Automatizovaný elektrický pohon jeřábových mechanismů s tyristorovým ovládáním

Moderní systémy elektrických pohonů jeřábových mechanismů jsou realizovány především pomocí asynchronních motorů, jejichž otáčky jsou řízeny metodou relé-stykač zaváděním odporů do obvodu rotoru. Takové elektrické pohony mají malý rozsah regulace rychlosti a při rozjezdu a zastavení vytvářejí velké rázy a zrychlení, což nepříznivě ovlivňuje výkon konstrukce jeřábu, vede k kývání břemene a omezuje použití takových systémů na jeřábech se zvýšenou výškou a zdvihem. kapacita .

Vývoj výkonové polovodičové technologie umožňuje zavádět zásadně nová řešení ve struktuře automatizovaného elektrického pohonu jeřábových instalací. V současné době se na zvedacích a posuvných mechanismech věžových jeřábů a mostových jeřábů používá stavitelný elektropohon se stejnosměrnými motory poháněnými výkonnými tyristorovými měniči - systém TP - D.

Otáčky motoru v takových systémech jsou regulovány v rozsahu (20 ÷ 30): I změnou napětí kotvy. Současně během přechodných procesů systém zajišťuje, že zrychlení a kopy jsou dosaženy v rámci specifikovaných norem.

Dobré regulační vlastnosti se projevují i ​​u asynchronního elektrického pohonu, kdy je na obvod statoru asynchronního motoru (AM) připojen tyristorový měnič. Změna napětí statoru motoru v uzavřeném ACS umožňuje omezení rozběhového momentu, dosažení hladkého zrychlení (zpomalení) pohonu a potřebného rozsahu regulace otáček.

Využití tyristorových měničů v automatizovaném elektrickém pohonu jeřábových mechanismů je stále více využíváno v tuzemské i zahraniční praxi. Abychom se seznámili s principem činnosti a možnostmi takových instalací, zastavme se krátce u dvou variant regulačních schémat pro stejnosměrné a střídavé motory.

Na Obr. 1 znázorňuje schematický diagram tyristorového řízení nezávisle buzeného stejnosměrného motoru pro zdvihací mechanismus mostového jeřábu. Kotva motoru je napájena reverzibilním tyristorovým měničem, který se skládá z výkonového transformátoru Tr, který slouží k přizpůsobení napětí měniče a zátěže, dvou skupin tyristorů T1 — T6 a T7 —​​​​ ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​, vyhlazovací reaktory 1UR a 2UR, což jsou oba hladící reaktory vyrobené nenasycené .

Rýže. 1. Schéma elektrického pohonu jeřábu podle systému TP-D.

Skupina tyristorů T1 — T6 funguje jako usměrňovač při zvedání a invertor při spouštění těžkých břemen, protože směr proudu v obvodu kotvy motoru je pro tyto režimy stejný. Druhá skupina tyristorů T7 - ​​T12, poskytující opačný směr proudu kotvy, funguje jako usměrňovač při vypínání a v přechodných režimech spouštění motoru pro spouštění brzd, jako invertor při zastavení v procesu zvedání zátěže nebo háku.

Na rozdíl od mechanismů pro pohyblivé jeřáby, kde tyristorové skupiny musí být stejné, u zvedacích mechanismů může být výkon tyristorů druhé skupiny menší než první, protože proud motoru při vypínání je velmi menší než při zvedání a spouštění těžkého nákladu. zatížení.

Regulace usměrněného napětí tyristorového měniče (TC) se provádí pomocí polovodičového pulzně-fázového řídicího systému sestávajícího ze dvou bloků SIFU-1 a SIFU-2 (obr. 1), z nichž každý dodává dva zapalovací impulzy do příslušných tyristor posunutý o 60°.

Pro zjednodušení řídicího systému a zvýšení spolehlivosti elektrického pohonu využívá toto schéma koordinované řízení reverzibilního TP. K tomu musí být charakteristiky řízení a systémy řízení obou skupin úzce propojeny. Pokud jsou odblokovací impulzy dodávány do tyristorů T1 - T6, což zajišťuje korekční režim provozu této skupiny, pak jsou odblokovací impulzy dodávány do tyristorů T7 - ​​T12, takže tato skupina je připravena k provozu měničem.

Řídicí úhly α1 a α2 pro libovolné provozní režimy TP musí být změněny tak, aby průměrné napětí skupiny usměrňovačů nepřesáhlo napětí skupiny měničů, tzn. není-li tato podmínka splněna, pak mezi oběma skupinami tyristorů poteče usměrněný vyrovnávací proud, který navíc zatěžuje ventily a transformátor a může také způsobit vypnutí ochrany.

