Automatiserad elektrisk drivning av kranmekanismer med tyristorstyrning

Moderna system för elektriska drivningar av kranmekanismer implementeras huvudsakligen med asynkronmotorer, vars hastighet styrs av relä-kontaktormetoden genom att införa motstånd i rotorkretsen. Sådana elektriska drivningar har ett litet hastighetskontrollområde och skapar vid start och stopp stora sparkar och accelerationer, vilket negativt påverkar krankonstruktionens prestanda, leder till svängning av lasten och begränsar användningen av sådana system på kranar med ökad höjd och lyft. kapacitet .

Utvecklingen av krafthalvledarteknologi gör det möjligt att introducera fundamentalt nya lösningar i strukturen för den automatiserade elektriska drivningen av kraninstallationer. För närvarande används en justerbar elektrisk drivning med likströmsmotorer som drivs av kraftfulla tyristoromvandlare på lyft- och rörelsemekanismerna för tornkranar och brokranar - TP-system - D.

Motorhastigheten i sådana system regleras i området (20 ÷ 30): I genom att ändra ankarspänningen. Samtidigt, under transienta processer, säkerställer systemet att accelerationer och kickar erhålls inom de angivna normerna.

Goda regleringsegenskaper manifesteras också i en asynkron elektrisk drivning, när en tyristoromvandlare är ansluten till statorkretsen hos en asynkronmotor (AM). Ändring av motorns statorspänning i en stängd ACS tillåter begränsning av startvridmomentet, uppnår en jämn acceleration (retardation) av frekvensomriktaren och det nödvändiga varvtalsregleringsområdet.

Användningen av tyristoromvandlare i den automatiserade elektriska drivningen av kranmekanismer används alltmer i inhemsk och utländsk praxis. För att bekanta oss med driftprincipen och möjligheterna med sådana installationer, låt oss kort uppehålla oss vid två varianter av styrscheman för DC- och AC-motorer.

I fig. 1 visar ett schematiskt diagram av tyristorstyrning av en oberoende exciterad DC-motor för en brokranlyftmekanism. Motorns ankar matas av en reversibel tyristoromvandlare, som består av en krafttransformator Tr, som tjänar till att matcha omvandlarens spänning och belastningen, två grupper av tyristorer T1 — T6 och T7 — ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​, utjämningsreaktorerna 1UR och 2UR, som båda är omättade utjämningsreaktorer .

Ris. 1. Schema för den elektriska drivningen av kranen enligt TP-D-systemet.

Gruppen av tyristorer T1 - T6 fungerar som en likriktare vid lyftning och en växelriktare vid sänkning av tunga belastningar, eftersom strömriktningen i motorns ankarkrets för dessa lägen är densamma. Den andra gruppen av tyristorer T7 — ​​T12, som ger den motsatta riktningen av ankarströmmen, fungerar som en likriktare under avstängning och i transienta lägen för att starta motorn för att sänka bromsarna, som en växelriktare när du stannar i processen att lyfta laster eller krok.

Till skillnad från mekanismer för att flytta kranar, där tyristorgrupper måste vara desamma, för lyftmekanismer, kan kraften hos tyristorerna i den andra gruppen tas mindre än den första, eftersom motorströmmen under avstängning är mycket mindre än när man lyfter och sänker tungt massor.

Reglering av den likriktade spänningen för tyristoromvandlaren (TC) utförs med hjälp av ett halvledarpuls-faskontrollsystem bestående av två block SIFU-1 och SIFU-2 (Fig. 1), som var och en avger två tändpulser till motsvarande tyristor förskjuten med 60°.

För att förenkla styrsystemet och öka tillförlitligheten hos den elektriska drivningen använder detta schema den koordinerade kontrollen av den reversibla TP. För detta måste de två gruppernas ledningsegenskaper och ledningssystem vara tätt sammanlänkade. Om upplåsningspulserna tillförs tyristorerna T1 - T6, vilket ger det korrigerande driftsättet för denna grupp, tillförs upplåsningspulserna till tyristorerna T7 - ​​T12 så att denna grupp är förberedd för drift av växelriktaren.

Styrvinklarna α1 och α2 för alla driftlägen för TP:n måste ändras på ett sådant sätt att medelspänningen för likriktargruppen inte överstiger spänningen för växelriktargruppen, dvs. om detta villkor inte är uppfyllt, kommer den likriktade utjämningsströmmen att flyta mellan de två grupperna av tyristorer, vilket dessutom belastar ventilerna och transformatorn och kan också orsaka utlösning av skyddet.

