Kraanamehhanismide automatiseeritud elektriajam koos türistori juhtimisega

Kaasaegseid kraanamehhanismide elektriajamite süsteeme rakendatakse peamiselt asünkroonsete mootorite abil, mille kiirust juhitakse relee-kontaktori meetodil, viies rootori ahelasse takistusi. Sellistel elektriajamitel on väike kiiruse reguleerimisulatus ning käivitamisel ja seiskamisel tekitavad need suuri lööke ja kiirendusi, mis mõjutab negatiivselt kraana konstruktsiooni jõudlust, viib koormuse kõikumiseni ja piirab selliste süsteemide kasutamist kõrgendatud kõrguse ja tõstevõimega kraanadel. mahutavus .

Jõupooljuhttehnoloogia areng võimaldab võtta kraanapaigaldiste automatiseeritud elektriajami struktuuris kasutusele põhimõtteliselt uusi lahendusi. Praegu kasutatakse tornkraanade ja sildkraanade tõste- ja teisaldusmehhanismidel reguleeritavat elektriajamit alalisvoolumootoritega, mida juhivad võimsad türistormuundurid - TP süsteem - D.

Mootori kiirust sellistes süsteemides reguleeritakse vahemikus (20 ÷ 30): I, muutes armatuuri pinget. Samal ajal tagab süsteem siirdeprotsesside ajal kiirenduste ja löökide saavutamise etteantud normide piires.

Head reguleerimisomadused avalduvad ka asünkroonses elektriajamis, kui asünkroonmootori (AM) staatori ahelasse on ühendatud türistormuundur. Mootori staatori pinge muutmine suletud ACS-is võimaldab piirata käivitusmomenti, saavutada ajami sujuv kiirendus (aeglustus) ja vajalik kiiruse reguleerimise vahemik.

Kodu- ja välismaises praktikas kasutatakse üha enam türistormuundurite kasutamist kraanamehhanismide automatiseeritud elektriajamis. Et tutvuda selliste paigaldiste tööpõhimõtte ja võimalustega, peatume põgusalt alalis- ja vahelduvvoolumootorite kahel juhtimisskeemi variandil.

Joonisel fig. 1 on kujutatud sildkraana tõstemehhanismi sõltumatult ergastava alalisvoolumootori türistori juhtimise skemaatiline diagramm. Mootori armatuuri toiteallikaks on pööratav türistormuundur, mis koosneb jõutrafost Tr, mis sobib konverteri pinge ja koormuse sobitamiseks, kahest türistoride rühmast T1 — T6 ja T7 —​​ Silumisreaktorid 1UR ja 2UR, mis on mõlemad küllastumata silumisreaktorid .

Riis. 1. Kraana elektriajami skeem vastavalt TP-D süsteemile.

Türistoride rühm T1 — T6 töötab tõstmisel alaldina ja raskete koormuste langetamisel inverterina, kuna nende režiimide mootori armatuuriahelas on voolu suund sama. Teine türistorite rühm T7-T12, mis tagab armatuuri voolu vastupidise suuna, töötab alaldina väljalülitamise ajal ja mootori käivitamise siirderežiimides pidurite langetamiseks, inverterina tõstmise ajal seiskamisel. koormad või konks.

Erinevalt kraanade teisaldamise mehhanismidest, kus türistorirühmad peavad olema samad, võib tõstemehhanismide puhul teise rühma türistoride võimsust võtta vähem kui esimest, kuna mootori vool väljalülitamise ajal on väga väiksem kui raskete tõste- ja langetamisprotsessides. koormused.

Türistormuunduri (TC) alaldatud pinge reguleerimine toimub pooljuhtimpulssi faasijuhtimissüsteemi abil, mis koosneb kahest plokist SIFU-1 ja SIFU-2 (joonis 1), millest igaüks annab kaks süüteimpulssi vastavale impulsile. türistori nihe 60 ° võrra.

