Automatizirani električni pogon kranskih mehanizama s tiristorskim upravljanjem

Suvremeni sustavi električnih pogona mehanizama dizalica uglavnom se provode pomoću asinkronih motora, čija se brzina kontrolira relejno-kontaktorskom metodom uvođenjem otpora u krug rotora. Takvi električni pogoni imaju mali raspon regulacije brzine i prilikom pokretanja i zaustavljanja stvaraju velike udarce i ubrzanja, što nepovoljno utječe na performanse konstrukcije dizalice, dovodi do njihanja tereta i ograničava upotrebu takvih sustava na dizalicama s povećanom visinom i dizanjem. kapacitet .

Razvoj tehnologije energetskih poluvodiča omogućuje uvođenje temeljno novih rješenja u strukturi automatiziranog električnog pogona kranskih instalacija. Trenutno se na mehanizmima za dizanje i pomicanje toranjskih i mosnih dizalica koristi podesivi električni pogon s istosmjernim motorima koje pokreću snažni tiristorski pretvarači - TP sustav - D.

Brzina motora u ovakvim sustavima regulirana je u rasponu (20 ÷ 30): I promjenom napona armature. U isto vrijeme, tijekom prijelaznih procesa, sustav osigurava postizanje ubrzanja i udaraca unutar navedenih normi.

Dobre regulacijske kvalitete također se očituju u asinkronom električnom pogonu, kada je tiristorski pretvarač spojen na krug statora asinkronog motora (AM). Promjena napona statora motora u zatvorenom ACS-u omogućuje ograničavanje početnog momenta, postizanje glatkog ubrzanja (usporavanja) pogona i potrebnog raspona regulacije brzine.

Primjena tiristorskih pretvarača u automatiziranom električnom pogonu kranskih mehanizama sve se više koristi u domaćoj i inozemnoj praksi. Kako bismo se upoznali s principom rada i mogućnostima takvih instalacija, ukratko se zadržimo na dvije varijante shema upravljanja za DC i AC motore.

Na sl. Slika 1 prikazuje shematski dijagram tiristorskog upravljanja neovisno pobuđenog istosmjernog motora mehanizma za dizanje mosne dizalice. Armaturu motora napaja reverzibilni tiristorski pretvarač, koji se sastoji od energetskog transformatora Tr, koji služi za usklađivanje napona pretvarača i opterećenja, dvije skupine tiristora T1 — T6 i T7 — ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​ reaktori za izglađivanje 1UR i 2UR, koji su oba reaktori za izglađivanje napravljeni nezasićeni .

Riža. 1. Shema električnog pogona dizalice po sustavu TP-D.

Skupina tiristora T1 — T6 radi kao ispravljač pri podizanju i pretvarač pri spuštanju teških tereta, budući da je smjer struje u armaturnom krugu motora za ove načine rada isti. Druga skupina tiristora T7 — ​​T12, osiguravajući suprotan smjer struje armature, radi kao ispravljač tijekom isključenja i u prijelaznim načinima pokretanja motora za spuštanje kočnica, kao pretvarač pri zaustavljanju u procesu podizanja tereta ili kuke.

Za razliku od mehanizama za pomicanje dizalica, gdje skupine tiristora moraju biti iste, za mehanizme za dizanje, snaga tiristora druge skupine može se uzeti manja od prve, budući da je struja motora tijekom isključenja znatno manja nego kod podizanja i spuštanja teških opterećenja.

Regulacija ispravljenog napona tiristorskog pretvarača (TC) provodi se pomoću poluvodičkog impulsno-faznog upravljačkog sustava koji se sastoji od dva bloka SIFU-1 i SIFU-2 (slika 1), od kojih svaki daje dva impulsa paljenja odgovarajućem tiristor pomaknut za 60 °.

Kako bi se pojednostavio sustav upravljanja i povećala pouzdanost električnog pogona, ova shema koristi koordinirano upravljanje reverzibilnim TP-om. Za to, karakteristike upravljanja i sustavi upravljanja dviju skupina moraju biti čvrsto povezani. Ako se impulsi za otključavanje dovode na tiristore T1 — T6, osiguravajući korektivni način rada ove skupine, tada se impulsi za otključavanje dostavljaju tiristorima T7 — ​​T12 tako da je ova skupina pretvaračem pripremljena za rad.

Upravljački kutovi α1 i α2 za bilo koji način rada TP moraju se mijenjati na takav način da prosječni napon ispravljačke skupine ne prelazi napon inverterske skupine, tj. ako ovaj uvjet nije ispunjen, tada će između dvije skupine tiristora teći ispravljena struja izjednačenja, što dodatno opterećuje ventile i transformator, a može uzrokovati i okidanje zaštite.