Avšak i při správném přizpůsobení řídicích úhlů α1 a α2 z tyristorů skupin usměrňovačů a invertorů je možný tok střídavého vyrovnávacího proudu kvůli nerovnosti okamžitých hodnot napětí UαB a Ual. K omezení tohoto vyrovnávacího proudu se používají vyrovnávací tlumivky 1UR a 2UR.

Proud kotvy motoru prochází vždy jedním z reaktorů, díky čemuž se zmenšuje zvlnění tohoto proudu a samotný reaktor je částečně saturován. Druhý reaktor, kterým aktuálně protéká pouze vyrovnávací proud, zůstává nenasycený a omezuje iyp.

Tyristorový elektrický pohon jeřábu má jednosmyčkový řídicí systém (CS) vyrobený pomocí vysokorychlostního reverzibilního součtového magnetického zesilovače SMUR, který je napájen obdélníkovým generátorem napětí o frekvenci 1000 Hz. V případě výpadku napájení umožňuje takový řídicí systém získat uspokojivé statické charakteristiky a vysokou kvalitu přechodných procesů.

Řídicí systém elektrického pohonu obsahuje zápornou zpětnou vazbu pro přerušované napětí a proud motoru a také slabou kladnou zpětnou vazbu pro napětí Ud.Signál v obvodu budicích cívek SMUR je určen rozdílem mezi referenčním napětím Uc přicházejícím z rezistoru R4 a zpětnovazebním napětím αUd odebraným z potenciometru POS. Hodnota a polarita povelového signálu, který určuje rychlost a směr otáčení pohonu, je regulována regulátorem KK.

Zpětné napětí Ud je odříznuto pomocí křemíkových zenerových diod zapojených paralelně s hlavním vinutím SMUR. Pokud je rozdíl napětí Ud — aUd větší než Ust.n, pak zenerovy diody vedou proud a napětí řídicích cívek se rovná Uz.max = Ust.n.

Od tohoto okamžiku změna signálu aUd na pokles neovlivňuje proud v hlavních vinutích SMUR, tzn. negativní zpětná vazba pro napětí Ud nefunguje, což se obvykle stává při proudech motoru Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n.

Pokud se zpětnovazební signál aUd blíží referenčnímu signálu Uz, pak se napětí na zenerových diodách stane menším než Ust.n a neprotéká jimi proud. Proud v hlavních vinutích SMUR bude určen rozdílem napětí U3 — aUd a v tomto případě vstupuje do hry záporná napěťová zpětná vazba.

Signál záporné proudové zpětné vazby je odebírán ze dvou skupin proudových transformátorů TT1 — TT3 a TT4 — TT8, které pracují se skupinami tyristorů T1 — T6 a T7 —​T12. V proudovém zhášedle BTO se usměrní třífázové střídavé napětí U2TT ≡ Id získané na rezistorech R a přes zenerovy diody, které fungují jako referenční napětí, je přiveden signál Uto.s do proudových vinutí SMUR. , snižující výsledný výsledek na vstupu zesilovače.To snižuje napětí měniče Ud a omezuje proud v obvodu kotvy Id ve statickém a dynamickém režimu.

Pro získání vysokého faktoru plnění mechanických charakteristik ω = f (M) elektrického pohonu a udržení konstantního zrychlení (zpomalení) v přechodových režimech je kromě výše uvedených zapojení aplikována kladná zpětná vazba v obvod napětím.

Faktor zesílení tohoto zapojení je zvolen kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. v souladu s počátečním úsekem charakteristiky Ud = f (Uy) měniče, ale řádově menším, než je koeficient α záporné zpětné vazby na Ud. Účinek tohoto vztahu se projevuje hlavně v současné zóně diskontinuity, která poskytuje strmě klesající úseky prvku.

Na Obr. 2 a ukazuje statické charakteristiky pohonu kladkostroje pro různé hodnoty referenčního napětí U3 odpovídající různým polohám ovladače.

Jako první přiblížení lze předpokládat, že v přechodových režimech start, reverz a stop se pracovní bod v souřadných osách ω = f (M) pohybuje po statické charakteristice. Pak zrychlení systému:

kde ω je úhlová rychlost, Ma je ​​moment vyvinutý motorem, Mc je moment odporu pohybujícího se zatížení, ΔMc je moment ztrát v převodech, J je moment setrvačnosti redukovaný na hřídel motoru.

