zmogljivosti.

Shematski diagram takšnega kombiniranega krmiljenja je prikazan na sl. 3. Tokokrog rotorja vključuje krmilno vezje impulza upora v tokokrogu popravljenega toka. Parametri vezja so izbrani tako, da zagotavljajo delovanje motorja v kvadrantih I in III v območjih med reostatom in naravnimi značilnostmi (na sliki 4, zasenčeno z navpičnimi črtami).

riž. 3. Diagram električnega pogona žerjava s tiristorskim regulatorjem statorske napetosti in impulznim krmiljenjem upora rotorja.

Za nadzor hitrosti v območjih med karakteristikami reostata in osjo hitrosti, osenčeno z vodoravnimi črtami na sl. 4, kot tudi za obračanje motorja, se uporablja tiristorski regulator napetosti, sestavljen iz parov anti-vzporednih tiristorjev 1-2, 4-5, 6-7, 8-9, 11-12.Spreminjanje napetosti, ki se napaja v stator, se izvede s prilagoditvijo kota odpiranja tiristorskih parov 1-2, 6-7, 11-12 - za eno smer vrtenja in 4-5, 6-7, 8-9 - za drugo. smer vrtenja.

riž. 4. Pravila za kombinirano krmiljenje indukcijskega motorja.

Za pridobitev togih mehanskih lastnosti in omejitev navora motorja vezje zagotavlja povratno informacijo o hitrosti in popravljenem toku rotorja, ki jo zagotavljata tahogenerator TG in transformator DC (magnetni ojačevalnik) ​​TPT

Lažje je zapolniti celoten kvadrant I, če zaporedno povežemo kondenzator z uporom R1 (slika 3). V tem primeru lahko ekvivalentni upor v popravljenem rotorskem toku variira od nič do neskončnosti in tako je mogoče krmiliti rotorski tok od največje vrednosti do nič.

Območje regulacije hitrosti motorja v takšni shemi sega do ordinatne osi, vendar se vrednost kapacitivnosti kondenzatorja izkaže za zelo pomembno.

Za zapolnitev celotnega I kvadranta pri nižjih vrednostih kapacitivnosti je upornost upora R1 razdeljena na ločene korake. V prvi stopnji se zaporedno uvaja kapacitivnost, ki se vklopi pri nizkih tokovih. Koraki se odstranijo z impulzno metodo, čemur sledi kratek stik vsakega od njih skozi tiristorje ali kontaktorje. Polnjenje celotnega kvadranta I je mogoče doseči tudi s kombiniranjem impulznih sprememb upora z impulznim delovanjem motorja. Takšna shema je prikazana na sl. 5.

V območju med hitrostno osjo in karakteristiko reostata (slika 4) motor deluje v impulznem načinu.Hkrati se krmilni impulzi ne dovajajo na tiristor T3 in ostane ves čas zaprt. Vezje, ki realizira impulzni način motorja, je sestavljeno iz delovnega tiristorja T1, pomožnega tiristorja T2, preklopnega kondenzatorja C in uporov R1 in R2. Ko je tiristor T1 odprt, tok teče skozi upor R1. Kondenzator C se napolni do napetosti, ki je enaka padcu napetosti na R1.

Ko se krmilni impulz uporabi za tiristor T2, se napetost kondenzatorja uporabi v nasprotni smeri za tiristor T1 in ga zapre. Istočasno se kondenzator ponovno polni. Prisotnost induktivnosti motorja vodi do dejstva, da je proces polnjenja kondenzatorja oscilatorne narave, zaradi česar se tiristor T2 zapre sam, ne da bi dal krmilne signale, vezje rotorja pa se izkaže za odprto. Nato se krmilni impulz uporabi za tiristor T1 in vsi procesi se znova ponovijo.

riž. 5. Shema impulznega kombiniranega krmiljenja asinhronega motorja

Tako s periodično dobavo krmilnih signalov tiristorjem v določenem delu obdobja v rotorju teče tok, ki ga določa upor upora R1. V drugem delu obdobja se izkaže, da je vezje rotorja odprto, navor, ki ga razvije motor, je enak nič, njegova delovna točka pa je na osi hitrosti. S spreminjanjem relativnega trajanja tiristorja T1 v obdobju je mogoče dobiti povprečno vrednost navora, ki ga razvije motor, od nič do največje vrednosti, ki ustreza delovanju reostatske karakteristike, ko je rotor R1 vstavljen v vezje

Z uporabo različnih povratnih zvez je možno pridobiti karakteristike želenega tipa v območju med hitrostno osjo in reostatsko karakteristiko. Prehod v območje med reostatom in naravnimi lastnostmi zahteva, da tiristor T2 ostane ves čas zaprt, tiristor T1 pa ves čas odprt. S kratkim stikom upora R1 s stikalom z glavnim tiristorjem T3 je mogoče gladko spremeniti upor v tokokrogu rotorja od vrednosti R1 do 0 in tako zagotoviti naravno karakteristiko motorja.

Impulzni način komutiranega motorja v krogu rotorja se lahko izvede tudi v načinu dinamičnega zaviranja. Z uporabo različnih povratnih zvez, v tem primeru v II kvadrantu, lahko dosežemo želene mehanske karakteristike. S pomočjo logične krmilne sheme je možno izvesti avtomatski prehod motorja iz enega načina v drugega in zapolniti vse kvadrante mehanskih karakteristik.