Međutim, čak i uz ispravno podudaranje regulacijskih kutova α1 i α2 iz tiristora ispravljačke i inverterske skupine, moguć je protok izmjenične struje izjednačenja zbog nejednakosti trenutnih vrijednosti napona UαB i UαI. Za ograničavanje te struje izjednačenja koriste se prigušnice za izjednačenje 1UR i 2UR.

Struja armature motora uvijek prolazi kroz jedan od reaktora, zbog čega se valovitost te struje smanjuje, a sam reaktor je djelomično zasićen. Drugi reaktor, kroz koji trenutno teče samo struja izjednačenja, ostaje nezasićen i ograničava iyp.

Tiristorski pogon električne dizalice ima sustav upravljanja s jednom petljom (CS) izrađen pomoću reverzibilnog sumirajućeg magnetskog pojačala velike brzine SMUR, koji se napaja pravokutnim generatorom napona frekvencije 1000 Hz. U slučaju nestanka struje, takav sustav upravljanja omogućuje postizanje zadovoljavajućih statičkih karakteristika i visoke kvalitete prijelaznih procesa.

Sustav upravljanja električnim pogonom sadrži negativnu povratnu spregu za isprekidani napon i struju motora, kao i slabu pozitivnu povratnu spregu za napon Ud.Signal u krugu pogonskih zavojnica SMUR određen je razlikom između referentnog napona Uc koji dolazi s otpornika R4 i povratnog napona αUd uzetog s POS potenciometra. Vrijednost i polaritet komandnog signala, koji određuje brzinu i smjer vrtnje pogona, regulira KK regulator.

Povratni napon Ud prekida se pomoću silicijskih zener dioda spojenih paralelno s glavnim namotima SMUR. Ako je razlika napona Ud — aUd veća od Ust.n, tada zener diode provode struju i napon upravljačkih zavojnica postaje jednak Uz.max = Ust.n.

Od ove točke nadalje, promjena signala aUd na smanjenje ne utječe na struju u glavnim namotima SMUR-a, tj. negativna povratna veza za napon Ud ne radi, što se obično događa pri strujama motora Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n.

Ako se povratni signal aUd približi referentnom signalu Uz, tada napon na zener diodama postaje manji od Ust.n i struja kroz njih ne teče. Struja u glavnim namotima SMUR-a bit će određena razlikom napona U3 — aUd i u ovom slučaju dolazi do negativne povratne sprege napona.

Negativni strujni povratni signal uzima se iz dvije skupine strujnih transformatora TT1 — TT3 i TT4 — TT8, koji rade sa skupinama tiristora T1 — T6 i T7 — ​​​​T12. U strujnom prekidaču BTO trofazni izmjenični napon U2TT ≡ Id dobiven na otpornicima R se ispravlja, a preko zener dioda, koje djeluju kao referentni napon, dovodi signal Uto.s do strujnih namota SMUR. , smanjujući rezultirajući rezultat na ulazu pojačala.Time se smanjuje napon pretvarača Ud i ograničava struja kruga armature Id u statičkom i dinamičkom načinu rada.

Da bi se dobio visok faktor punjenja mehaničkih karakteristika ω = f (M) električnog pogona i da bi se održalo konstantno ubrzanje (usporavanje) u prijelaznim režimima, osim gore navedenih veza, primjenjuje se pozitivna povratna sprega u krug naponom.

Faktor pojačanja ove veze odabran je kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. u skladu s početnim odsječkom karakteristike Ud = f (Uy) pretvarača, ali s redom manjim od koeficijenta α negativne povratne veze na Ud. Učinak ovog odnosa uglavnom se očituje u sadašnjoj zoni diskontinuiteta, pružajući strmo padajuće dijelove značajke.

Na sl. 2, a prikazuje statičke karakteristike pogona dizalice za različite vrijednosti referentnog napona U3 koji odgovaraju različitim položajima regulatora.

Kao prva aproksimacija može se pretpostaviti da se u prijelaznim načinima pokretanja, rikverca i zaustavljanja radna točka u koordinatnim osima ω = f (M) pomiče duž statičke karakteristike. Tada je ubrzanje sustava:

gdje je ω kutna brzina, Ma je ​​moment koji razvija motor, Mc je moment otpora pokretnog opterećenja, ΔMc je moment gubitaka u zupčanicima, J je moment tromosti sveden na osovinu motora.

Ako zanemarimo gubitke u prijenosu, tada je uvjet za jednakost ubrzanja pri pokretanju motora gore i dolje, kao i pri zaustavljanju od gore dolje jednakost dinamičkih momenata električnog pogona, odnosno Mdin.p = Mdin.s.Da bi se ispunio ovaj uvjet, statičke karakteristike pogona dizalice moraju biti asimetrične u odnosu na os brzine (Mstop.p> Mstop.s) i imati strmu frontu u području vrijednosti momenta kočenja (slika 2, a) .

