Daruszerkezetek automatizált elektromos hajtása tirisztoros vezérléssel

A daruszerkezetek elektromos hajtásainak modern rendszereit főként aszinkron motorokkal valósítják meg, amelyek sebességét relé-kontaktor módszerrel szabályozzák ellenállások bevezetésével a forgórész áramkörébe. Az ilyen elektromos hajtások sebességszabályozási tartománya kicsi, és indításkor és leállításkor nagy rúgásokat és gyorsulásokat okoznak, ami hátrányosan befolyásolja a daru szerkezetének teljesítményét, a rakomány kilengéséhez vezet, és korlátozza az ilyen rendszerek használatát megnövelt magasságú és emelődarukon. kapacitás .

Az erősáramú félvezető technológia fejlődése alapvetően új megoldások bevezetését teszi lehetővé a daruberendezések automatizált elektromos meghajtásának felépítésében. Jelenleg a toronydaruk és a híddaruk - TP rendszer - D emelő- és mozgatószerkezetein állítható elektromos hajtást használnak erős tirisztoros átalakítók által hajtott egyenáramú motorokkal.

Az ilyen rendszerekben a motor fordulatszámát a (20 ÷ 30) I tartományban szabályozzák az armatúra feszültségének változtatásával. Ugyanakkor az átmeneti folyamatok során a rendszer biztosítja, hogy a gyorsulások és rúgások a megadott normákon belül történjenek.

A jó szabályozási tulajdonságok az aszinkron elektromos hajtásban is megnyilvánulnak, amikor egy tirisztoros átalakítót csatlakoztatnak egy aszinkron motor (AM) állórészáramköréhez. A motor állórész feszültségének megváltoztatása zárt ACS-ben lehetővé teszi az indítónyomaték korlátozását, a hajtás egyenletes gyorsulását (lassítását) és a szükséges fordulatszám-szabályozási tartományt.

A tirisztoros konverterek alkalmazása a daruszerkezetek automatizált elektromos meghajtásában egyre inkább elterjedt a hazai és külföldi gyakorlatban. Az ilyen telepítések működési elvének és lehetőségeinek megismerése érdekében röviden lakjunk a DC és AC motorok vezérlési sémáinak két változatán.

ábrán. Az 1. ábra egy független gerjesztésű egyenáramú motor tirisztoros vezérlésének vázlatos diagramja híddaru emelőszerkezetéhez. A motor armatúráját egy reverzibilis tirisztoros átalakító táplálja, amely egy Tr transzformátorból áll, amely az átalakító feszültségének és a terhelésnek a megfeleltetésére szolgál, valamint két tirisztorcsoport T1 - T6 és T7 -. 1UR és 2UR simítóreaktorok, amelyek mindkettő telítetlen simítóreaktor .

Rizs. 1. A daru elektromos meghajtásának vázlata a TP-D rendszer szerint.

A T1 — T6 tirisztorok csoportja egyenirányítóként működik emeléskor és inverterként nehéz terhelések süllyesztésekor, mivel ezekben az üzemmódokban az áram iránya a motor armatúrájában azonos. A T7-T12 tirisztorok második csoportja, amely az armatúra áramának ellentétes irányát biztosítja, egyenirányítóként működik lekapcsoláskor és a fékek leengedésére szolgáló motor tranziens indítási módjaiban, inverterként, amikor az emelés során megáll. terhek vagy horog.

Ellentétben a mozgó daruk mechanizmusaival, ahol a tirisztorcsoportoknak azonosaknak kell lenniük, az emelőszerkezeteknél a második csoport tirisztorainak teljesítménye kisebb, mint az elsőé, mivel a motor árama a lekapcsoláskor nagyon kisebb, mint nehéz emelés és leeresztés esetén. terhelések.

A tirisztoros konverter (TC) egyenirányított feszültségének szabályozása egy félvezető impulzus-fázisú vezérlőrendszerrel történik, amely két SIFU-1 és SIFU-2 blokkból áll (1. ábra), amelyek mindegyike két-két tüzelési impulzust szolgáltat a megfelelőnek. tirisztor eltolása 60°-kal.