Juhtsüsteemi lihtsustamiseks ja elektriajami töökindluse suurendamiseks kasutatakse selles skeemis pööratava TP koordineeritud juhtimist. Selleks peavad kahe rühma juhtimisomadused ja juhtimissüsteemid olema omavahel tihedalt seotud. Kui avamisimpulsid antakse türistoritele T1-T6, mis tagavad selle rühma korrigeeriva töörežiimi, siis avamisimpulsid antakse türistoritele T7-T12, nii et see rühm on inverteri poolt tööks ette valmistatud.

TP mis tahes töörežiimide juhtimisnurki α1 ja α2 tuleb muuta selliselt, et alaldi grupi keskmine pinge ei ületaks inverterigrupi pinget, s.o. kui see tingimus ei ole täidetud, siis kahe türistorigrupi vahel hakkab liikuma alaldatud tasandusvool, mis lisaks koormab klappe ja trafot ning võib põhjustada ka kaitse väljalülitumist.

Kuid isegi alaldi ja inverteri rühmade türistorite juhtimisnurkade α1 ja α2 õige sobitamise korral on vahelduv võrdsusvoolu vool võimalik pingete UαB hetkväärtuste ebavõrdsuse tõttu. ja UαI. Selle tasandusvoolu piiramiseks kasutatakse tasandusreaktoreid 1UR ja 2UR.

Mootori armatuurivool läbib alati ühte reaktoritest, mille tõttu selle voolu lainetus väheneb ja reaktor ise on osaliselt küllastunud. Teine reaktor, millest praegu liigub ainult võrdsustusvool, jääb küllastumata ja piirab iyp.

Türistori elektrilisel kraanaajamil on üheahelaline juhtimissüsteem (CS), mis on valmistatud kiire pööratava summeeriva magnetvõimendi SMUR abil, mida toidab ristkülikukujuline pingegeneraator sagedusega 1000 Hz. Elektrikatkestuse korral võimaldab selline juhtimissüsteem saavutada rahuldavad staatilised omadused ja siirdeprotsesside kõrge kvaliteedi.

Elektriajami juhtimissüsteem sisaldab negatiivset tagasisidet mootori vahelduva pinge ja voolu kohta, samuti nõrka positiivset tagasisidet pingele Ud.SMUR-i ajamipoolide vooluringis olev signaal määratakse takistilt R4 tuleva võrdluspinge Uc ja POS-potentsiomeetrilt võetud tagasisidepinge αUd vahega. Käsusignaali väärtust ja polaarsust, mis määrab ajami kiiruse ja pöörlemissuuna, reguleerib KK kontroller.

Pöördpinge Ud katkestatakse SMUR-i põhimähistega paralleelselt ühendatud räni Zener-dioodide abil. Kui pingeerinevus Ud — aUd on suurem kui Ust.n, siis juhivad zeneri dioodid voolu ja juhtpoolide pinge muutub võrdseks Uz.max = Ust.n.

Sellest hetkest alates ei mõjuta signaali aUd muutus vähenemisele SMUR-i põhimähistes voolu, st. pinge Ud negatiivne tagasiside ei toimi, mis tavaliselt juhtub mootorivoolude Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n juures.

Kui tagasiside signaal aUd läheneb tugisignaalile Uz, siis pinge Zener dioodidel muutub väiksemaks kui Ust.n ja vool neid läbi ei liigu. SMUR-i põhimähiste voolu määrab pingevahe U3 — aUd ja sel juhul tuleb mängu negatiivne pinge tagasiside.

Negatiivne voolu tagasiside signaal võetakse kahest voolutrafode rühmast TT1 - TT3 ja TT4 - TT8, mis töötavad vastavalt türistoride rühmadega T1 - T6 ja T7 - ​​T12. BTO voolukatkestikus alaldatakse takistitel R saadud kolmefaasiline vahelduvpinge U2TT ≡ Id ning referentspingena toimivate zeneri dioodide kaudu suunatakse signaal Uto.s SMUR-i voolumähistele. , alandades saadud tulemust võimendi sisendis.See vähendab muunduri pinget Ud ja piirab armatuuriahela voolu Id staatilises ja dünaamilises režiimis.

