Acționare electrică automată a mecanismelor macaralei cu control tiristor

Sistemele moderne de acționare electrică a mecanismelor macaralei sunt implementate în principal folosind motoare asincrone, a căror viteză este controlată prin metoda releu-contactor prin introducerea de rezistențe în circuitul rotorului. Astfel de acționări electrice au un domeniu mic de control al vitezei și la pornire și oprire creează lovituri și accelerații mari, care afectează negativ performanța structurii macaralei, duce la balansarea sarcinii și limitează utilizarea unor astfel de sisteme pe macarale cu înălțime și ridicare crescute. capacitate .

Dezvoltarea tehnologiei semiconductoarelor de putere face posibilă introducerea unor soluții fundamental noi în structura acționării electrice automate a instalațiilor de macarale. În prezent, pe mecanismele de ridicare și deplasare ale macaralelor turn și macaralelor pod - sistem TP - D.

Viteza motorului în astfel de sisteme este reglată în domeniul (20 ÷ 30): I prin modificarea tensiunii de armătură. În același timp, în timpul proceselor tranzitorii, sistemul asigură că accelerațiile și loviturile sunt obținute în limitele normelor specificate.

Bunele calități de reglare se manifestă și într-o acţionare electrică asincronă, atunci când un convertor tiristor este conectat la circuitul statoric al unui motor asincron (AM). Schimbarea tensiunii la statorul motorului într-un ACS închis permite limitarea cuplului de pornire, realizând o accelerare (decelerare) lină a sistemului de acţionare şi domeniul necesar de control al vitezei.

Utilizarea convertoarelor tiristoare în acționarea electrică automată a mecanismelor macaralei este din ce în ce mai utilizată în practica națională și străină. Pentru a ne familiariza cu principiul de funcționare și cu posibilitățile unor astfel de instalații, să ne oprim pe scurt la două variante de scheme de control pentru motoarele de curent continuu și curent alternativ.

În fig. 1 prezintă o diagramă schematică a controlului tiristorului unui motor de curent continuu excitat independent pentru un mecanism de ridicare a unei macarale de pod. Armatura motorului este alimentată de un convertor tiristor reversibil, care constă dintr-un transformator de putere Tr, care servește pentru a potrivi tensiunea convertorului și sarcina, două grupuri de tiristoare T1 — T6 și T7 — ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​, reactoare de netezire 1UR și 2UR, care sunt ambele reactoare de netezire făcute nesaturate .

Orez. 1. Schema acționării electrice a macaralei conform sistemului TP-D.

Grupul de tiristoare T1 — T6 funcționează ca redresor la ridicare și ca invertor la coborârea sarcinilor grele, deoarece direcția curentului în circuitul armăturii motorului pentru aceste moduri este aceeași. Al doilea grup de tiristoare T7 — ​​T12, care furnizează direcția opusă curentului de armătură, funcționează ca un redresor în timpul opririi și în moduri tranzitorii de pornire a motorului pentru coborârea frânelor, ca un invertor la oprirea în procesul de ridicare. încărcături sau cârlig.

Spre deosebire de mecanismele pentru deplasarea macaralelor, unde grupurile de tiristoare trebuie să fie aceleași, pentru mecanismele de ridicare, puterea tiristoarelor din al doilea grup poate fi luată mai puțin decât primul, deoarece curentul motorului în timpul opririi este foarte mai mic decât atunci când ridicați și coborâți grele. încărcături.

Reglarea tensiunii redresate a convertorului tiristor (TC) se realizează utilizând un sistem de control semiconductor impuls-fază format din două blocuri SIFU-1 și SIFU-2 (Fig. 1), fiecare dintre ele furnizează două impulsuri de aprindere corespunzătoare. tiristor compensat cu 60 °.

Pentru a simplifica sistemul de control și a crește fiabilitatea acționării electrice, această schemă folosește controlul coordonat al TP reversibil. Pentru aceasta, caracteristicile de management și sistemele de management ale celor două grupuri trebuie să fie strâns legate. Dacă impulsurile de deblocare sunt furnizate tiristoarelor T1 - T6, oferind modul de funcționare corectiv al acestui grup, atunci impulsurile de deblocare sunt furnizate tiristoarelor T7 - ​​​​T12, astfel încât acest grup să fie pregătit pentru funcționare de către invertor.

Unghiurile de control α1 și α2 pentru orice mod de funcționare al TP trebuie modificate astfel încât tensiunea medie a grupului de redresor să nu depășească tensiunea grupului de invertor, adică. dacă această condiție nu este îndeplinită, atunci curentul de egalizare redresat va circula între cele două grupuri de tiristoare, care încarcă suplimentar supapele și transformatorul și poate provoca și declanșarea protecției.

Cu toate acestea, chiar și cu potrivirea corectă a unghiurilor de control α1 și α2 de la tiristoarele grupurilor de redresor și invertor, fluxul unui curent de egalizare alternativ este posibil datorită inegalității valorilor instantanee ale tensiunilor UαB. și UαI. Pentru a limita acest curent de egalizare, se folosesc reactoare de egalizare 1UR și 2UR.

Curentul de armătură al motorului trece întotdeauna printr-unul dintre reactoare, datorită căruia ondulațiile acestui curent sunt reduse, iar reactorul în sine este parțial saturat. Al doilea reactor, prin care curge în prezent doar curentul de egalizare, rămâne nesaturat și limitează iyp.

