Automatizuota elektrinė krano mechanizmų pavara su tiristoriaus valdymu

Šiuolaikinės kranų mechanizmų elektrinių pavarų sistemos daugiausia diegiamos naudojant asinchroninius variklius, kurių greitis reguliuojamas relės-kontaktoriaus metodu, įvedant varžas į rotoriaus grandinę. Tokios elektrinės pavaros turi nedidelį greičio reguliavimo diapazoną, o užvedimo ir stabdymo metu sukuria didelius smūgius ir pagreičius, o tai neigiamai veikia krano konstrukcijos veikimą, sukelia krovinio siūbavimą ir riboja tokių sistemų naudojimą padidinto aukščio ir kėlimo kranams. talpa .

Galios puslaidininkių technologijos plėtra leidžia įdiegti iš esmės naujus sprendimus kranų įrenginių automatizuotos elektrinės pavaros struktūroje. Šiuo metu bokštinių ir tiltinių kranų kėlimo ir judėjimo mechanizmuose naudojama reguliuojama elektrinė pavara su nuolatinės srovės varikliais, varomais galingų tiristorių keitiklių - TP sistema - D.

Variklio greitis tokiose sistemose reguliuojamas diapazone (20 ÷ 30): I keičiant armatūros įtampą. Tuo pačiu metu pereinamųjų procesų metu sistema užtikrina, kad pagreičiai ir smūgiai būtų gauti neviršijant nurodytų normų.

Geros reguliavimo savybės pasireiškia ir asinchroninėje elektros pavaroje, kai tiristoriaus keitiklis yra prijungtas prie asinchroninio variklio (AM) statoriaus grandinės. Variklio statoriaus įtampos keitimas uždaroje ACS leidžia apriboti paleidimo momentą, pasiekti sklandų pavaros pagreitį (lėtėjimą) ir reikiamą greičio reguliavimo diapazoną.

Tiristorių keitiklių naudojimas automatinėje elektrinėje kranų mechanizmų pavaroje vis dažniau naudojamas vidaus ir užsienio praktikoje. Norėdami susipažinti su tokių įrenginių veikimo principu ir galimybėmis, trumpai apsistokime prie dviejų nuolatinės ir kintamosios srovės variklių valdymo schemų variantų.

Fig. 1 parodyta tiltinio krano kėlimo mechanizmo nepriklausomai sužadinto nuolatinės srovės variklio tiristoriaus valdymo schema. Variklio armatūra maitinama reversiniu tiristoriaus keitikliu, kurį sudaro galios transformatorius Tr, kuris tarnauja keitiklio įtampai ir apkrovai suderinti, dvi tiristorių grupės T1 — T6 ir T7 —​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​.

Ryžiai. 1. Krano elektros pavaros schema pagal TP-D sistemą.

Tiristorių grupė T1 — T6 veikia kaip lygintuvas keliant ir keitiklis nuleidžiant dideles apkrovas, nes srovės kryptis variklio armatūros grandinėje šiems režimams yra vienoda. Antroji tiristorių grupė T7 – T12, teikianti priešingą armatūros srovės kryptį, veikia kaip lygintuvas išjungus maitinimą ir pereinamaisiais variklio užvedimo režimais stabdžiams nuleisti, kaip keitiklis sustojus kėlimo procese. kroviniai ar kabliukas.

Skirtingai nuo kranų judėjimo mechanizmų, kur tiristorių grupės turi būti vienodos, kėlimo mechanizmams antrosios grupės tiristorių galia gali būti paimta mažesnė nei pirmojo, nes variklio srovė išjungus maitinimą yra labai mažesnė nei keliant ir nuleidžiant sunkiuosius. apkrovų.

Tiristoriaus keitiklio (TC) ištaisytos įtampos reguliavimas atliekamas naudojant puslaidininkinę impulsų fazės valdymo sistemą, susidedančią iš dviejų blokų SIFU-1 ir SIFU-2 (1 pav.), kurių kiekvienas tiekia po du degimo impulsus atitinkamam impulsui. tiristoriaus poslinkis 60 °.