Riža. 2. Mehaničke karakteristike elektropogona po sustavu TP-D: a — mehanizam za podizanje, b — mehanizam za kretanje.

Za pogone mehanizama za vožnju dizalice treba uzeti u obzir reaktivnu prirodu momenta otpora koji ne ovisi o smjeru vožnje. Pri istoj vrijednosti momenta motora, moment reaktivnog otpora će usporiti proces pokretanja i ubrzati proces zaustavljanja pogona.

Da bi se otklonila ova pojava, koja može dovesti do proklizavanja pogonskih kotača i brzog trošenja mehaničkih mjenjača, potrebno je održavati približno konstantna ubrzanja tijekom pokretanja, vožnje unatrag i zaustavljanja u pogonskim mehanizmima. To se postiže dobivanjem statičkih karakteristika ω = f (M) prikazanih na sl. 2, b.

Navedene vrste mehaničkih karakteristika elektropogona mogu se dobiti odgovarajućim variranjem koeficijenata negativne strujne povratne sprege Id i pozitivne naponske povratne veze Ud.

Cjelovita shema upravljanja tiristorskim upravljanim električnim pogonom mostne dizalice uključuje sve međusobno povezane veze i zaštitne krugove koji su razmotreni u dijagramima danim ranije.

Pri korištenju TP u električnom pogonu mehanizama dizalice treba obratiti pozornost na njihovo napajanje.Značajna nesinusoidalna priroda struje koju troše pretvarači uzrokuje izobličenje valnog oblika napona na ulazu pretvarača. Ova izobličenja utječu na rad energetskog dijela pretvarača i sustava upravljanja fazom impulsa (SPPC). Izobličenje valnog oblika mrežnog napona uzrokuje značajno nedovoljno iskorištenje motora.

Izobličenje napona napajanja ima snažan učinak na SPPD, posebno u nedostatku ulaznih filtara. U nekim slučajevima, ova izobličenja mogu uzrokovati nasumično potpuno otvaranje tiristora. Ovaj se fenomen najbolje može eliminirati napajanjem SPPHU-a iz zasebnih kolica spojenih na transformator koji nema opterećenje ispravljača.

Mogući načini korištenja tiristora za kontrolu brzine asinkronih motora vrlo su raznoliki - to su tiristorski pretvarači frekvencije (autonomni pretvarači), tiristorski regulatori napona uključeni u strujni krug statora, impulsni regulatori otpora i struje u električnim krugovima itd. .

U električnim pogonima dizalica uglavnom se koriste tiristorski regulatori napona i impulsni regulatori, što je posljedica njihove relativne jednostavnosti i pouzdanosti.Međutim, uporaba svakog od ovih regulatora zasebno ne zadovoljava u potpunosti zahtjeve za električne pogone mehanizama dizalica.

Zapravo, kada se u krugu rotora asinkronog motora koristi samo regulator pulsnog otpora, moguće je osigurati zonu regulacije ograničenu prirodnim i koja odgovara mehaničkim karakteristikama reostata impedancije, tj.zona prilagodbe odgovara motoričkom režimu i režimu opozicije s nepotpunim punjenjem I i IV ili III i II kvadranta ravnine mehaničkih karakteristika.

Korištenje tiristorskog regulatora napona, posebno reverzibilnog, u osnovi osigurava zonu regulacije brzine koja pokriva cijeli radni dio ravnine M, ω od -ωn do + ωn i od — Mk do + Mk. Međutim, u ovom slučaju doći će do značajnih gubitaka klizanja u samom motoru, što dovodi do potrebe da se njegova instalirana snaga, a time i dimenzije, značajno precijene.

S tim u vezi stvaraju se asinkroni električni pogonski sustavi za mehanizme dizalica, gdje se motorom upravlja kombinacijom impulsne regulacije otpora u rotoru i promjenama napona koji se dovodi do statora. Ovo ispunjava četiri kvadranta mehaničke izvedbe.

Shematski dijagram takve kombinirane kontrole prikazan je na sl. 3. Krug rotora uključuje kontrolni krug impulsa otpora u krugu ispravljene struje. Parametri kruga odabrani su tako da osiguraju rad motora u I i III kvadrantima u područjima između reostata i prirodnih karakteristika (na slici 4, zasjenjeno okomitim linijama).

Riža. 3. Shema kranskog elektropogona s tiristorskim regulatorom napona statora i impulsnom regulacijom otpora rotora.

