Nosturimekanismien automaattinen sähkökäyttö tyristoriohjauksella

Nykyaikaiset nosturimekanismien sähkökäyttöjärjestelmät toteutetaan pääasiassa asynkronisilla moottoreilla, joiden nopeutta ohjataan rele-kontaktorimenetelmällä tuomalla vastukset roottoripiiriin. Tällaisilla sähkökäytöillä on pieni nopeudensäätöalue, ja käynnistettäessä ja pysäytettäessä ne aiheuttavat suuria potkuja ja kiihdytyksiä, mikä vaikuttaa haitallisesti nosturin rakenteen suorituskykyyn, johtaa kuorman heilahteluihin ja rajoittaa tällaisten järjestelmien käyttöä nostureissa, joissa on suurempi korkeus ja nosto. kapasiteetti .

Tehopuolijohdeteknologian kehitys mahdollistaa pohjimmiltaan uusien ratkaisujen tuomisen nosturilaitteistojen automatisoidun sähkökäytön rakenteeseen. Tällä hetkellä torninostureiden ja siltanostureiden nosto- ja siirtomekanismeissa käytetään säädettävää sähkökäyttöä tasavirtamoottoreilla, joita käyttävät voimakkaat tyristorimuuntimet - TP-järjestelmä - D.

Tällaisissa järjestelmissä moottorin nopeutta säädetään alueella (20 ÷ 30): I muuttamalla ankkurijännitettä. Samalla järjestelmä varmistaa transienttiprosessien aikana, että kiihdytykset ja potkut saavutetaan määritettyjen normien sisällä.

Hyvät säätöominaisuudet ilmenevät myös asynkronisessa sähkökäytössä, kun asynkronisen moottorin (AM) staattoripiiriin on kytketty tyristorimuunnin. Moottorin staattorin jännitteen muuttaminen suljetussa ACS:ssä mahdollistaa käynnistysmomentin rajoittamisen, taajuusmuuttajan tasaisen kiihtyvyyden (hidastumisen) ja tarvittavan nopeudensäätöalueen saavuttamisen.

Tyristorimuuntimien käyttöä nosturimekanismien automatisoidussa sähkökäytössä käytetään yhä enemmän kotimaisessa ja ulkomaisessa käytännössä. Tutustuaksemme tällaisten asennusten toimintaperiaatteeseen ja mahdollisuuksiin, tarkastellaan lyhyesti kahta DC- ja AC-moottoreiden ohjausjärjestelmän versiota.

Kuvassa Kuva 1 esittää kaaviokuvaa siltanosturin nostomekanismin itsenäisesti viritettävän tasavirtamoottorin tyristoriohjauksesta. Moottorin ankkuria syöttää reversiibeli tyristorimuunnin, joka koostuu tehomuuntajasta Tr, joka sovittaa muuntimen jännitteen ja kuorman, kahdesta tyristoriryhmästä T1 — T6 ja T7 —​​​ Tasoitusreaktorit 1UR ja 2UR, jotka molemmat ovat tyydyttymättömiä tasoitusreaktoreita .

Riisi. 1. Kaavio nosturin sähkökäytöstä TP-D-järjestelmän mukaisesti.

Tyristoriryhmä T1 — T6 toimii tasasuuntaajana nostettaessa ja invertterina raskaita kuormia laskettaessa, koska virran suunta moottorin ankkuripiirissä näissä tiloissa on sama. Toinen ryhmä tyristoreita T7 - ​​T12, joka tarjoaa ankkurivirran vastakkaisen suunnan, toimii tasasuuntaajana virrankatkaisun aikana ja moottorin transienttitiloissa jarrujen laskemiseksi, invertterina pysähtyessä nostoprosessissa kuormia tai koukkua.

Toisin kuin siirtonostureiden mekanismeissa, joissa tyristoriryhmien on oltava samat, nostomekanismeissa toisen ryhmän tyristorien teho voidaan ottaa pienemmäksi kuin ensimmäisen, koska moottorin virta virrankatkaisun aikana on hyvin pienempi kuin raskaita nostettaessa ja laskettaessa. kuormia.

Tyristorimuuntimen (TC) tasasuunnatun jännitteen säätö tapahtuu puolijohdepulssivaiheen ohjausjärjestelmällä, joka koostuu kahdesta lohkosta SIFU-1 ja SIFU-2 (kuva 1), joista kukin syöttää kaksi sytytyspulssia vastaavaan. tyristori siirtyy 60°.

