Automatisert elektrisk drift av kranmekanismer med tyristorstyring

Moderne systemer for elektriske stasjoner av kranmekanismer implementeres hovedsakelig ved bruk av asynkrone motorer, hvis hastighet styres av relé-kontaktormetoden ved å introdusere motstander i rotorkretsen. Slike elektriske stasjoner har et lite hastighetskontrollområde og skaper store spark og akselerasjoner ved start og stopp, noe som påvirker ytelsen til krankonstruksjonen negativt, fører til svinging av lasten og begrenser bruken av slike systemer på kraner med økt høyde og løft. kapasitet .

Utviklingen av krafthalvlederteknologi gjør det mulig å introdusere fundamentalt nye løsninger i strukturen til den automatiserte elektriske driften av kraninstallasjoner. For tiden brukes en justerbar elektrisk stasjon med likestrømsmotorer drevet av kraftige tyristoromformere på løfte- og flyttemekanismene til tårnkraner og brokraner - TP-system - D.

Motorhastigheten i slike systemer reguleres i området (20 ÷ 30): I ved å endre ankerspenningen. Samtidig, under forbigående prosesser, sørger systemet for at akselerasjoner og spark oppnås innenfor de angitte normene.

Gode ​​reguleringsegenskaper manifesteres også i en asynkron elektrisk drift, når en tyristoromformer er koblet til statorkretsen til en asynkronmotor (AM). Endring av motorstatorspenningen i en lukket ACS gjør det mulig å begrense startmomentet, oppnå en jevn akselerasjon (retardasjon) av frekvensomformeren og nødvendig hastighetskontrollområde.

Bruken av tyristoromformere i den automatiserte elektriske driften av kranmekanismer brukes i økende grad i innenlandsk og utenlandsk praksis. For å bli kjent med operasjonsprinsippet og mulighetene for slike installasjoner, la oss kort dvele ved to varianter av kontrollskjemaer for DC- og AC-motorer.

I fig. 1 viser et skjematisk diagram av tyristorstyring av en uavhengig eksitert likestrømsmotor for en brokranløftemekanisme. Motorens anker mates av en reversibel tyristoromformer, som består av en krafttransformator Tr, som tjener til å matche spenningen til omformeren og lasten, to grupper tyristorer T1 — T6 og T7 —​​​​ ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​, utjevningsreaktorer 1UR og 2UR, som begge er umettede utjevningsreaktorer .

Ris. 1. Opplegg for den elektriske stasjonen til kranen i henhold til TP-D-systemet.

Gruppen av tyristorer T1 - T6 fungerer som en likeretter når du løfter og en omformer når du senker tunge belastninger, siden strømretningen i motorens armaturkrets for disse modusene er den samme. Den andre gruppen av tyristorer T7 — ​​T12, som gir motsatt retning av ankerstrømmen, fungerer som en likeretter under strømavbrudd og i transiente moduser for å starte motoren for å senke bremsene, som en inverter når du stopper i ferd med å løfte laster eller krok.

I motsetning til mekanismer for flytting av kraner, der tyristorgrupper må være de samme, for løftemekanismer, kan kraften til tyristorer i den andre gruppen tas mindre enn den første, siden motorstrømmen under strømavbrudd er svært mindre enn når du løfter og senker tungt laster.

Regulering av den likerettede spenningen til tyristoromformeren (TC) utføres ved hjelp av et halvlederpulsfasekontrollsystem bestående av to blokker SIFU-1 og SIFU-2 (fig. 1), som hver leverer to avfyringspulser til den tilsvarende tyristor forskjøvet med 60 °.

For å forenkle kontrollsystemet og øke påliteligheten til den elektriske stasjonen, bruker denne ordningen den koordinerte kontrollen av den reversible TP. For dette må styringsegenskapene og styringssystemene til de to gruppene være tett knyttet sammen. Hvis opplåsingspulsene tilføres tyristorene T1 - T6, som gir den korrigerende driftsmodusen til denne gruppen, tilføres opplåsingspulsene til tyristorene T7 - ​​T12 slik at denne gruppen er forberedt for drift av omformeren.

Kontrollvinklene α1 og α2 for alle driftsmoduser til TP må endres på en slik måte at gjennomsnittsspenningen til likerettergruppen ikke overstiger spenningen til omformergruppen, dvs. hvis denne betingelsen ikke er oppfylt, vil den likerettede utjevningsstrømmen flyte mellom de to gruppene av tyristorer, som i tillegg belaster ventilene og transformatoren og kan også forårsake utløsning av beskyttelsen.