Elektriajami mehaaniliste karakteristikute ω = f (M) kõrge täiteteguri saamiseks ja pideva kiirenduse (aeglustus) säilitamiseks siirderežiimides rakendatakse lisaks ülaltoodud ühendustele ka positiivset tagasisidet. vooluring pinge järgi.

Selle ühenduse võimendusteguriks valitakse kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. vastavalt muunduri karakteristiku Ud = f (Uy) algsele lõigule, kuid järguga, mis on väiksem kui Ud negatiivse tagasiside koefitsient α. Selle seose mõju avaldub peamiselt praeguses katkestusvööndis, pakkudes tunnuse järsult süvenevaid lõike.

Joonisel fig. 2, a näitab tõstuki ajami staatilisi omadusi kontrolleri erinevatele asenditele vastava võrdluspinge U3 erinevate väärtuste jaoks.

Esimese lähendusena võib eeldada, et algus-, tagasi- ja peatumisrežiimides liigub tööpunkt koordinaattelgedel ω = f (M) mööda staatilist karakteristikku. Siis süsteemi kiirendus:

kus ω on nurkkiirus, Ma on mootori poolt välja töötatud moment, Mc on liikuva koormuse takistusmoment, ΔMc on hammasrataste kadude moment, J on mootori võllile taandatud inertsimoment.

Kui ignoreerida ülekandekadusid, on kiirenduse võrdsuse tingimus nii mootori üles-alla käivitamisel kui ka üles-alla peatumisel elektriajami dünaamiliste momentide võrdsus, see tähendab Mdin.p = Mdin.s.Selle tingimuse täitmiseks peavad tõstuki ajami staatilised karakteristikud olema kiirustelje suhtes asümmeetrilised (Mstop.p> Mstop.s) ja neil peab olema pidurdusmomendi väärtuse piirkonnas järsk esiosa (joonis 2, a). .

Riis. 2. Elektriajami mehaanilised omadused TP-D süsteemi järgi: a — tõstemehhanism, b — liikumismehhanism.

Kraana liikumismehhanismide ajamite puhul tuleb arvestada takistusmomendi reaktiivsust, mis ei sõltu sõidusuunast. Mootori pöördemomendi sama väärtuse korral aeglustab reaktiivtakistuse pöördemoment käivitusprotsessi ja kiirendab ajami seiskamisprotsessi.

Selle nähtuse kõrvaldamiseks, mis võib põhjustada veorataste libisemist ja mehaaniliste jõuülekannete kiiret kulumist, on vaja käivitamisel, tagurdamisel ja peatamisel säilitada veomehhanismides ligikaudu konstantsed kiirendused. See saavutatakse joonisel fig. 2, b.

Elektriajami kindlaksmääratud tüüpi mehaanilisi karakteristikuid saab saada, muutes vastavalt negatiivse voolu tagasiside Id ja positiivse pinge tagasiside Ud koefitsiente.

Õhukraana türistoriga juhitava elektriajami täielik juhtimisskeem sisaldab kõiki blokeerimisühendusi ja kaitselülitusi, mida on käsitletud eelnevalt toodud skeemidel.

TP kasutamisel kraanamehhanismide elektriajamis tuleks tähelepanu pöörata nende toiteallikale.Konverterite tarbitava voolu oluline mittesinusoidne olemus põhjustab muunduri sisendis pinge lainekuju moonutusi. Need moonutused mõjutavad muunduri toitesektsiooni ja impulsi faasijuhtimise (SPPC) süsteemi tööd. Liinipinge lainekuju moonutamine põhjustab mootori olulist alakasutamist.