Ohjausjärjestelmän yksinkertaistamiseksi ja sähkökäytön luotettavuuden lisäämiseksi tämä järjestelmä käyttää käännettävän TP:n koordinoitua ohjausta. Tätä varten näiden kahden ryhmän johtamisominaisuudet ja johtamisjärjestelmät on kytkettävä tiiviisti toisiinsa. Jos lukituksen avauspulssit syötetään tyristoreille T1 - T6, jotka tarjoavat tämän ryhmän korjaavan toimintatavan, niin lukituksen avauspulssit syötetään tyristoreille T7 - ​​T12, jotta tämä ryhmä valmistetaan invertterin toimintaan.

Ohjauskulmat α1 ja α2 kaikille TP:n toimintatapoille on muutettava siten, että tasasuuntaajaryhmän keskijännite ei ylitä vaihtosuuntaajaryhmän jännitettä, ts. jos tämä ehto ei täyty, tasasuuntautunut tasausvirta kulkee kahden tyristoriryhmän välillä, mikä lisäksi kuormittaa venttiilejä ja muuntajaa ja voi myös aiheuttaa suojan laukeamisen.

Kuitenkin, vaikka ohjauskulmat α1 ja α2 sovitettaisiin oikein tasasuuntaaja- ja invertteriryhmien tyristoreista, vaihtotasausvirran virtaus on mahdollista jännitteiden UαB hetkellisten arvojen epätasa-arvosta johtuen. ja UaI. Tämän tasausvirran rajoittamiseksi käytetään tasausreaktoreita 1UR ja 2UR.

Moottorin ankkurivirta kulkee aina yhden reaktorin läpi, minkä vuoksi tämän virran aaltoilu vähenee ja itse reaktori on osittain kyllästynyt. Toinen reaktori, jonka läpi tällä hetkellä virtaa vain tasausvirtaa, jää tyydyttymättömäksi ja rajoittaa iyp:tä.

Tyristorisähköisessä nosturikäytössä on yksisilmukkainen ohjausjärjestelmä (CS), joka on valmistettu nopealla käänteisellä summausmagneettivahvistimella SMUR, jota syötetään suorakaiteen muotoisesta 1000 Hz:n taajuudella toimivasta jännitegeneraattorista. Sähkökatkon esiintyessä tällainen ohjausjärjestelmä mahdollistaa tyydyttävien staattisten ominaisuuksien ja transienttiprosessien korkean laadun saavuttamisen.

Sähkökäytön ohjausjärjestelmä sisältää negatiivisen takaisinkytkennän jaksoittaiselle moottorin jännitteelle ja virralle sekä heikon positiivisen takaisinkytkennän jännitteelle Ud.SMUR-käyttökäämien piirissä oleva signaali määräytyy vastuksesta R4 tulevan referenssijännitteen Uc ja POS-potentiometristä otetun takaisinkytkentäjännitteen αUd välisen eron perusteella. Taajuusmuuttajan nopeuden ja pyörimissuunnan määräävän komentosignaalin arvoa ja napaisuutta säätelee KK-ohjain.

Käänteinen jännite Ud katkaistaan ​​käyttämällä piizener-diodeja, jotka on kytketty rinnan SMUR-pääkäämien kanssa. Jos jännite-ero Ud — aUd on suurempi kuin Ust.n, niin zener-diodit johtavat virtaa ja ohjauskäämien jännitteeksi tulee Uz.max = Ust.n.

Tästä eteenpäin signaalin aUd laskun muutos ei vaikuta SMUR:n pääkäämien virtaan, ts. jännitteen Ud negatiivinen takaisinkytkentä ei toimi, mikä yleensä tapahtuu moottorivirroilla Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n.

Jos takaisinkytkentäsignaali aUd lähestyy referenssisignaalia Uz, Zener-diodien jännitteestä tulee pienempi kuin Ust.n eikä virta kulje niiden läpi. SMUR:n pääkäämien virran määrää jännite-ero U3 — aUd ja tässä tapauksessa negatiivinen jännitteen takaisinkytkentä tulee voimaan.