Men även med korrekt matchning av kontrollvinklarna α1 och α2 från tyristorerna i likriktar- och växelriktargrupperna, är flödet av en växelutjämningsström möjligt på grund av olikheten mellan de momentana värdena för spänningarna UαB och Ual. För att begränsa denna utjämningsström används utjämningsreaktorerna 1UR och 2UR.

Motorns ankarström passerar alltid genom en av reaktorerna, på grund av vilket krusningarna av denna ström reduceras, och själva reaktorn är delvis mättad. Den andra reaktorn, genom vilken endast utjämningsström för närvarande flyter, förblir omättad och begränsar iyp.

Den elektriska tyristorkrandriften har ett enkelslinga styrsystem (CS) tillverkat av en höghastighets reversibel summerande magnetisk förstärkare SMUR, som matas av en rektangulär spänningsgenerator med en frekvens på 1000 Hz. I närvaro av ett strömavbrott tillåter ett sådant kontrollsystem att erhålla tillfredsställande statiska egenskaper och hög kvalitet på transienta processer.

Det elektriska drivsystemet innehåller negativ återkoppling för den intermittenta motorspänningen och strömmen, samt en svag positiv återkoppling för spänningen Ud.Signalen i kretsen för SMUR-drivspolarna bestäms av skillnaden mellan referensspänningen Uc som kommer från motståndet R4 och återkopplingsspänningen αUd tagen från POS-potentiometern. Värdet och polariteten för kommandosignalen, som bestämmer frekvensomriktarens varvtal och rotationsriktning, regleras av KK-regulatorn.

Omvänd spänningen Ud bryts med hjälp av kiselzenerdioder kopplade parallellt med SMUR-huvudlindningarna. Om spänningsskillnaden Ud — aUd är större än Ust.n, leder zenerdioderna ström och spänningen på styrspolarna blir lika med Uz.max = Ust.n.

Från och med denna punkt påverkar förändringen av signalen aUd att minska inte strömmen i SMUR:ns huvudlindningar, dvs. den negativa återkopplingen för spänningen Ud fungerar inte, vilket vanligtvis sker vid motorströmmar Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n.

Om återkopplingssignalen aUd närmar sig referenssignalen Uz, så blir spänningen på zenerdioderna mindre än Ust.n och strömmen flyter inte genom dem. Strömmen i SMUR:ns huvudlindningar kommer att bestämmas av spänningsskillnaden U3 — aUd och i detta fall kommer den negativa spänningsåterkopplingen in i bilden.

Den negativa strömåterkopplingssignalen tas från två grupper av strömtransformatorer TT1 — TT3 och TT4 — TT8, som arbetar med grupper av tyristorer T1 — T6 respektive T7 — T12. I BTO-strömbrytaren likriktas den trefasiga växelspänningen U2TT ≡ Id som erhålls på motstånden R, och genom zenerdioderna, som fungerar som referensspänning, matas signalen Uto.s till SMUR:ns strömlindningar , vilket sänker det resulterande resultatet vid förstärkarens ingång.Detta minskar omvandlarspänningen Ud och begränsar ankarkretsströmmen Id i statiskt och dynamiskt läge.

För att erhålla en hög fyllfaktor för de mekaniska egenskaperna ω = f (M) för den elektriska drivningen och för att upprätthålla en konstant acceleration (retardation) i transienta lägen, utöver de anslutningar som anges ovan, tillämpas en positiv återkoppling i krets genom spänning.

Förstärkningsfaktorn för denna anslutning väljs kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. i enlighet med den initiala sektionen av karakteristiken Ud = f (Uy) för omvandlaren, men med en ordning som är mindre än koefficienten α för den negativa återkopplingen på Ud. Effekten av detta förhållande manifesteras huvudsakligen i den nuvarande diskontinuitetszonen, vilket ger brant fallande sektioner av särdraget.

I fig. 2 visar a de statiska egenskaperna för lyftdrivningen för olika värden på referensspänningen U3 motsvarande olika positioner för styrenheten.

Som en första approximation kan det antas att i övergångslägena start, back och stopp rör sig arbetspunkten i koordinataxlarna ω = f (M) längs den statiska karakteristiken. Sedan accelerationen av systemet:

där ω är vinkelhastigheten, Ma är momentet som utvecklas av motorn, Mc är motståndsmomentet för den rörliga lasten, ΔMc är förlustmomentet i kugghjulen, J är tröghetsmomentet reducerat till motoraxeln.