Men selv med riktig tilpasning av kontrollvinklene α1 og α2 fra tyristorene til likeretter- og omformergruppene, er flyten av en vekselutjevningsstrøm mulig på grunn av ulikheten mellom øyeblikksverdiene til spenningene UαB og UaI. For å begrense denne utjevningsstrømmen brukes utjevningsreaktorene 1UR og 2UR.

Motorens ankerstrøm går alltid gjennom en av reaktorene, på grunn av dette reduseres krusningene til denne strømmen, og selve reaktoren er delvis mettet. Den andre reaktoren, som bare utjevningsstrømmen flyter gjennom, forblir umettet og begrenser iyp.

Den elektriske tyristorkrandriften har et enkeltsløyfe-kontrollsystem (CS) laget ved hjelp av en høyhastighets reversibel summerende magnetisk forsterker SMUR, som mates av en rektangulær spenningsgenerator med en frekvens på 1000 Hz. I nærvær av strømbrudd tillater et slikt kontrollsystem å oppnå tilfredsstillende statiske egenskaper og høy kvalitet på forbigående prosesser.

Det elektriske styresystemet inneholder negativ tilbakemelding for den intermitterende motorspenningen og strømmen, samt en svak positiv tilbakemelding for spenningen Ud.Signalet i kretsen til SMUR-drivspolene bestemmes av forskjellen mellom referansespenningen Uc som kommer fra motstanden R4 og tilbakekoblingsspenningen αUd tatt fra POS-potensiometeret. Verdien og polariteten til kommandosignalet, som bestemmer hastigheten og rotasjonsretningen til drivenheten, reguleres av KK-kontrolleren.

Reversspenningen Ud kuttes ved hjelp av silisiumzenerdioder koblet parallelt med SMUR-hovedviklingene. Hvis spenningsforskjellen Ud — aUd er større enn Ust.n, leder zenerdiodene strøm og spenningen til styrespolene blir lik Uz.max = Ust.n.

Fra dette tidspunktet vil endringen i signalet aUd å redusere ikke påvirke strømmen i hovedviklingene til SMUR, dvs. den negative tilbakemeldingen for spenningen Ud fungerer ikke, noe som vanligvis skjer ved motorstrømmer Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n.

Hvis tilbakemeldingssignalet aUd nærmer seg referansesignalet Uz, blir spenningen på zenerdiodene mindre enn Ust.n og strømmen flyter ikke gjennom dem. Strømmen i hovedviklingene til SMUR vil bli bestemt av spenningsforskjellen U3 — aUd, og i dette tilfellet kommer den negative spenningstilbakemeldingen inn.

Det negative tilbakemeldingssignalet er hentet fra to grupper av strømtransformatorer TT1 — TT3 og TT4 — TT8, som arbeider med grupper av tyristorer T1 — T6 og T7 — T12, henholdsvis. I BTO-strømbryteren likerettes den trefasede vekselspenningen U2TT ≡ Id oppnådd på motstandene R, og gjennom zenerdiodene, som fungerer som referansespenning, mates signalet Uto.s til strømviklingene til SMUR-en. , redusere det resulterende resultatet ved inngangen til forsterkeren.Dette reduserer omformerspenningen Ud og begrenser ankerkretsstrømmen Id i statiske og dynamiske moduser.

For å oppnå en høy fyllfaktor for de mekaniske egenskapene ω = f (M) til den elektriske stasjonen og for å opprettholde en konstant akselerasjon (retardasjon) i transientmoduser, i tillegg til forbindelsene som er oppført ovenfor, brukes en positiv tilbakemelding i krets ved spenning.

Forsterkningsfaktoren til denne forbindelsen er valgt kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. i samsvar med den innledende delen av karakteristikken Ud = f (Uy) til omformeren, men med en orden mindre enn koeffisienten α til den negative tilbakemeldingen på Ud. Effekten av dette forholdet er hovedsakelig manifestert i den nåværende diskontinuitetssonen, og gir bratt fallende deler av funksjonen.

I fig. 2 viser a de statiske egenskapene til heisedriften for forskjellige verdier av referansespenningen U3 som tilsvarer forskjellige posisjoner til kontrolleren.

Som en første tilnærming kan det antas at i overgangsmodusene start, revers og stopp, beveger driftspunktet i koordinataksene ω = f (M) seg langs den statiske karakteristikken. Deretter akselerasjonen av systemet:

der ω er vinkelhastigheten, Ma er momentet utviklet av motoren, Mc er motstandsmomentet til den bevegelige lasten, ΔMc er tapsmomentet i tannhjulene, J er treghetsmomentet redusert til motorakselen.