Pomineme-li převodové ztráty, pak podmínkou pro rovnost zrychlení při rozběhu motoru nahoru a dolů, stejně jako při zastavení shora a dolů je rovnost dynamických momentů elektrického pohonu, tedy Mdin.p = Mdin.s.Pro splnění této podmínky musí být statická charakteristika pohonu kladkostroje asymetrická vzhledem k ose rychlosti (Mstop.p> Mstop.s) a mít strmé čelo v oblasti hodnoty brzdného momentu (obr. 2, a) .

Rýže. 2. Mechanická charakteristika elektrického pohonu podle systému TP-D: a — zdvihací mechanismus, b — pohybový mechanismus.

U pohonů pojezdových mechanismů jeřábů je třeba zohlednit jalový charakter odporového momentu, který není závislý na směru jízdy. Při stejné hodnotě momentu motoru zpomalí moment jalového odporu proces rozběhu a urychlí proces zastavení pohonu.

Pro eliminaci tohoto jevu, který může vést k prokluzu hnacích kol a rychlému opotřebení mechanických převodů, je nutné udržovat v hnacích mechanismech přibližně konstantní zrychlení při rozjezdu, couvání a zastavení. Toho je dosaženo získáním statických charakteristik ω = f (M) znázorněných na Obr. 2, b.

Uvedené typy mechanických charakteristik elektrického pohonu lze získat odpovídající změnou koeficientů záporné proudové zpětné vazby Id a kladné napěťové zpětné vazby Ud.

Kompletní schéma ovládání tyristorově řízeného elektrického pohonu mostového jeřábu zahrnuje všechna blokovací spojení a ochranné obvody, které jsou popsány ve schématech uvedených výše.

Při použití TP v elektrickém pohonu jeřábových mechanismů je třeba věnovat pozornost jejich napájení.Významná nesinusová povaha proudu odebíraného měniči způsobuje zkreslení průběhu napětí na vstupu měniče. Tato zkreslení ovlivňují činnost výkonové části měniče a systému pulzního fázového řízení (SPPC). Zkreslení průběhu síťového napětí způsobuje značné nevytížení motoru.

Zkreslení napájecího napětí má silný vliv na SPPD, zejména při absenci vstupních filtrů. V některých případech mohou tato zkreslení způsobit náhodné úplné otevření tyristorů. Tento jev lze nejlépe eliminovat napájením SPPHU ze samostatných vozíků připojených k transformátoru, který nemá zátěž usměrňovače.

Možnosti využití tyristorů pro řízení otáček asynchronních motorů jsou velmi rozmanité — jedná se o tyristorové frekvenční měniče (autonomní měniče), tyristorové regulátory napětí zahrnuté v obvodu statoru, impulsní regulátory odporu a proudů v elektrických obvodech atd. .

V elektropohonech jeřábů se používají především tyristorové regulátory napětí a pulzní regulátory, což je dáno jejich relativní jednoduchostí a spolehlivostí, použití každého z těchto regulátorů samostatně však plně nesplňuje požadavky na elektrické pohony jeřábových mechanismů.

Ve skutečnosti, když je v obvodu rotoru indukčního motoru použit pouze pulzní odporový regulátor, je možné zajistit regulační zónu omezenou přirozeným způsobem a odpovídající mechanickým charakteristikám impedančního reostatu, tzn.zóna nastavení odpovídá motorickému režimu a opozičnímu režimu s neúplným vyplněním I a IV nebo III a II kvadrantů roviny mechanických charakteristik.

Použití tyristorového regulátoru napětí, zejména reverzibilního, v zásadě poskytuje zónu řízení rychlosti pokrývající celou pracovní část roviny M, ω od -ωn do + ωn a od — Mk do + Mk. V tomto případě však dojde k výrazným ztrátám prokluzem v samotném motoru, což vede k nutnosti výrazně nadhodnocovat jeho instalovaný výkon a tedy i jeho rozměry.

V této souvislosti vznikají asynchronní elektrické pohonné systémy pro jeřábové mechanismy, kde je motor řízen kombinací pulzní regulace odporu v rotoru a změn napětí přiváděného na stator. Tím jsou vyplněny čtyři kvadranty mechanického výkonu.

Schematický diagram takového kombinovaného ovládání je na Obr. 3. Obvod rotoru zahrnuje obvod řízení odporového impulsu v obvodu usměrněného proudu. Parametry obvodu jsou voleny tak, aby byl zajištěn chod motoru v I a III kvadrantu v oblastech mezi reostatem a přirozenou charakteristikou (na obr. 4 stíněno svislými čarami).

Rýže. 3. Schéma elektrického pohonu jeřábu s tyristorovým regulátorem napětí statoru a impulsním řízením odporu rotoru.