A vezérlőrendszer egyszerűsítése és az elektromos hajtás megbízhatóságának növelése érdekében ez a séma a megfordítható TP koordinált vezérlését használja. Ehhez szorosan össze kell kapcsolni a két csoport vezetési jellemzőit és irányítási rendszereit. Ha a kioldó impulzusokat a T1 - T6 tirisztorokra szállítják, biztosítva ennek a csoportnak a korrekciós működési módját, akkor a feloldó impulzusokat a T7 - ​​T12 tirisztorokra szállítják, így ezt a csoportot felkészítik az inverter általi működésre.

Az α1 és α2 szabályozási szögeket a TP bármely üzemmódjához úgy kell megváltoztatni, hogy az egyenirányító csoport átlagos feszültsége ne haladja meg az invertercsoport feszültségét, azaz. ha ez a feltétel nem teljesül, akkor a két tirisztorcsoport között az egyenirányított kiegyenlítő áram folyik, ami járulékosan terheli a szelepeket és a transzformátort, és a védelem kioldását is okozhatja.

Azonban még az egyenirányító és invertercsoportok tirisztorainak α1 és α2 szabályozási szögeinek helyes illesztése esetén is lehetséges a váltakozó kiegyenlítő áram áramlása az UαB feszültségek pillanatnyi értékeinek egyenlőtlensége miatt. és UαI. Ennek a kiegyenlítő áramnak a korlátozására 1UR és 2UR kiegyenlítő reaktorokat használnak.

A motor armatúra árama mindig az egyik reaktoron halad át, aminek következtében ennek az áramnak a hullámzása csökken, és maga a reaktor részben telített. A második reaktor, amelyen jelenleg csak kiegyenlítő áram folyik, telítetlen marad és korlátozza az iyp-t.

A tirisztoros elektromos daruhajtás egyhurkos vezérlőrendszerrel (CS) rendelkezik, amely egy nagy sebességű, reverzibilis összegző mágneses SMUR erősítővel készült, amelyet egy téglalap alakú 1000 Hz-es frekvenciájú feszültséggenerátor táplál. Áramkimaradás esetén egy ilyen vezérlőrendszer lehetővé teszi a kielégítő statikus jellemzők elérését és a tranziens folyamatok kiváló minőségét.

Az elektromos hajtásvezérlő rendszer negatív visszacsatolást tartalmaz a szakaszos motorfeszültségre és -áramra, valamint gyenge pozitív visszacsatolást az Ud feszültségre.Az SMUR hajtótekercsek áramkörében a jelet az R4 ellenállásról érkező Uc referenciafeszültség és a POS potenciométerről vett αUd visszacsatoló feszültség közötti különbség határozza meg. A hajtás fordulatszámát és forgásirányát meghatározó parancsjel értékét és polaritását a KK vezérlő szabályozza.

Az Ud fordított feszültséget az SMUR fő tekercsekkel párhuzamosan csatlakoztatott szilícium zener diódák segítségével kapcsolják le. Ha az Ud — aUd feszültségkülönbség nagyobb, mint Ust.n, akkor a Zener-diódák áramot vezetnek, és a vezérlőtekercsek feszültsége egyenlő lesz Uz.max = Ust.n.

Innentől kezdve az aUd jel csökkenő változása nem befolyásolja az SMUR fő tekercseinek áramát, pl. az Ud feszültség negatív visszacsatolása nem működik, ami általában Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n motoráramoknál történik.

Ha az aUd visszacsatoló jel megközelíti az Uz referenciajelet, akkor a zener-diódák feszültsége kisebb lesz, mint Ust.n, és az áram nem folyik át rajtuk. Az SMUR fő tekercseinek áramát az U3 — aUd feszültségkülönbség határozza meg, és ebben az esetben a negatív feszültség-visszacsatolás lép működésbe.

A negatív áram-visszacsatoló jelet a TT1 - TT3 és a TT4 - TT8 áramváltók két csoportja veszi, amelyek T1 - T6 és T7 - ​​T12 tirisztorcsoportokkal működnek. A BTO árammegszakítóban az R ellenállásokon kapott háromfázisú U2TT ≡ Id váltakozó feszültséget egyenirányítják, és a referenciafeszültségként működő zener-diódákon keresztül az Uto.s jelet táplálják a SMUR áramtekercseire. , csökkentve a kapott eredményt az erősítő bemenetén.Ez csökkenti az átalakító feszültségét Ud és korlátozza az armatúra áramkör Id áramát statikus és dinamikus üzemmódban.