Hvis vi ser bort fra overføringstap, er betingelsen for akselerasjonslikheten når du starter motoren opp og ned, samt når du stopper fra opp og ned, likheten mellom de dynamiske momentene til den elektriske stasjonen, det vil si Mdin.p = Mdin.s.For å oppfylle denne betingelsen må de statiske egenskapene til taljedriften være asymmetriske i forhold til hastighetsaksen (Mstop.p> Mstop.s) og ha en bratt front i området for bremsemomentverdien (fig. 2, a). .

Ris. 2. Mekaniske egenskaper for den elektriske drivenheten i henhold til TP-D-systemet: a — løftemekanisme, b — bevegelsesmekanisme.

For drevene til krankjøringsmekanismer må det tas hensyn til motstandsmomentets reaktive natur, som ikke er avhengig av kjøreretningen. Ved samme verdi av motormomentet vil det reaktive motstandsmomentet bremse startprosessen og fremskynde stoppprosessen til frekvensomformeren.

For å eliminere dette fenomenet, som kan føre til glidning av drivhjulene og rask slitasje på mekaniske girkasser, er det nødvendig å opprettholde omtrent konstante akselerasjoner under start, reversering og stopp i drivmekanismene. Dette oppnås ved å oppnå de statiske karakteristikkene ω = f (M) vist i fig. 2, b.

De spesifiserte typene mekaniske egenskaper til den elektriske stasjonen kan oppnås ved tilsvarende å variere koeffisientene for negativ strømtilbakekobling Id og positiv spenningstilbakemelding Ud.

Det komplette kontrollskjemaet for den tyristorstyrte elektriske stasjonen til overheadkranen inkluderer alle sammenlåsende forbindelser og beskyttelseskretser som er diskutert i diagrammene gitt tidligere.

Når du bruker TP i den elektriske driften av kranmekanismer, bør du være oppmerksom på strømforsyningen.Den betydelige ikke-sinusformede naturen til strømmen som forbrukes av omformerne forårsaker forvrengning av spenningsbølgeformen ved inngangen til omformeren. Disse forvrengningene påvirker driften av omformerens kraftseksjon og pulsfasekontrollsystemet (SPPC). Forvrengning av linjespenningsbølgeformen forårsaker betydelig underutnyttelse av motoren.

Tilførselsspenningsforvrengning har en sterk effekt på SPPD, spesielt i fravær av inngangsfiltre. I noen tilfeller kan disse forvrengningene føre til at tyristorene åpnes helt tilfeldig. Dette fenomenet kan best elimineres ved å mate SPPHU fra separate vogner koblet til en transformator som ikke har likeretterbelastning.

De mulige måtene å bruke tyristorer for å kontrollere hastigheten til asynkronmotorer er svært forskjellige - disse er tyristorfrekvensomformere (autonome omformere), tyristorspenningsregulatorer inkludert i statorkretsen, impulsregulatorer av motstand og strømmer i elektriske kretser, etc. .

I elektriske kraner brukes hovedsakelig tyristorspenningsregulatorer og pulsregulatorer, noe som skyldes deres relative enkelhet og pålitelighet.Men bruken av hver av disse regulatorene separat oppfyller imidlertid ikke fullt ut kravene til elektriske drivverk av kranmekanismer.

Faktisk, når bare en pulsmotstandsregulator brukes i rotorkretsen til en induksjonsmotor, er det mulig å tilveiebringe en reguleringssone begrenset av naturlig og tilsvarer de mekaniske egenskapene til impedansreostaten, dvs.Justeringssonen tilsvarer motormodus og opposisjonsmodus med ufullstendig fylling I og IV eller III og II kvadranter av planet av mekaniske egenskaper.

Bruken av en tyristorspenningsregulator, spesielt en reversibel, gir i utgangspunktet en hastighetskontrollsone som dekker hele arbeidsdelen av planet M, ω fra -ωn til + ωn og fra - Mk til + Mk. Men i dette tilfellet vil det være betydelige slipstap i selve motoren, noe som fører til behovet for å overvurdere den installerte kraften og følgelig dens dimensjoner betydelig.

I den forbindelse lages det asynkrone elektriske drivsystemer for kranmekanismer, hvor motoren styres av en kombinasjon av pulsregulering av motstanden i rotoren og endringer i spenningen som tilføres statoren. Dette fyller ut de fire kvadrantene for mekanisk ytelse.

Et skjematisk diagram av en slik kombinert kontroll er vist i fig. 3. Rotorkretsen inkluderer en motstandspulsstyringskrets i den likerettede strømkretsen. Parametrene til kretsen er valgt for å sikre driften av motoren i I- og III-kvadrantene i områdene mellom reostaten og de naturlige egenskapene (i fig. 4, skyggelagt med vertikale linjer).

Ris. 3. Diagram av en elektrisk kran med en tyristorregulator av statorspenningen og impulskontroll av rotormotstanden.