Siekiant supaprastinti valdymo sistemą ir padidinti elektrinės pavaros patikimumą, šioje schemoje naudojamas suderintas reversinio TP valdymas. Tam turi būti glaudžiai susietos abiejų grupių valdymo ypatybės ir valdymo sistemos. Jei atrakinimo impulsai tiekiami tiristoriams T1 - T6, užtikrinantiems korekcinį šios grupės veikimo režimą, tada atrakinimo impulsai tiekiami tiristoriams T7 - ​​T12, kad ši grupė būtų paruošta veikti keitikliu.

Valdymo kampai α1 ir α2 bet kokiems TP veikimo režimams turi būti keičiami taip, kad vidutinė lygintuvų grupės įtampa neviršytų inverterių grupės įtampos, t.y. jei ši sąlyga neįvykdyta, tai išlyginamoji išlyginamoji srovė tekės tarp dviejų tiristorių grupių, kas papildomai apkrauna vožtuvus ir transformatorių bei taip pat gali sukelti apsaugos suveikimą.

Tačiau net ir teisingai suderinus valdymo kampus α1 ir α2 iš lygintuvo ir keitiklio grupių tiristorių, kintamos išlyginamosios srovės srautas yra įmanomas dėl įtampų UαB momentinių verčių nelygybės. ir UαI. Šiai išlyginimo srovei apriboti naudojami išlyginamieji reaktoriai 1UR ir 2UR.

Variklio armatūros srovė visada praeina per vieną iš reaktorių, dėl to sumažėja šios srovės bangavimas, o pats reaktorius yra dalinai prisotintas. Antrasis reaktorius, per kurį šiuo metu teka tik išlyginamoji srovė, lieka nesotus ir riboja iyp.

Tiristorinė elektrinė krano pavara turi vienos kilpos valdymo sistemą (CS), pagamintą naudojant greitaeigį grįžtamąjį sumuojantį magnetinį stiprintuvą SMUR, kurį maitina stačiakampis įtampos generatorius, kurio dažnis yra 1000 Hz. Nutrūkus elektros tiekimui tokia valdymo sistema leidžia gauti patenkinamas statines charakteristikas ir aukštą pereinamųjų procesų kokybę.

Elektrinės pavaros valdymo sistemoje yra neigiamas grįžtamasis ryšys apie nutrūkstančią variklio įtampą ir srovę, taip pat silpnas teigiamas įtampos Ud grįžtamasis ryšys.Signalą SMUR pavaros ritių grandinėje lemia skirtumas tarp atskaitos įtampos Uc, gaunamos iš rezistoriaus R4, ir grįžtamojo ryšio įtampos αUd, paimtos iš POS potenciometro. Komandinio signalo, kuris lemia pavaros greitį ir sukimosi kryptį, reikšmę ir poliškumą reguliuoja KK valdiklis.

Atvirkštinė įtampa Ud atjungiama naudojant silicio zenerio diodus, sujungtus lygiagrečiai su pagrindinėmis SMUR apvijomis. Jei įtampų skirtumas Ud — aUd didesnis už Ust.n, tai zenerio diodai praleidžia srovę ir valdymo ritių įtampa tampa lygi Uz.max = Ust.n.

Nuo šio momento signalo aUd pokytis mažėti neturi įtakos srovei pagrindinėse SMUR apvijose, t.y. neigiamas grįžtamasis ryšys įtampai Ud neveikia, o tai dažniausiai būna esant variklio srovėms Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n.

Jei grįžtamojo ryšio signalas aUd artėja prie atskaitos signalo Uz, tai zenerio diodų įtampa tampa mažesnė už Ust.n ir srovė per juos neteka. Srovę pagrindinėse SMUR apvijose lems įtampos skirtumas U3 — aUd ir tokiu atveju įsijungia neigiamas įtampos grįžtamasis ryšys.

Neigiamas srovės grįžtamasis signalas yra paimtas iš dviejų srovės transformatorių grupių TT1 - TT3 ir TT4 - TT8, atitinkamai veikiančių su tiristorių grupėmis T1 - T6 ir T7 - ​​T12. BTO srovės pertraukiklyje ant rezistorių R gauta trifazė kintamoji įtampa U2TT ≡ Id ištaisoma, o per zenerio diodus, kurie veikia kaip atskaitos įtampa, signalas Uto.s tiekiamas į SMUR srovės apvijas. , sumažinant gautą rezultatą prie stiprintuvo įėjimo.Tai sumažina keitiklio įtampą Ud ir riboja armatūros grandinės srovę Id statiniame ir dinaminiame režimuose.