Az elektromos hajtás ω = f (M) mechanikai jellemzőinek magas kitöltési tényezőjének elérése és a tranziens üzemmódokban az állandó gyorsulás (lassulás) fenntartása érdekében a fent felsorolt ​​kapcsolatokon kívül pozitív visszacsatolást alkalmaznak a áramkör feszültséggel.

Ennek a kapcsolatnak az erősítési tényezője a kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. a konverter Ud = f (Uy) karakterisztikájának kezdeti szakaszának megfelelően, de az Ud negatív visszacsatolás α együtthatójánál kisebb nagyságrenddel. Ennek a kapcsolatnak a hatása főként a jelenlegi szakadási zónában nyilvánul meg, amely meredeken süllyedő szakaszokat biztosít a tereptárgyból.

ábrán. A 2. ábra a az emelőszerkezet statikus jellemzőit mutatja az U3 referenciafeszültség különböző értékeihez, amelyek megfelelnek a vezérlő különböző helyzeteinek.

Első közelítésként feltételezhető, hogy az indítási, visszafordítási és leállítási átmeneti módokban az ω = f (M) koordinátatengelyekben a munkapont a statikus karakterisztika mentén mozog. Ezután a rendszer gyorsulása:

ahol ω a szögsebesség, Ma a motor által kifejtett nyomaték, Mc a mozgó terhelés ellenállási nyomatéka, ΔMc a fogaskerekek veszteségei, J a motor tengelyére redukált tehetetlenségi nyomaték.

Ha figyelmen kívül hagyjuk az átviteli veszteségeket, akkor a gyorsulás egyenlőségének feltétele a motor fel- és leindításakor, valamint fel- és leálláskor az elektromos hajtás dinamikus nyomatékainak egyenlősége, azaz Mdin.p = Mdin.s.Ennek a feltételnek a teljesítéséhez az emelőszerkezet statikus jellemzőinek aszimmetrikusnak kell lenniük a sebességtengelyhez képest (Mstop.p> Mstop.s), és a féknyomaték értékének tartományában meredek frontpal kell rendelkezniük (2. ábra, a) .

Rizs. 2. Az elektromos hajtás mechanikai jellemzői a TP-D rendszer szerint: a — emelőszerkezet, b — mozgószerkezet.

A daru haladási mechanizmusainak hajtásainál figyelembe kell venni az ellenállási nyomaték reaktív jellegét, amely nem függ a haladási iránytól. A motor nyomatékának azonos értékénél a reaktív ellenállási nyomaték lelassítja az indítási folyamatot és felgyorsítja a hajtás leállítási folyamatát.

Ennek a jelenségnek a kiküszöbölése érdekében, amely a hajtókerekek megcsúszásához és a mechanikus hajtóművek gyors kopásához vezethet, megközelítőleg állandó gyorsulást kell fenntartani az indításkor, a hátramenetben és a megálláskor a hajtómechanizmusokban. Ezt az ω = f (M) statikus karakterisztikák megszerzésével érjük el, amelyek az ábrán láthatók. 2, b.

Az elektromos hajtás meghatározott típusú mechanikai jellemzői az Id negatív áram-visszacsatolás és az Ud pozitív feszültség-visszacsatolás együtthatóinak megfelelő változtatásával érhetők el.

A felső daru tirisztoros vezérlésű elektromos meghajtásának teljes vezérlési sémája tartalmazza az összes reteszelő csatlakozást és védelmi áramkört, amelyeket a korábban megadott diagramok tárgyalnak.

Amikor a TP-t daruszerkezetek elektromos meghajtásában használják, ügyelni kell azok tápellátására.A konverterek által felvett áram jelentős nem szinuszos jellege torzítja a feszültség hullámformáját a konverter bemenetén. Ezek a torzítások befolyásolják az átalakító teljesítményrészének és az impulzusfázis-vezérlő (SPPC) rendszerének működését. A hálózati feszültség hullámformájának torzulása a motor jelentős kihasználatlanságát okozza.

