Регулювання швидкості вантажопідйомних машин

Для механізмів вантажопідйомних машин (кранів, ліфтів) застосовуються різні системи асинхронного приводу, які можна розділити на дві групи. Перша реалізується на основі релейно-контакторної апаратури з використанням реостатного регулювання, динамічного гальмування, багатошвидкісних двигунів тощо. Друга група виконується з напівпровідниковими пристроями: з перетворювачами напруги, частоти, імпульсними регуляторами. Для кранів і ліфтів масового призначення до теперішнього часу в основному знаходять застосування системи електроприводів першої групи, в яких відсутні керовані напівпровідникові перетворювачі. Проте релейно-контакторні системи керування часто не забезпечують бажаних енергетичних показників і якості регулювання координат у електроприводах розглянутого класу. Тому є потреба розробки більш досконалих електроприводів другої групи.

Вибір системи електроприводу для вказаних механізмів залежить від вартості, масогабаритних, енергетичних показників, надійності устаткування й істотним чином визначається умовами і рівнем експлуатації. Оскільки вантажопідйомні машини мають масове застосування, то для них часто потрібні максимально прості і дешеві електроприводи, які мали б по можливості просте схемне виконання і разом з тим необхідні технічні показники. Однією з таких систем є система перетворювач напруги – асинхронний двигун.

Приводні двигуни кранових і ліфтових механізмів працюють у повторно-короткочасному режимі. При цьому, основну частину робочого часу (60–70% і більше) приводний двигун обертається з високою частотою, близькою до номінальної, й приблизно до 15% –зі зниженою частотою. В процесі роботи на високій частоті АД краще всього підключати безпосередньо до мережі. Отже, протягом більшої частини робочого часу між мережею живлення і статором АД ніякий перетворювач не потрібний. Але протягом невеликої частини робочого часу керований перетворювач електричної енергії необхідний як для забезпечення зниженої частоти обертання ротора, так і для належного формування перехідних процесів пуску та гальмування.

Як керований перетворювач краще всього підходить ПЧ, оскільки він забезпечує більш високу якість регулювання координат АД (швидкості, моменту, струму). При роботі на високій швидкості більше підходить ТРН, оскільки при нульовому куті керування тиристори повністю відкриті і мережа не завантажується вищими гармоніками. У разі ж використовування ПЧ при роботі на високій швидкості (і номінальній частоті) виникають певні проблеми, пов'язані або з відомими труднощами по забезпеченню генераторного режиму з рекуперацією енергії в мережу (такий режим є характерною особливістю для даного класу механізмів) за наявності інвертування напруги, або з погіршенням коефіцієнта потужності за наявності інвертування струму.

Основним режимом роботи системи ТРН-АД є фазовий. Дослідження показують, що технічні можливості цієї системи можна значно розширити за рахунок спеціальних режимів АД: квазічастотного і крокового.

При здійсненні квазічастотного керування, частоти значимих гармонік виражаються у вигляді

де ; .

Тут: m ₁, l ₁, q ₁, m ₂, l ₂, q ₂ – параметри квазічастотного керування; f_м – частота мережі; t _т – мінімальний час такту перемикання; k ₁, k ₂ = 0,1,2,… – цілі числа, які задовольняють нерівності

Частоту f_n значущої гармоніки напруги можна наблизити до будь-якої заданої частоти в області між f_{n 1}і f_{n 2}. Отже, змінивши параметри квазічастотного керування, можна здійснити в широкому діапазоні плавне регулювання частоти значущої гармоніки.

На рис. 2.11 приведена схема керування АД, у якій забезпечується як квазічастотний, так і фазовий режими керування. Система імпульсно-фазового керування СІФК забезпечена двома входами: вхід керування і релейний вхід блокування, до якого підключений блок квазічастотного керування БКЧК. При зміні U_к здійснюється регулювання амплітуд значущих гармонік напруги на статорі АД, а при зміні параметрів квазічастотного керування – регулювання частоти цих гармонік.

Рис. 2.11

Рис. 2.12

У кожному з цих сімейств механічні характеристики розташовані близько одна до одної, що говорить про високу плавність регулювання швидкості.

Квазічастотне керування має такі достоїнства:

– забезпечення стабільної зниженої швидкості в розімкненій системі керування;

– регулювання моменту в широкому діапазоні з плавним переходом з двигунного режиму АД в гальмівний;

– здійснення електричного гальмування в певній зоні швидкостей.

Крім переваг таке керування має і недоліки:

– трудність забезпечення гальмування поблизу синхронної швидкості;

– наявність шуму і вібрацій АД.

Останній недолік є найбільш істотним. Разом з тим квазічастотне керування представляє значний інтерес для віброприводів, у яких робочий орган здійснює коливальний рух. Квазічастотний режим представляє інтерес і як спеціальний режим роботи електроприводу, виконаного за системою ТРН-АД. Раціональне поєднання квазічастотного, крокового і фазового режимів значно розширює функціональні можливості цієї системи. На базі системи ТРН-АД розроблені електроприводи механізму пересування однобалкових мостових кранів і тельферів.

Значний інтерес представляє використання ТРН для керування низькошвидкісними лінійними асинхронними двигунами (ЛАД), які, на відміну від АД, мають ряд особливостей. Через підвищений повітряний зазор у ЛАД великий намагнічуючий струм, а струм індуктора мало залежить від швидкості (ковзання). Тому електричні втрати в первинних обмотках ЛАД при живленні від ПЧ або ТРН не так різко відрізняються між собою, як у АД. Також через підвищений повітряний зазор швидше згасають електромагнітні перехідні процеси і має місце більш висока стійкість роботи електроприводу в замкнутих системах регулювання. В системах ТРН-ЛАД при фазовому керуванні зі зворотним зв'язком по швидкості забезпечується, без корегувальних пристроїв, регулювання в діапазоні до (150–200):1, а при квазічастотному керуванні в розімкненій системі регулювання швидкості здійснюється в діапазоні (10–15):1 і вище при плавному переході з двигунного режиму в гальмівний. Система ТРН-ЛАД, зокрема, може бути використана для здійснення безредукторного електроприводу кабіни ліфта.