Negatiivinen virran takaisinkytkentäsignaali otetaan kahdesta virtamuuntajaryhmästä TT1 — TT3 ja TT4 — TT8, jotka toimivat vastaavasti tyristoriryhmien T1 — T6 ja T7 — T12 kanssa. BTO-virtakatkaisijassa vastuksiin R saatu kolmivaiheinen vaihtojännite U2TT ≡ Id tasasuuntautuu ja referenssijännitteenä toimivien zener-diodien kautta syötetään signaali Uto.s SMUR:n virtakäämeihin. , alentaen tuloksena olevaa tulosta vahvistimen tulossa.Tämä pienentää muuntimen jännitettä Ud ja rajoittaa ankkuripiirin virtaa Id staattisissa ja dynaamisissa tiloissa.

Sähkökäytön mekaanisten ominaisuuksien ω = f (M) korkean täyttökertoimen saamiseksi ja tasaisen kiihtyvyyden (hidastuksen) ylläpitämiseksi transienttitiloissa, yllä lueteltujen kytkentöjen lisäksi käytetään positiivista takaisinkytkentää. piiri jännityksen mukaan.

Tämän yhteyden vahvistustekijäksi valitaan kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. muuntimen ominaiskäyrän Ud = f (Uy) alkuosan mukaisesti, mutta kertalukua pienempi kuin Ud:n negatiivisen takaisinkytkennän kerroin α. Tämän suhteen vaikutus ilmenee pääasiassa nykyisellä epäjatkuvuusvyöhykkeellä, joka tarjoaa jyrkästi upottavia osia ominaisuudesta.

Kuvassa Kuvassa 2 a esittää nostolaitteen staattiset ominaisuudet referenssijännitteen U3 eri arvoille, jotka vastaavat säätimen eri asentoa.

Ensimmäisenä approksimaationa voidaan olettaa, että aloitus-, peruutus- ja lopetustiloissa toimintapiste koordinaattiakseleilla ω = f (M) liikkuu staattista ominaiskäyrää pitkin. Sitten järjestelmän kiihtyvyys:

missä ω on kulmanopeus, Ma on moottorin kehittämä momentti, Mc on liikkuvan kuorman vastusmomentti, ΔMc on vaihteiden häviömomentti, J on moottorin akseliin pienennetty hitausmomentti.

Jos jätämme välityshäviöt huomiotta, niin kiihtyvyyden yhtäläisyyden ehto käynnistettäessä moottoria ylös ja alas sekä pysähdyttäessä ylös ja alas on sähkökäytön dynaamisten momenttien yhtäläisyys, eli Mdin.p = Mdin.s.Tämän ehdon täyttämiseksi nostolaitteen staattisten ominaisuuksien on oltava epäsymmetrisiä nopeusakselin suhteen (Mstop.p> Mstop.s) ja niillä on oltava jyrkkä eturintama jarrutusmomentin arvon alueella (kuva 2, a). .

Riisi. 2. Sähkökäytön mekaaniset ominaisuudet TP-D-järjestelmän mukaisesti: a — nostomekanismi, b — liikemekanismi.

Nosturin ajomekanismien käyttökäytössä tulee ottaa huomioon vastusmomentin reaktiivisuus, joka ei riipu kulkusuunnasta. Samalla moottorin vääntömomentin arvolla reaktiivisen vastuksen vääntömomentti hidastaa käynnistysprosessia ja nopeuttaa taajuusmuuttajan pysäytysprosessia.

Tämän ilmiön, joka voi johtaa vetävien pyörien luistamiseen ja mekaanisten voimansiirtojen nopeaan kulumiseen, eliminoimiseksi on välttämätöntä ylläpitää suunnilleen vakiot kiihtyvyydet käynnistyksen, peruutuksen ja pysähtymisen aikana ajomekanismeissa. Tämä saavutetaan saamalla kuvassa 2 esitetyt staattiset ominaisuudet ω = f (M). 2, b.

Sähkökäytön määritellyt mekaaniset ominaisuudet voidaan saada muuttamalla negatiivisen virran takaisinkytkentä Id ja positiivisen jännitteen takaisinkytkennän Ud kertoimia vastaavasti.

Ajonosturin tyristoriohjatun sähkökäytön täydellinen ohjauskaavio sisältää kaikki lukitusliitännät ja suojapiirit, jotka on käsitelty aiemmin annetuissa kaavioissa.

Käytettäessä TP:tä nosturimekanismien sähkökäytössä on kiinnitettävä huomiota niiden virransyöttöön.Muuntajien kuluttaman virran merkittävä ei-sinimuotoinen luonne aiheuttaa jännitteen aaltomuodon vääristymistä muuntimen tulossa. Nämä vääristymät vaikuttavat muuntimen teho-osan ja pulssivaiheen ohjausjärjestelmän (SPPC) toimintaan. Verkkojännitteen aaltomuodon vääristyminen aiheuttaa moottorin merkittävää vajaakäyttöä.