Pro řízení rychlosti v oblastech mezi charakteristikami reostatu a osou rychlosti stíněnými vodorovnými čarami na Obr. 4 je stejně jako pro reverzaci motoru použit tyristorový regulátor napětí, sestávající z dvojic antiparalelních tyristorů 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.Změna napětí přiváděného na stator se provádí úpravou úhlu otevření párů tyristorů 1-2, 6-7, 11-12-pro jeden směr otáčení a 4-5, 6-7, 8-9-pro jiný směr otáčení.

Rýže. 4. Pravidla pro kombinované řízení asynchronního motoru.

Pro získání pevných mechanických charakteristik a omezení točivého momentu motoru poskytuje obvod zpětnou vazbu rychlosti a usměrněného proudu rotoru, kterou zajišťuje tachogenerátor TG a stejnosměrný transformátor (magnetický zesilovač) TPT

Jednodušší je zaplnit celý I kvadrant zapojením kondenzátoru s odporem R1 do série (obr. 3). V tomto případě se ekvivalentní odpor v usměrněném proudu rotoru může měnit od nuly do nekonečna, a tak lze proud rotoru řídit od maximální hodnoty k nule.

Rozsah regulace rychlosti motoru v takovém schématu sahá až k ose pořadnice, ale hodnota kapacity kondenzátoru se ukazuje jako velmi významná.

Pro vyplnění celého I kvadrantu při nižších kapacitních hodnotách je odpor rezistoru R1 rozdělen do samostatných kroků. V první fázi se postupně zavádí kapacita, která se zapíná při nízkých proudech. Kroky jsou odstraněny pulzní metodou, po které následuje zkrat každého z nich přes tyristory nebo stykače. Naplnění celého I kvadrantu lze také dosáhnout kombinací pulzních změn odporu s pulzním chodem motoru. Takové schéma je znázorněno na Obr. 5.

V oblasti mezi osou otáček a charakteristikou reostatu (obr. 4) motor pracuje v pulzním režimu.Do tyristoru T3 zároveň nejsou přiváděny řídicí impulsy a ten zůstává po celou dobu sepnutý. Obvod, který realizuje pulzní režim motoru, se skládá z pracovního tyristoru T1, pomocného tyristoru T2, spínacího kondenzátoru C a rezistorů R1 a R2. Když je tyristor T1 otevřený, proud protéká odporem R1. Kondenzátor C se nabíjí na napětí rovné úbytku napětí na R1.

Při přivedení řídicího impulsu na tyristor T2 je napětí kondenzátoru přivedeno v opačném směru než tyristor T1 a uzavře jej. Současně probíhá dobíjení kondenzátoru. Přítomnost indukčnosti motoru vede k tomu, že proces dobíjení kondenzátoru je oscilační povahy, v důsledku čehož se tyristor T2 sám uzavře bez dávání řídicích signálů a obvod rotoru se ukáže jako otevřený. Poté je na tyristor T1 přiveden řídicí impuls a všechny procesy se znovu opakují.

Rýže. 5. Schéma impulsního kombinovaného řízení asynchronního motoru

Při periodickém dodávání řídicích signálů do tyristorů tedy po určitou část periody protéká rotorem proud určený odporem rezistoru R1. V další části periody se obvod rotoru ukáže jako otevřený, moment vyvíjený motorem je nulový a jeho pracovní bod je na ose otáček. Změnou relativní doby trvání tyristoru T1 během periody je možné získat průměrnou hodnotu točivého momentu vyvinutého motorem od nuly do maximální hodnoty odpovídající činnosti charakteristiky reostatu při zavedení rotoru R1 do obvod

Použitím různých zpětných vazeb je možné získat charakteristiky požadovaného typu v oblasti mezi osou otáček a charakteristikou reostatu. Přechod do oblasti mezi reostatem a přirozenými charakteristikami vyžaduje, aby tyristor T2 zůstal neustále uzavřen a tyristor T1 zůstal stále otevřený. Zkratováním odporu R1 pomocí spínače s hlavním tyristorem T3 lze plynule měnit odpor v obvodu rotoru z hodnoty R1 na 0 a tím zajistit přirozenou charakteristiku motoru.

Impulzní režim komutovaného motoru v obvodu rotoru lze provádět i v režimu dynamického brzdění. Použitím různých zpětných vazeb, v tomto případě v kvadrantu II, lze získat požadované mechanické charakteristiky. Pomocí schématu logického řízení je možné provést automatický přechod motoru z jednoho režimu do druhého a naplnit všechny kvadranty mechanických charakteristik.