A tápfeszültség torzulása erősen befolyásolja az SPPD-t, különösen bemeneti szűrők hiányában. Egyes esetekben ezek a torzítások a tirisztorok véletlenszerű teljes nyitását okozhatják. Ezt a jelenséget úgy lehet legjobban kiküszöbölni, ha az SPPHU-t különálló kocsikról táplálják, amelyek olyan transzformátorra vannak csatlakoztatva, amely nem rendelkezik egyenirányító terheléssel.

A tirisztorok használatának lehetséges módjai az aszinkron motorok sebességének szabályozására nagyon változatosak - ezek a tirisztoros frekvenciaváltók (autonóm inverterek), az állórész áramkörébe tartozó tirisztoros feszültségszabályozók, az elektromos áramkörök ellenállásának és áramainak impulzusszabályozói stb. .

A daru elektromos hajtásaiban főként tirisztoros feszültségszabályozókat és impulzusszabályozókat alkalmaznak, ami viszonylagos egyszerűségükből és megbízhatóságukból adódik, azonban az egyes szabályozók külön-külön történő alkalmazása nem felel meg teljes mértékben a daruszerkezetek elektromos hajtásaira vonatkozó követelményeknek.

Valójában, ha egy indukciós motor rotoráramkörében csak impulzusellenállás-szabályozót használnak, akkor lehetőség van egy természetes által korlátozott és az impedancia-reosztát mechanikai jellemzőinek megfelelő szabályozási zóna kialakítására, pl.a beállítási zóna megfelel a motor üzemmódnak és az oppozíciós módnak a mechanikai jellemzők síkjának I. és IV. vagy III. és II. kvadránsának hiányos kitöltésével.

A tirisztoros feszültségszabályozó, különösen a reverzibilis alkalmazása alapvetően az M sík teljes munkarészét lefedő fordulatszám szabályozási zónát biztosít, ω -ωn-től + ωn-ig és — Mk-tól + Mk-ig. Ebben az esetben azonban magában a motorban jelentős csúszási veszteségek lesznek, ami ahhoz vezet, hogy jelentősen túl kell becsülni a beépített teljesítményt és ennek megfelelően a méreteit.

Ezzel kapcsolatban aszinkron elektromos meghajtórendszereket hoznak létre daruszerkezetekhez, ahol a motort a rotor ellenállásának impulzusszabályozása és az állórészre táplált feszültség változása kombinációja vezérli. Ez kitölti a mechanikai teljesítmény négy negyedét.

Egy ilyen kombinált vezérlés vázlatos rajza az ábrán látható. 3. A forgórész áramkör egy ellenállásimpulzus-vezérlő áramkört tartalmaz az egyenirányított áramkörben. Az áramkör paramétereit úgy választják ki, hogy biztosítsák a motor működését az I. és III. kvadránsban a reosztát és a természetes jellemzők közötti területeken (4. ábrán függőleges vonalakkal árnyékolva).

Rizs. 3. Daru elektromos hajtás diagramja tirisztoros szabályozóval az állórész feszültségének és a forgórész ellenállásának impulzusszabályozásának.

A sebesség szabályozása érdekében a reosztát jellemzői és a sebesség tengelye közötti területeken vízszintes vonalakkal árnyékolva az 1. ábrán. 4, valamint a motor megfordítására tirisztoros feszültségszabályozót használnak, amely 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12 anti-párhuzamos tirisztorpárokból áll.Az állórészre táplált feszültség megváltoztatása az 1-2, 6-7, 11-12 tirisztorpárok nyitási szögének beállításával történik az egyik forgásirányhoz és a 4-5, 6-7, 8-9-es tirisztorpárok nyitási szögének beállításával. forgásirány.

Rizs. 4. Aszinkronmotor kombinált vezérlésének szabályai.

A merev mechanikai jellemzők elérése és a motor nyomatékának korlátozása érdekében az áramkör sebesség- és egyenirányított forgórészáram-visszacsatolást biztosít egy TG tachogenerátor és egy DC transzformátor (mágneses erősítő) TPT által

Könnyebb a teljes I kvadráns kitöltése, ha sorba kapcsolunk egy R1 ellenállású kondenzátort (3. ábra). Ebben az esetben az egyenirányított forgórészáramban az egyenértékű ellenállás nullától a végtelenig változhat, és így a rotor árama a maximális értéktől nulláig szabályozható.