Syöttöjännitteen vääristymisellä on voimakas vaikutus SPPD:hen, erityisesti tulosuodattimien puuttuessa. Joissakin tapauksissa nämä vääristymät voivat saada tyristorit avautumaan satunnaisesti kokonaan. Tämä ilmiö voidaan parhaiten poistaa syöttämällä SPPHU:ta erillisistä kärryistä, jotka on kytketty muuntajaan, jossa ei ole tasasuuntaajakuormaa.

Mahdolliset tavat käyttää tyristoreita asynkronisten moottoreiden nopeuden ohjaamiseen ovat hyvin erilaisia ​​- nämä ovat tyristoritaajuusmuuttajat (autonomiset invertterit), staattoripiiriin sisältyvät tyristorin jännitteensäätimet, vastuksen ja virtojen impulssisäätimet sähköpiireissä jne. .

Nosturien sähkökäytöissä käytetään pääasiassa tyristorijännitteensäätimiä ja pulssisäätimiä, mikä johtuu niiden suhteellisen yksinkertaisuudesta ja luotettavuudesta, mutta kunkin säätimen käyttö erikseen ei täytä täysin nosturimekanismien sähkökäyttöille asetettuja vaatimuksia.

Itse asiassa, kun oikosulkumoottorin roottoripiirissä käytetään vain pulssiresistanssin säädintä, on mahdollista aikaansaada luonnollisen rajoittama ja impedanssireostaatin mekaanisia ominaisuuksia vastaava säätövyöhyke, ts.säätövyöhyke vastaa moottoritilaa ja vastakohtatilaa, jossa mekaanisten ominaisuuksien tason I ja IV tai III ja II kvadrantit ovat epätäydellisiä.

Tyristorijännitesäätimen, erityisesti reversiibelin, käyttö tarjoaa periaatteessa nopeudensäätövyöhykkeen, joka kattaa tason M koko työskentelyosan, ω -ωn:stä + ωn:iin ja — Mk:sta + Mk:iin. Tässä tapauksessa itse moottorissa on kuitenkin merkittäviä luistohäviöitä, mikä johtaa tarpeeseen yliarvioida merkittävästi sen asennettu teho ja vastaavasti sen mitat.

Tässä yhteydessä luodaan nosturimekanismien asynkronisia sähkökäyttöjärjestelmiä, joissa moottoria ohjataan roottorin vastuksen pulssisäädöllä ja staattoriin syötetyn jännitteen muutoksilla. Tämä täyttää neljä mekaanisen suorituskyvyn kvadranttia.

Kaavamainen kaavio tällaisesta yhdistetystä ohjauksesta on esitetty kuvassa. 3. Roottoripiiri sisältää resistanssipulssiohjauspiirin tasavirtapiirissä. Piirin parametrit valitaan varmistamaan moottorin toiminta I- ja III-kvadranteissa reostaatin ja luonnollisten ominaisuuksien välisillä alueilla (kuvassa 4, varjostettu pystysuorilla viivoilla).

Riisi. 3. Kaavio nosturin sähkökäytöstä staattorin jännitteen ja roottorin vastuksen impulssisäädön tyristorisäätimellä.

Nopeuden säätämiseksi reostaatin ominaisuuksien ja vaakasuorilla viivoilla varjostetun nopeusakselin välisillä alueilla kuvassa 4, samoin kuin moottorin suunnanvaihtoon, käytetään tyristorijännitteensäädintä, joka koostuu anti-rinnakkaistyristoreista 1-2, 4-5, 6-7, 8-9, 11-12.Staattoriin syötettävän jännitteen muuttaminen tapahtuu säätämällä tyristoriparien 1-2, 6-7, 11-12 avautumiskulmaa yhdelle pyörimissuunnalle ja 4-5, 6-7, 8-9-muille. pyörimissuunta.

Riisi. 4. Säännöt oikosulkumoottorin yhdistetystä ohjauksesta.

Jäykkien mekaanisten ominaisuuksien saavuttamiseksi ja moottorin vääntömomenttien rajoittamiseksi piiri tarjoaa nopeuden ja tasasuunnatun roottorivirran takaisinkytkennän TG-takogeneraattorin ja DC-muuntajan (magneettivahvistimen) TPT:n avulla.