Norint gauti aukštą elektrinės pavaros mechaninių charakteristikų ω = f (M) užpildymo koeficientą ir išlaikyti pastovų pagreitį (lėtėjimą) pereinamaisiais režimais, be aukščiau išvardytų jungčių, yra taikomas teigiamas grįžtamasis ryšys. grandinė pagal įtampą.

Šios jungties stiprinimo koeficientas pasirenkamas kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. pagal pradinę keitiklio charakteristikos Ud = f (Uy) atkarpą, tačiau eilės tvarka yra mažesnė nei neigiamo grįžtamojo ryšio Ud koeficientas α. Šio ryšio poveikis daugiausia pasireiškia dabartinėje nepertraukiamumo zonoje, suteikiančioje staigiai paskendusias bruožo dalis.

Fig. 2, a rodo statines keltuvo pavaros charakteristikas skirtingoms etaloninės įtampos U3 vertėms, atitinkančioms skirtingas valdiklio padėtis.

Pirmuoju aproksimavimu galima daryti prielaidą, kad paleidimo, atbulinės eigos ir sustabdymo perėjimo režimuose darbo taškas koordinačių ašyse ω = f (M) juda išilgai statinės charakteristikos. Tada sistemos pagreitis:

čia ω – kampinis greitis, Ma – variklio sukuriamas momentas, Mc – judančios apkrovos pasipriešinimo momentas, ΔMc – pavarų nuostolių momentas, J – inercijos momentas, sumažintas iki variklio veleno.

Jei nepaisysime transmisijos nuostolių, tada pagreičio vienodo sąlyga užvedant variklį aukštyn ir žemyn, taip pat sustojus aukštyn ir žemyn yra elektrinės pavaros dinaminių momentų lygybė, tai yra, Mdin.p = Mdin.s.Kad būtų įvykdyta ši sąlyga, keltuvo pavaros statinės charakteristikos turi būti asimetriškos greičio ašies atžvilgiu (Mstop.p> Mstop.s) ir turėti statų priekį stabdymo momento vertės srityje (2 pav., a). .

Ryžiai. 2. Elektrinės pavaros pagal TP-D sistemą mechaninės charakteristikos: a — kėlimo mechanizmas, b — judėjimo mechanizmas.

Krano eigos mechanizmų pavaroms reikia atsižvelgti į pasipriešinimo momento reaktyvumą, kuris nepriklauso nuo važiavimo krypties. Esant tokiai pačiai variklio sukimo momento vertei, reaktyviosios varžos sukimo momentas sulėtins paleidimo procesą ir pagreitins pavaros sustabdymo procesą.

Norint pašalinti šį reiškinį, dėl kurio gali paslysti varantieji ratai ir greitas mechaninių transmisijų susidėvėjimas, reikia palaikyti maždaug pastovius pagreičius paleidžiant, važiuojant atbuline eiga ir stabdant vairavimo mechanizmus. Tai pasiekiama gavus statines charakteristikas ω = f (M), parodytas fig. 2, b.

Nurodytus elektrinės pavaros mechaninių charakteristikų tipus galima gauti atitinkamai keičiant neigiamo srovės grįžtamojo ryšio Id ir teigiamo įtampos grįžtamojo ryšio Ud koeficientus.

Pilna tiristoriaus valdomos viršutinio krano elektrinės pavaros valdymo schema apima visas blokavimo jungtis ir apsaugos grandines, kurios yra aptartos anksčiau pateiktose diagramose.

Naudojant TP kranų mechanizmų elektrinėje pavaroje, reikia atkreipti dėmesį į jų maitinimo šaltinį.Dėl keitiklių sunaudojamos srovės nesinusoidinio pobūdžio iškraipoma įtampos bangos forma keitiklio įėjime. Šie iškraipymai turi įtakos keitiklio galios skyriaus ir impulsinės fazės valdymo (SPPC) sistemos veikimui. Linijos įtampos bangos formos iškraipymas sukelia reikšmingą variklio nepakankamą panaudojimą.