Om vi ​​bortser från transmissionsförluster är villkoret för lika acceleration vid start av motorn upp och ner, såväl som vid stopp uppifrån och ned, likheten mellan de dynamiska momenten för den elektriska drivningen, det vill säga Mdin.p = Mdin.s.För att uppfylla detta villkor måste lyftanordningens statiska egenskaper vara asymmetriska med avseende på hastighetsaxeln (Mstop.p> Mstop.s) och ha en brant front i området för bromsmomentvärdet (Fig. 2, a). .

Ris. 2. Mekaniska egenskaper hos den elektriska drivningen enligt TP-D-systemet: a — lyftmekanism, b — rörelsemekanism.

För drivning av krankörmekanismer måste hänsyn tas till motståndsmomentets reaktiva karaktär, som inte beror på färdriktningen. Vid samma värde på motorvridmomentet kommer det reaktiva motståndsmomentet att sakta ner startprocessen och påskynda frekvensomriktarens stoppprocess.

För att eliminera detta fenomen, som kan leda till slirning av drivhjulen och snabbt slitage av mekaniska transmissioner, är det nödvändigt att upprätthålla ungefär konstanta accelerationer under start, backning och stopp i drivmekanismerna. Detta uppnås genom att erhålla de statiska egenskaperna ω = f (M) som visas i fig. 2, b.

De specificerade typerna av mekaniska egenskaper hos den elektriska drivningen kan erhållas genom att på motsvarande sätt variera koefficienterna för negativ strömåterkoppling Id och positiv spänningsåterkoppling Ud.

Det kompletta kontrollschemat för den tyristorstyrda elektriska drivningen av traverskranen inkluderar alla förreglingsanslutningar och skyddskretsar som diskuteras i diagrammen som ges tidigare.

När du använder TP i den elektriska drivningen av kranmekanismer bör uppmärksamhet ägnas åt deras strömförsörjning.Den betydande icke-sinusformade karaktären hos strömmen som förbrukas av omvandlarna orsakar distorsion av spänningsvågformen vid omvandlarens ingång. Dessa förvrängningar påverkar driften av omvandlarens effektsektion och pulsfaskontrollsystemet (SPPC). Distorsion av nätspänningsvågformen orsakar betydande underutnyttjande av motorn.

Förvrängning av matningsspänningen har en stark effekt på SPPD, särskilt i frånvaro av ingångsfilter. I vissa fall kan dessa förvrängningar göra att tyristorerna slumpmässigt öppnas helt. Detta fenomen kan bäst elimineras genom att mata SPPHU från separata vagnar anslutna till en transformator som inte har en likriktarbelastning.

De möjliga sätten att använda tyristorer för att styra hastigheten på asynkronmotorer är mycket olika - dessa är tyristorfrekvensomvandlare (autonoma växelriktare), tyristorspänningsregulatorer som ingår i statorkretsen, impulsregulatorer av motstånd och strömmar i elektriska kretsar, etc. .

I elektriska krandrifter används huvudsakligen tyristorspänningsregulatorer och pulsregulatorer, vilket beror på deras relativa enkelhet och tillförlitlighet.Men användningen av var och en av dessa regulatorer separat uppfyller inte helt kraven för elektriska drivningar av kranmekanismer.

Faktum är att när endast en pulsresistansregulator används i rotorkretsen hos en induktionsmotor, är det möjligt att tillhandahålla en regleringszon begränsad av naturligt och som motsvarar de mekaniska egenskaperna hos impedansreostaten, dvs.justeringszonen motsvarar motorläget och oppositionsläget med ofullständig fyllning I och IV eller III och II kvadranter av planet för mekaniska egenskaper.

Användningen av en tyristorspänningsregulator, särskilt en reversibel sådan, ger i princip en hastighetskontrollzon som täcker hela arbetsdelen av planet M, ω från -ωn till + ωn och från - Mk till + Mk. Men i det här fallet kommer det att finnas betydande glidförluster i själva motorn, vilket leder till behovet av att avsevärt överskatta dess installerade effekt och följaktligen dess dimensioner.

I detta sammanhang skapas asynkrona elektriska drivsystem för kranmekanismer, där motorn styrs av en kombination av pulsad reglering av motståndet i rotorn och förändringar i spänningen som tillförs statorn. Detta fyller i de fyra kvadranter av mekanisk prestanda.

Ett schematiskt diagram av en sådan kombinerad styrning visas i fig. 3. Rotorkretsen inkluderar en motståndspulsstyrkrets i den likriktade strömkretsen. Kretsens parametrar väljs för att säkerställa driften av motorn i I- och III-kvadranterna i områdena mellan reostaten och de naturliga egenskaperna (i fig. 4, skuggad med vertikala linjer).

Ris. 3. Diagram över en elektrisk kran med en tyristorregulator över statorspänningen och impulsstyrning av rotormotståndet.