For å kontrollere hastigheten i områdene mellom reostatkarakteristikkene og hastighetsaksen skyggelagt av horisontale linjer i fig. 4, samt for å reversere motoren, brukes en tyristorspenningsregulator, bestående av par antiparallelle tyristorer 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.Endring av spenningen som leveres til statoren utføres ved å justere åpningsvinkelen til tyristorparene 1-2, 6-7, 11-12-for én rotasjonsretning og 4-5, 6-7, 8-9-for andre rotasjonsretning.

Ris. 4. Regler for kombinert styring av en induksjonsmotor.

For å oppnå stive mekaniske egenskaper og for å begrense motormomenter, gir kretsen hastighet og likerettet rotorstrømtilbakemelding levert av en TG-tachogenerator og en DC-transformator (magnetisk forsterker) TPT

Det er lettere å fylle hele I-kvadranten ved å koble en kondensator med motstand R1 i serie (fig. 3). I dette tilfellet kan den ekvivalente motstanden i den likerettede rotorstrømmen variere fra null til uendelig og dermed kan rotorstrømmen styres fra maksimalverdien til null.

Området for motorhastighetsregulering i et slikt opplegg strekker seg til ordinataksen, men kondensatorkapasitansverdien viser seg å være veldig betydelig.

For å fylle hele I-kvadranten ved lavere kapasitansverdier, er motstanden til motstanden R1 delt inn i separate trinn. I det første trinnet introduseres suksessivt kapasitans, som slås på ved lave strømmer. Trinnene fjernes med en pulsmetode, etterfulgt av en kortslutning av hver av dem gjennom tyristorer eller kontaktorer. Fylling av hele I-kvadranten kan også oppnås ved å kombinere pulserte endringer i motstand med pulsert drift av motoren. Et slikt opplegg er vist i fig. 5.

I området mellom hastighetsaksen og reostatens karakteristikk (fig. 4) fungerer motoren i pulsmodus.Samtidig tilføres ikke kontrollpulser til tyristoren T3 og den forblir lukket hele tiden. Kretsen som realiserer pulsmodusen til motoren består av en fungerende tyristor T1, en hjelpetyristor T2, en svitsjkondensator C og motstander R1 og R2. Når tyristor T1 er åpen, flyter strømmen gjennom motstand R1. Kondensator C lades til en spenning lik spenningsfallet over R1.

Når en kontrollpuls tilføres tyristor T2, tilføres kondensatorspenningen i motsatt retning av tyristor T1 og lukker den. Samtidig lades kondensatoren opp. Tilstedeværelsen av motorinduktans fører til at prosessen med å lade kondensatoren er av oscillerende natur, som et resultat av at tyristor T2 lukkes av seg selv uten å gi kontrollsignaler, og rotorkretsen viser seg å være åpen. Deretter tilføres en kontrollpuls til tyristoren T1 og alle prosesser gjentas igjen.

Ris. 5. Skjema for impulskombinert kontroll av en asynkronmotor

Således, med den periodiske tilførselen av styresignaler til tyristorene, for en del av perioden, flyter en strøm i rotoren, bestemt av motstanden til motstanden R1. I den andre delen av perioden viser rotorkretsen seg å være åpen, dreiemomentet utviklet av motoren er null, og driftspunktet er på hastighetsaksen. Ved å endre den relative varigheten til tyristoren T1 i løpet av perioden, er det mulig å oppnå gjennomsnittsverdien av dreiemomentet utviklet av motoren fra null til maksimalverdien som tilsvarer driften av reostatkarakteristikken når rotoren R1 innføres i motoren. krets

Ved å bruke ulike tilbakemeldinger er det mulig å oppnå karakteristikk av ønsket type i området mellom hastighetsaksen og reostatkarakteristikken. Overgangen til området mellom reostaten og de naturlige egenskapene krever at tyristor T2 forblir lukket til enhver tid og at tyristor T1 forblir åpen til enhver tid. Ved å kortslutte motstanden R1 ved hjelp av en bryter med hovedtyristoren T3, er det mulig å jevnt endre motstanden i rotorkretsen fra verdien R1 til 0, og dermed gi en naturlig karakteristikk av motoren.

Impulsmodusen til den kommuterte motoren i rotorkretsen kan også utføres i dynamisk bremsemodus. Ved å bruke forskjellige tilbakemeldinger, i dette tilfellet, i II-kvadranten, kan de ønskede mekaniske egenskapene oppnås. Ved hjelp av logikkkontrollskjemaet er det mulig å utføre en automatisk overgang av motoren fra en modus til en annen og fylle alle kvadranter av de mekaniske egenskapene.