Kako bi se kontrolirala brzina u područjima između karakteristika reostata i osi brzine osjenčane vodoravnim linijama na sl. 4, kao i za reverziranje motora, koristi se tiristorski regulator napona koji se sastoji od parova antiparalelnih tiristora 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.Promjena napona koji se dovodi do statora provodi se podešavanjem kuta otvaranja parova tiristora 1-2, 6-7, 11-12 - za jedan smjer vrtnje i 4-5, 6-7, 8-9 - za drugi. smjer vrtnje.

Riža. 4. Pravila kombiniranog upravljanja asinkronim motorom.

Kako bi se postigle krute mehaničke karakteristike i ograničili momenti motora, krug osigurava povratnu informaciju o brzini i ispravljenoj struji rotora koju pružaju TG tahogenerator i DC transformator (magnetsko pojačalo) ​​TPT

Lakše je popuniti cijeli I kvadrant serijskim spajanjem kondenzatora s otporom R1 (slika 3). U tom slučaju, ekvivalentni otpor u ispravljenoj struji rotora može varirati od nule do beskonačnosti i tako se struja rotora može kontrolirati od maksimalne vrijednosti do nule.

Raspon regulacije brzine motora u takvoj shemi proteže se do ordinatne osi, ali se vrijednost kapaciteta kondenzatora pokazuje vrlo značajnom.

Za popunjavanje cijelog I kvadranta pri nižim vrijednostima kapacitivnosti, otpor otpornika R1 podijeljen je u zasebne korake. U prvom stupnju se sukcesivno uvodi kapacitivnost, koja se uključuje pri malim strujama. Koraci se uklanjaju impulsnom metodom, nakon čega slijedi kratki spoj svakog od njih kroz tiristore ili kontaktore. Punjenje cijelog I kvadranta također se može postići kombinacijom impulsnih promjena otpora s pulsnim radom motora. Takva shema prikazana je na sl. 5.

U području između osi brzine i karakteristike reostata (slika 4) motor radi u impulsnom načinu rada.U isto vrijeme, kontrolni impulsi se ne dovode na tiristor T3 i on ostaje cijelo vrijeme zatvoren. Sklop koji ostvaruje impulsni način rada motora sastoji se od radnog tiristora T1, pomoćnog tiristora T2, sklopnog kondenzatora C i otpornika R1 i R2. Kada je tiristor T1 otvoren, struja teče kroz otpornik R1. Kondenzator C je nabijen do napona jednakog padu napona na R1.

Kada se upravljački impuls primijeni na tiristor T2, napon kondenzatora se dovodi u suprotnom smjeru na tiristor T1 i zatvara ga. U isto vrijeme se kondenzator ponovno puni. Prisutnost induktivnosti motora dovodi do činjenice da je proces ponovnog punjenja kondenzatora oscilatorne prirode, zbog čega se tiristor T2 sam zatvara bez davanja upravljačkih signala, a krug rotora ispada da je otvoren. Zatim se na tiristor T1 primjenjuje upravljački impuls i svi se procesi ponovno ponavljaju.

Riža. 5. Shema impulsnog kombiniranog upravljanja asinkronim motorom

Dakle, s periodičnim dovodom upravljačkih signala na tiristori, u nekom dijelu razdoblja struja teče u rotoru, određena otporom otpornika R1. U drugom dijelu razdoblja krug rotora ispada da je otvoren, okretni moment koji razvija motor je jednak nuli, a njegova radna točka je na osi brzine. Promjenom relativnog trajanja tiristora T1 tijekom razdoblja, moguće je dobiti prosječnu vrijednost momenta koji razvija motor od nule do maksimalne vrijednosti koja odgovara radu karakteristike reostata kada se rotor R1 uvede u strujni krug

Korištenjem različitih povratnih veza moguće je dobiti karakteristike željenog tipa u području između osi brzine i reostatske karakteristike. Prijelaz u područje između reostata i prirodnih karakteristika zahtijeva da tiristor T2 ostane cijelo vrijeme zatvoren, a tiristor T1 da ostane otvoren cijelo vrijeme. Kratkim spojem otpora R1 pomoću sklopke s glavnim tiristorom T3 moguće je glatko mijenjati otpor u krugu rotora od vrijednosti R1 do 0, čime se osigurava prirodna karakteristika motora.

Impulsni način rada komutiranog motora u krugu rotora također se može izvesti u načinu dinamičkog kočenja. Korištenjem različitih povratnih veza, u ovom slučaju u II kvadrantu, mogu se dobiti željene mehaničke karakteristike. Pomoću logičke sheme upravljanja moguće je izvršiti automatski prijelaz motora iz jednog moda u drugi i ispuniti sve kvadrante mehaničkih karakteristika.