För att kontrollera hastigheten i områdena mellan reostategenskaperna och hastighetsaxeln skuggad av horisontella linjer i fig. 4, samt för att vända motorn, används en tyristorspänningsregulator, bestående av par antiparallella tyristorer 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.Ändring av spänningen som tillförs statorn utförs genom att justera öppningsvinkeln för tyristorparen 1-2, 6-7, 11-12-för en rotationsriktning och 4-5, 6-7, 8-9-för andra rotationsriktning.

Ris. 4. Regler för kombinerad styrning av en induktionsmotor.

För att erhålla stela mekaniska egenskaper och för att begränsa motorvridmoment, tillhandahåller kretsen hastighet och likriktad rotorströmåterkoppling från en TG-tachogenerator och en DC-transformator (magnetisk förstärkare) TPT

Det är lättare att fylla hela I-kvadranten genom att ansluta en kondensator med resistans R1 i serie (Fig. 3). I detta fall kan den ekvivalenta resistansen i den likriktade rotorströmmen variera från noll till oändlighet och därmed kan rotorströmmen styras från maxvärdet till noll.

Området för motorhastighetsreglering i ett sådant schema sträcker sig till ordinataxeln, men kondensatorns kapacitansvärde visar sig vara mycket betydande.

För att fylla hela I-kvadranten vid lägre kapacitansvärden delas motståndet hos motståndet R1 upp i separata steg. I det första steget introduceras successivt kapacitans, som slås på vid låga strömmar. Stegen tas bort med en pulsmetod, följt av en kortslutning av var och en av dem genom tyristorer eller kontaktorer. Att fylla hela I-kvadranten kan också erhållas genom att kombinera pulsade förändringar i resistans med pulsad drift av motorn. Ett sådant schema visas i fig. 5.

I området mellan hastighetsaxeln och reostatens karakteristik (fig. 4) arbetar motorn i pulsläge.Samtidigt tillförs inte styrpulser till tyristorn T3 och den förblir stängd hela tiden. Kretsen som realiserar motorns pulsläge består av en fungerande tyristor T1, en hjälptyristor T2, en omkopplingskondensator C och motstånd R1 och R2. När tyristorn T1 är öppen flyter ström genom motståndet R1. Kondensator C laddas till en spänning lika med spänningsfallet över R1.

När en styrpuls appliceras på tyristorn T2 påläggs kondensatorspänningen i motsatt riktning mot tyristorn T1 och stänger den. Samtidigt laddas kondensatorn. Närvaron av motorinduktans leder till det faktum att processen att ladda kondensatorn är av oscillerande karaktär, vilket resulterar i att tyristor T2 stänger av sig själv utan att ge styrsignaler, och rotorkretsen visar sig vara öppen. Därefter appliceras en styrpuls på tyristorn T1 och alla processer upprepas igen.

Ris. 5. Schema för kombinerad impulsstyrning av en asynkronmotor

Sålunda, med den periodiska tillförseln av styrsignaler till tyristorerna, under en del av perioden, flyter en ström i rotorn, bestämd av motståndet hos motståndet R1. Under den andra delen av perioden visar sig rotorkretsen vara öppen, vridmomentet som utvecklas av motorn är noll och dess arbetspunkt ligger på hastighetsaxeln. Genom att ändra den relativa varaktigheten för tyristorn T1 under perioden är det möjligt att erhålla medelvärdet av vridmomentet som utvecklas av motorn från noll till det maximala värdet som motsvarar driften av reostatkarakteristiken när rotorn R1 införs i krets

Genom att använda olika återkopplingar är det möjligt att erhålla egenskaper av önskad typ i området mellan hastighetsaxeln och reostatkarakteristiken. Övergången till området mellan reostaten och de naturliga egenskaperna kräver att tyristorn T2 förblir stängd hela tiden och att tyristorn T1 förblir öppen hela tiden. Genom att kortsluta motståndet R1 med hjälp av en omkopplare med huvudtyristorn T3 är det möjligt att smidigt ändra motståndet i rotorkretsen från värdet R1 till 0, vilket ger en naturlig karaktäristik för motorn.

Impulsläget för den kommuterade motorn i rotorkretsen kan också utföras i dynamiskt bromsläge. Genom att använda olika återkopplingar, i detta fall, i II-kvadranten, kan de önskade mekaniska egenskaperna erhållas. Med hjälp av logikkontrollschemat är det möjligt att utföra en automatisk övergång av motorn från ett läge till ett annat och att fylla alla kvadranter av de mekaniska egenskaperna.