Toitepinge moonutused avaldavad SPPD-le tugevat mõju, eriti sisendfiltrite puudumisel. Mõnel juhul võivad need moonutused põhjustada türistorite juhuslikku täielikku avanemist. Seda nähtust saab kõige paremini kõrvaldada, kui toite SPPHU-d eraldi kärudest, mis on ühendatud trafoga, millel pole alaldi koormust.

Asünkroonmootorite kiiruse reguleerimiseks türistorite kasutamise viisid on väga mitmekesised - need on türistori sagedusmuundurid (autonoomsed inverterid), staatori ahelasse kuuluvad türistori pingeregulaatorid, elektriahelate takistuse ja voolude impulssregulaatorid jne.

Kraanade elektriajamites kasutatakse peamiselt türistori pingeregulaatoreid ja impulssregulaatoreid, mis tuleneb nende suhtelisest lihtsusest ja töökindlusest, kuid nende iga regulaatori kasutamine eraldi ei vasta täielikult kraanamehhanismide elektriajamite nõuetele.

Tegelikult, kui asünkroonmootori rootori ahelas kasutatakse ainult impulsitakistuse regulaatorit, on võimalik luua reguleerimistsoon, mis on piiratud loomuliku ja impedantsreostaadi mehaanilistele omadustele, st.reguleerimistsoon vastab mootorirežiimile ja opositsioonirežiimile mehaaniliste karakteristikute tasandi I ja IV või III ja II kvadrandi mittetäieliku täitmisega.

Türistori pingeregulaatori, eriti pööratava, kasutamine annab põhimõtteliselt kiiruse reguleerimise tsooni, mis hõlmab kogu tasapinna M tööosa, ω alates -ωn kuni + ωn ja alates — Mk kuni + Mk. Kuid sel juhul tekivad mootoris endas märkimisväärsed libisemiskaod, mis toob kaasa vajaduse selle paigaldatud võimsust ja vastavalt ka mõõtmeid oluliselt üle hinnata.

Sellega seoses luuakse kraanamehhanismide asünkroonsed elektriajamisüsteemid, kus mootorit juhitakse rootori takistuse impulssreguleerimise ja staatorile antud pinge muutuste kombinatsiooniga. See täidab mehaanilise jõudluse neli kvadranti.

Sellise kombineeritud juhtimise skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 3. Rootori ahel sisaldab alaldatud vooluahelas takistusimpulsi juhtimisahelat. Ahela parameetrid valitakse nii, et tagaksid mootori töö I ja III kvadrandis reostaadi ja looduslike karakteristikute vahelistel aladel (joonis 4, varjutatud vertikaalsete joontega).

Riis. 3. Staatori pinge ja rootori takistuse impulssjuhtimise türistori regulaatoriga kraana elektriajami skeem.

Kiiruse reguleerimiseks reostaadi karakteristikute ja horisontaalsete joontega varjutatud kiirustelje vahel joonisel fig. 4, samuti mootori tagurdamiseks kasutatakse türistori pingeregulaatorit, mis koosneb antiparalleelsete türistoride paaridest 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.Staatorile antava pinge muutmine toimub türistoripaaride avanemisnurga reguleerimisega 1-2, 6-7, 11-12-ühe pöörlemissuuna jaoks ja 4-5, 6-7, 8-9-muu jaoks. pöörlemissuund.

Riis. 4. Asünkroonmootori kombineeritud juhtimise reeglid.

Jäikate mehaaniliste omaduste saavutamiseks ja mootori pöördemomentide piiramiseks annab vooluahel pöörlemiskiiruse ja alaldatud rootori voolu tagasisidet, mida pakuvad TG tahhogeneraator ja alalisvoolutrafo (magnetvõimendi) TPT

Lihtsam on täita kogu I kvadrand, kui ühendada kondensaator takistusega R1 järjestikku (joonis 3). Sel juhul võib alaldatud rootori voolu ekvivalenttakistus varieeruda nullist lõpmatuseni ja seega saab rootori voolu juhtida maksimaalsest väärtusest nullini.