A motor fordulatszám szabályozásának tartománya egy ilyen sémában az ordináta tengelyig terjed, de a kondenzátor kapacitásának értéke nagyon jelentős.

A teljes I kvadráns kisebb kapacitásértékekkel való feltöltéséhez az R1 ellenállás ellenállását külön lépésekre osztjuk. Az első szakaszban egymás után vezetik be a kapacitást, amely alacsony áramerősséggel kapcsol be. A lépések eltávolítása impulzusos módszerrel történik, majd mindegyiket rövidzárlat követi tirisztorokon vagy kontaktorokon keresztül. A teljes I. kvadráns kitöltése úgy is elérhető, hogy az ellenállás impulzusváltozásait a motor impulzusos működésével kombináljuk. Egy ilyen sémát mutat be az ábra. 5.

A fordulatszám tengelye és a reosztát karakterisztikája közötti területen (4. ábra) a motor impulzus üzemmódban működik.Ugyanakkor a T3 tirisztor nem kap vezérlőimpulzusokat, és az állandóan zárva marad. A motor impulzus üzemmódját megvalósító áramkör egy működő T1 tirisztorból, egy T2 segédtirisztorból, egy C kapcsolókondenzátorból és R1 és R2 ellenállásokból áll. Amikor a T1 tirisztor nyitva van, az áram átfolyik az R1 ellenálláson. A C kondenzátort olyan feszültségre töltik fel, amely megegyezik az R1 feszültségesésével.

Ha vezérlő impulzust adunk a T2 tirisztorra, a kondenzátor feszültsége a T1 tirisztorral ellentétes irányban kerül rá, és lezárja azt. Ezzel egyidejűleg a kondenzátor újratöltése folyamatban van. A motor induktivitásának jelenléte azt a tényt eredményezi, hogy a kondenzátor újratöltési folyamata oszcilláló jellegű, aminek következtében a T2 tirisztor magától bezárul anélkül, hogy vezérlőjeleket adna, és a forgórész áramköre nyitottnak bizonyul. Ezután egy vezérlő impulzust adunk a T1 tirisztorra, és minden folyamat megismétlődik.

Rizs. 5. Aszinkron motor impulzus kombinált vezérlésének vázlata

Így a tirisztorok vezérlőjeleinek periodikus ellátásával az időszak egy részében áram folyik a forgórészben, amelyet az R1 ellenállás ellenállása határoz meg. Az időszak másik részében a forgórész áramköre nyitottnak bizonyul, a motor által kifejlesztett nyomaték nulla, működési pontja a fordulatszám tengelyén van. A T1 tirisztor relatív időtartamának a periódus alatti megváltoztatásával a motor által kifejlesztett nyomaték átlagos értéke nulláról a reosztát karakterisztika működésének megfelelő maximális értékre kapható, amikor az R1 rotort a motorba vezetjük. áramkör

Különböző visszacsatolásokkal a fordulatszám tengelye és a reosztát karakterisztika közötti tartományban a kívánt típusú jellemzőket lehet elérni. A reosztát és a természetes jellemzők közötti tartományba való átmenet megköveteli, hogy a T2 tirisztornak mindig zárva, a T1 tirisztornak pedig mindig nyitva kell maradnia. Az R1 ellenállást a T3 fő tirisztorral ellátott kapcsoló segítségével rövidre zárva lehetőség van a forgórész áramkör ellenállásának zökkenőmentes megváltoztatására az R1 értékről 0-ra, így biztosítva a motor természetes karakterisztikáját.

A rotorkörben lévő kommutált motor impulzus üzemmódja dinamikus fékezési módban is végrehajtható. Különböző visszacsatolások alkalmazásával, ebben az esetben a II. kvadránsban a kívánt mechanikai jellemzők érhetők el. A logikai vezérlési séma segítségével lehetőség nyílik a motor automatikus átállítására egyik üzemmódból a másikba, és a mechanikai jellemzők összes negyedének kitöltése.