Maitinimo įtampos iškraipymas stipriai veikia SPPD, ypač jei nėra įvesties filtrų. Kai kuriais atvejais dėl šių iškraipymų tiristoriai gali atsitiktinai visiškai atsidaryti. Šį reiškinį geriausiai galima pašalinti tiekiant SPPHU iš atskirų vežimėlių, prijungtų prie transformatoriaus, kuris neturi lygintuvo apkrovos.

Galimi tiristorių panaudojimo būdai asinchroninių variklių greičiui valdyti yra labai įvairūs - tai tiristorių dažnio keitikliai (autonominiai keitikliai), tiristorių įtampos reguliatoriai, įtraukti į statoriaus grandinę, impulsiniai varžos ir srovių reguliatoriai elektros grandinėse ir kt.

Kranų elektrinėse pavarose daugiausia naudojami tiristoriniai įtampos reguliatoriai ir impulsiniai reguliatoriai, tai lemia jų santykinis paprastumas ir patikimumas, tačiau kiekvieno iš šių reguliatorių naudojimas atskirai nevisiškai atitinka kranų mechanizmų elektrinėms pavaroms keliamus reikalavimus.

Tiesą sakant, kai asinchroninio variklio rotoriaus grandinėje naudojamas tik impulsinės varžos reguliatorius, galima numatyti reguliavimo zoną, apribotą natūraliomis ir atitinkančiomis varžos reostato mechanines charakteristikas, t.y.reguliavimo zona atitinka variklio režimą ir opozicijos režimą su nepilnu užpildymu I ir IV arba III ir II mechaninių charakteristikų plokštumos kvadrantais.

Tiristoriaus įtampos reguliatoriaus, ypač reversinio, naudojimas iš esmės suteikia greičio reguliavimo zoną, apimančią visą plokštumos M darbinę dalį, ω nuo -ωn iki + ωn ir nuo — Mk iki + Mk. Tačiau tokiu atveju pačiame variklyje bus didelių slydimo nuostolių, todėl reikės gerokai pervertinti jo sumontuotą galią ir atitinkamai jo matmenis.

Šiuo atžvilgiu sukuriamos asinchroninės elektrinės pavaros sistemos kranų mechanizmams, kur variklis valdomas pulsinio rotoriaus varžos reguliavimo ir į statorių tiekiamos įtampos pokyčių deriniu. Tai užpildo keturis mechaninio veikimo kvadrantus.

Tokio kombinuoto valdymo schema parodyta fig. 3. Rotoriaus grandinė turi varžos impulsų valdymo grandinę ištaisytos srovės grandinėje. Grandinės parametrai parenkami taip, kad užtikrintų variklio veikimą I ir III kvadrantuose srityse tarp reostato ir natūralių charakteristikų (4 pav., nuspalvinta vertikaliomis linijomis).

Ryžiai. 3. Krano elektrinės pavaros su tiristoriumi statoriaus įtampos reguliatoriumi ir rotoriaus varžos impulsinio valdymo schema.

Norint valdyti greitį srityse tarp reostato charakteristikų ir greičio ašies, užtamsintos horizontaliomis linijomis pav. 4, taip pat varikliui apsukti, naudojamas tiristoriaus įtampos reguliatorius, susidedantis iš porų antilygiagrečių tiristorių 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.Į statorių tiekiamos įtampos keitimas atliekamas reguliuojant tiristorių porų atidarymo kampą 1-2, 6-7, 11-12-vienai sukimosi krypčiai ir 4-5, 6-7, 8-9-kitai. sukimosi kryptis.

Ryžiai. 4. Asinchroninio variklio kombinuoto valdymo taisyklės.

Norint gauti standžias mechanines charakteristikas ir apriboti variklio sukimo momentus, grandinė suteikia greitį ir ištaisytą rotoriaus srovės grįžtamąjį ryšį, kurį teikia TG tachogeneratorius ir nuolatinės srovės transformatorius (magnetinis stiprintuvas) TPT

Visą I kvadrantą lengviau užpildyti nuosekliai prijungus R1 varžos kondensatorių (3 pav.). Tokiu atveju lygiavertė išlygintos rotoriaus srovės varža gali svyruoti nuo nulio iki begalybės, todėl rotoriaus srovę galima valdyti nuo didžiausios vertės iki nulio.