Mootori kiiruse reguleerimise ulatus sellises skeemis ulatub ordinaatteljele, kuid kondensaatori mahtuvuse väärtus osutub väga oluliseks.

Kogu I kvadrandi täitmiseks madalamatel mahtuvusväärtustel jagatakse takisti R1 takistus eraldi sammudeks. Esimeses etapis sisestatakse järjestikku mahtuvus, mis lülitatakse sisse madalatel vooludel. Sammud eemaldatakse impulssmeetodil, millele järgneb igaühe lühis türistorite või kontaktorite kaudu. Kogu I kvadrandi täitmine on saavutatav ka takistuse impulssmuutuste kombineerimisel mootori impulsstööga. Selline skeem on näidatud joonisel fig. 5.

Pöörete telje ja reostaadi karakteristiku vahelisel alal (joonis 4) töötab mootor impulssrežiimis.Samal ajal ei anta türistorile T3 juhtimpulsse ja see jääb kogu aeg suletuks. Mootori impulssrežiimi realiseeriv vooluahel koosneb töötavast türistorist T1, abitüristorist T2, lülituskondensaatorist C ning takistitest R1 ja R2. Kui türistor T1 on avatud, voolab vool läbi takisti R1. Kondensaator C laetakse pingeni, mis on võrdne pingelanguga üle R1.

Kui türistorile T2 antakse juhtimpulss, rakendatakse kondensaatori pinget türistorile T1 vastupidises suunas ja see sulgeb selle. Samal ajal toimub kondensaatori laadimine. Mootori induktiivsuse olemasolu toob kaasa asjaolu, et kondensaatori laadimisprotsess on võnkuva iseloomuga, mille tagajärjel sulgub türistor T2 iseseisvalt ilma juhtsignaale andmata ja rootori ahel osutub lahtiseks. Seejärel rakendatakse türistorile T1 kontrollimpulss ja kõiki protsesse korratakse uuesti.

Riis. 5. Asünkroonmootori impulss-kombineeritud juhtimise skeem

Seega, kui türistoritele antakse perioodiliselt juhtsignaale, voolab rootoris teatud perioodi jooksul vool, mille määrab takisti R1 takistus. Perioodi teises osas osutub rootori ahel lahtiseks, mootori poolt välja töötatud pöördemoment on null ja selle tööpunkt asub kiirusteljel. Türistori T1 suhtelise kestuse muutmisega perioodi jooksul on võimalik saada mootori poolt arendatava pöördemomendi keskmine väärtus nullist maksimaalse väärtuseni, mis vastab reostaadi karakteristiku tööle, kui rootor R1 sisestatakse vooluring

Erinevate tagasiside abil on võimalik saada soovitud tüüpi karakteristikke kiirustelje ja reostaadi karakteristiku vahelises piirkonnas. Üleminek reostaadi ja looduslike omaduste vahelisele alale nõuab, et türistor T2 jääks kogu aeg suletuks ja türistor T1 jääks kogu aeg avatuks. Lühistades takistuse R1, kasutades lülitit põhitüristoriga T3, on võimalik sujuvalt muuta rootori ahela takistust väärtuselt R1 väärtuselt 0, tagades seega mootori loomuliku karakteristiku.

Rootori ahelas oleva kommuteeritud mootori impulssrežiimi saab teostada ka dünaamilises pidurdusrežiimis. Erinevate tagasisidete abil, antud juhul II kvadrandis, on võimalik saada soovitud mehaanilised omadused. Loogilise juhtimisskeemi abil on võimalik teostada mootori automaatset üleminekut ühest režiimist teise ja täita kõik mehaaniliste karakteristikute kvadrandid.