Koko I-kvadrantti on helpompi täyttää kytkemällä sarjaan kondensaattori, jonka resistanssi on R1 (kuva 3). Tällöin tasasuunnatun roottorivirran ekvivalenttiresistanssi voi vaihdella nollasta äärettömään ja siten roottorivirtaa voidaan ohjata maksimiarvosta nollaan.

Moottorin nopeuden säätelyalue tällaisessa järjestelmässä ulottuu ordinaattiselle akselille, mutta kondensaattorin kapasitanssiarvo osoittautuu erittäin merkittäväksi.

Koko I-kvadrantin täyttämiseksi pienemmillä kapasitanssiarvoilla vastuksen R1 resistanssi jaetaan erillisiin vaiheisiin. Ensimmäisessä vaiheessa tuodaan peräkkäin kapasitanssi, joka kytketään päälle pienillä virroilla. Vaiheet poistetaan pulssimenetelmällä, minkä jälkeen jokainen niistä oikosuljetaan tyristorien tai kontaktoreiden kautta. Koko I-kvadrantin täyttö voidaan saada myös yhdistämällä pulssiresistanssin muutokset moottorin pulssikäyttöön. Tällainen kaavio on esitetty kuvassa. 5.

Nopeusakselin ja reostaatin ominaiskäyrän välisellä alueella (kuva 4) moottori toimii pulssitilassa.Samaan aikaan tyristoriin T3 ei syötetä ohjauspulsseja ja se pysyy koko ajan kiinni. Moottorin pulssitilan toteuttava piiri koostuu toimivasta tyristorista T1, aputyristorista T2, kytkentäkondensaattorista C sekä vastuksista R1 ja R2. Kun tyristori T1 on auki, virta kulkee vastuksen R1 läpi. Kondensaattori C ladataan jännitteeseen, joka on yhtä suuri kuin jännitehäviö R1:n yli.

Kun ohjauspulssi syötetään tyristoriin T2, kondensaattorin jännite syötetään vastakkaiseen suuntaan tyristoriin T1 nähden ja sulkee sen. Samaan aikaan kondensaattoria ladataan. Moottorin induktanssin olemassaolo johtaa siihen, että kondensaattorin latausprosessi on luonteeltaan värähtelevä, minkä seurauksena tyristori T2 sulkeutuu itsestään antamatta ohjaussignaaleja ja roottoripiiri osoittautuu avoimeksi. Sitten tyristoriin T1 syötetään ohjauspulssi ja kaikki prosessit toistetaan uudelleen.

Riisi. 5. Asynkronisen moottorin impulssiyhdistelmäohjauksen kaavio

Siten, kun tyristoreille syötetään jaksoittain ohjaussignaaleja, roottorissa kulkee jonkin osan jakson aikana virtaa, jonka määrää vastuksen R1 resistanssi. Jakson toisessa osassa roottoripiiri osoittautuu avoimeksi, moottorin kehittämä vääntömomentti on nolla ja sen toimintapiste on nopeusakselilla. Muuttamalla tyristorin T1 suhteellista kestoa ajanjakson aikana on mahdollista saada moottorin kehittämän vääntömomentin keskiarvo nollasta maksimiarvoon, joka vastaa reostaatin ominaiskäyrän toimintaa, kun roottori R1 viedään piiri

Erilaisia ​​takaisinkytkentöjä käyttämällä on mahdollista saada halutun tyyppiset ominaisuudet nopeusakselin ja reostaattikäyrän väliselle alueelle. Siirtyminen reostaatin ja luonnollisten ominaisuuksien väliselle alueelle edellyttää, että tyristori T2 pysyy suljettuna koko ajan ja tyristorin T1 pysyy aina auki. Oikosulkemalla resistanssi R1 päätyristorin T3 kytkimellä on mahdollista muuttaa roottoripiirin vastus tasaisesti arvosta R1 arvoon 0, jolloin saadaan moottorille luonnollinen ominaisuus.

Roottoripiirin kommutoidun moottorin impulssitila voidaan suorittaa myös dynaamisessa jarrutustilassa. Käyttämällä erilaisia ​​takaisinkytkentöjä, tässä tapauksessa II kvadrantissa, voidaan saada halutut mekaaniset ominaisuudet. Loogisen ohjausjärjestelmän avulla on mahdollista suorittaa automaattinen moottorin siirtyminen tilasta toiseen ja täyttää kaikki mekaanisten ominaisuuksien neljännekset.