Variklio greičio reguliavimo diapazonas tokioje schemoje tęsiasi iki ordinačių ašies, tačiau kondensatoriaus talpos vertė pasirodo labai reikšminga.

Norint užpildyti visą I kvadrantą esant mažesnėms talpos vertėms, rezistoriaus R1 varža yra padalinta į atskirus žingsnius. Pirmajame etape iš eilės įvedama talpa, kuri įjungiama esant mažoms srovėms. Žingsniai pašalinami impulsiniu metodu, po kurio kiekvieno iš jų trumpasis jungimas per tiristorius arba kontaktorius. Visą I kvadrantą taip pat galima užpildyti derinant impulsinius pasipriešinimo pokyčius su impulsiniu variklio darbu. Tokia schema parodyta fig. 5.

Srityje tarp greičio ašies ir reostato charakteristikos (4 pav.) variklis dirba impulsiniu režimu.Tuo pačiu metu į tiristorių T3 nėra tiekiami valdymo impulsai ir jis visą laiką lieka uždarytas. Variklio impulsinį režimą realizuojanti grandinė susideda iš veikiančio tiristoriaus T1, pagalbinio tiristoriaus T2, perjungimo kondensatoriaus C ir rezistorių R1 ir R2. Kai tiristorius T1 yra atidarytas, srovė teka per rezistorių R1. Kondensatorius C įkraunamas iki įtampos, lygios įtampos kritimui per R1.

Kai tiristoriui T2 taikomas valdymo impulsas, kondensatoriaus įtampa nukreipiama priešinga kryptimi tiristoriui T1 ir jį uždaro. Tuo pačiu metu kondensatorius įkraunamas. Variklio induktyvumo buvimas lemia tai, kad kondensatoriaus įkrovimo procesas yra svyruojantis, todėl tiristorius T2 užsidaro pats, nesuteikdamas valdymo signalų, o rotoriaus grandinė pasirodo esanti atvira. Tada tiristoriui T1 taikomas valdymo impulsas ir visi procesai kartojami dar kartą.

Ryžiai. 5. Asinchroninio variklio impulsinio kombinuoto valdymo schema

Taigi, periodiškai tiekiant valdymo signalus į tiristorius, tam tikrą laikotarpio dalį rotoriuje teka srovė, kurią lemia rezistoriaus R1 varža. Kitoje laikotarpio dalyje rotoriaus grandinė pasirodo esanti atvira, variklio sukuriamas sukimo momentas lygus nuliui, o jo veikimo taškas yra greičio ašyje. Per laikotarpį pakeitus santykinę tiristoriaus T1 trukmę, galima gauti vidutinę variklio sukuriamo sukimo momento vertę nuo nulio iki didžiausios vertės, atitinkančios reostato charakteristikos veikimą, kai rotorius R1 įvedamas į grandinė

Naudojant įvairius grįžtamuosius ryšius, galima gauti norimo tipo charakteristikas srityje tarp greičio ašies ir reostato charakteristikos. Perėjimas į sritį tarp reostato ir natūralių charakteristikų reikalauja, kad tiristorius T2 visą laiką liktų uždarytas, o tiristorius T1 visada liktų atviras. Trumpai sujungiant varžą R1, naudojant jungiklį su pagrindiniu tiristoriumi T3, galima sklandžiai pakeisti rotoriaus grandinės varžą nuo reikšmės R1 iki 0, taip suteikiant natūralią variklio charakteristiką.

Komutuojamo variklio impulsinį režimą rotoriaus grandinėje galima atlikti ir dinaminio stabdymo režimu. Naudojant skirtingus grįžtamuosius ryšius, šiuo atveju II kvadrante, galima gauti norimas mechanines charakteristikas. Loginės valdymo schemos pagalba galima atlikti automatinį variklio perėjimą iš vieno režimo į kitą ir užpildyti visus mechaninių charakteristikų kvadrantus.