Acționarea macaralei electrice cu tiristoare are un sistem de control cu ​​o singură buclă (CS) realizat folosind un amplificator magnetic de însumare reversibil de mare viteză SMUR, care este alimentat de un generator de tensiune dreptunghiular cu o frecvență de 1000 Hz. În prezența unei pene de curent, un astfel de sistem de control permite obținerea de caracteristici statice satisfăcătoare și de înaltă calitate a proceselor tranzitorii.

Sistemul de control al acționării electrice conține feedback negativ pentru tensiunea și curentul intermitent al motorului, precum și un feedback pozitiv slab pentru tensiunea Ud.Semnalul din circuitul bobinelor de antrenare SMUR este determinat de diferența dintre tensiunea de referință Uc provenită de la rezistența R4 și tensiunea de reacție αUd preluată de la potențiometrul POS. Valoarea și polaritatea semnalului de comandă, care determină viteza și direcția de rotație a unității, este reglată de controlerul KK.

Tensiunea inversă Ud este întreruptă folosind diode Zener de siliciu conectate în paralel cu înfășurările principale SMUR. Dacă diferența de tensiune Ud — aUd este mai mare decât Ust.n, atunci diodele zener conduc curentul și tensiunea bobinelor de control devine egală cu Uz.max = Ust.n.

Din acest moment, modificarea semnalului aUd la scădere nu afectează curentul din înfășurările principale ale SMUR, adică. feedback-ul negativ pentru tensiunea Ud nu funcționează, ceea ce se întâmplă de obicei la curenții motorului Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n.

Dacă semnalul de feedback aUd se apropie de semnalul de referință Uz, atunci tensiunea de pe diodele zener devine mai mică decât Ust.n și curentul nu trece prin ele. Curentul din înfășurările principale ale SMUR va fi determinat de diferența de tensiune U3 — aUd și în acest caz intră în joc feedback-ul negativ al tensiunii.

Semnalul de feedback negativ de curent este preluat din două grupuri de transformatoare de curent TT1 - TT3 și TT4 - TT8, care lucrează cu grupuri de tiristoare T1 - T6 și, respectiv, T7 - ​​​​​​T12. În întrerupătorul de curent BTO se redresează tensiunea alternativă trifazată U2TT ≡ Id obținută pe rezistențele R, iar prin diodele zener, care acționează ca tensiune de referință, semnalul Uto.s este alimentat înfășurărilor de curent ale SMUR. , scăzând rezultatul rezultat la intrarea amplificatorului.Aceasta reduce tensiunea convertizorului Ud și limitează curentul Id circuitului de armătură în modurile static și dinamic.

Pentru a obține un factor de umplere ridicat al caracteristicilor mecanice ω = f (M) ale acționării electrice și pentru a menține o accelerație (decelerație) constantă în modurile tranzitorii, pe lângă conexiunile enumerate mai sus, se aplică un feedback pozitiv în circuit prin tensiune.

Factorul de câștig al acestei conexiuni este ales kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. în conformitate cu secțiunea inițială a caracteristicii Ud = f (Uy) a convertorului, dar cu un ordin mai mic decât coeficientul α al feedback-ului negativ asupra Ud. Efectul acestei relații se manifestă în principal în zona de discontinuitate actuală, oferind secțiuni abrupte ale caracteristicii.

În fig. 2, a prezintă caracteristicile statice ale motorului de ridicare pentru diferite valori ale tensiunii de referință U3 corespunzătoare diferitelor poziții ale controlerului.

Ca o primă aproximare, se poate presupune că în modurile de tranziție de pornire, inversare și oprire, punctul de funcționare în axele de coordonate ω = f (M) se deplasează de-a lungul caracteristicii statice. Apoi accelerația sistemului:

unde ω este viteza unghiulară, Ma este momentul dezvoltat de motor, Mc este momentul de rezistență al sarcinii în mișcare, ΔMc este momentul pierderilor în roți dințate, J este momentul de inerție redus la arborele motorului.

Dacă ignorăm pierderile de transmisie, atunci condiția pentru egalitatea accelerației la pornirea motorului în sus și în jos, precum și la oprirea din sus și în jos este egalitatea momentelor dinamice ale acționării electrice, adică Mdin.p = Mdin.s.Pentru a îndeplini această condiție, caracteristicile statice ale motorului de ridicare trebuie să fie asimetrice față de axa vitezei (Mstop.p> Mstop.s) și să aibă un front abrupt în zona valorii momentului de frânare (Fig. 2, a) .

Orez. 2. Caracteristici mecanice ale acționării electrice conform sistemului TP-D: a — mecanism de ridicare, b — mecanism de mișcare.

Pentru antrenările mecanismelor de deplasare a macaralei trebuie luată în considerare natura reactivă a momentului de rezistență, care nu depinde de direcția de mers. La aceeași valoare a cuplului motorului, cuplul de rezistență reactivă va încetini procesul de pornire și va accelera procesul de oprire al unității.

Pentru a elimina acest fenomen, care poate duce la patinarea roților motrice și la uzura rapidă a transmisiilor mecanice, este necesar să se mențină accelerații aproximativ constante în timpul pornirii, marșarierului și opririi în mecanismele de antrenare. Acest lucru se realizează prin obținerea caracteristicilor statice ω = f (M) prezentate în Fig. 2, b.

Tipurile specificate de caracteristici mecanice ale acționării electrice pot fi obținute prin variarea corespunzătoare a coeficienților de reacție de curent negativ Id și reacție de tensiune pozitivă Ud.

Schema completă de control a acționării electrice controlate cu tiristoare a macaralei rulante include toate conexiunile de interblocare și circuitele de protecție care sunt discutate în diagramele prezentate mai devreme.

Atunci când utilizați TP în acționarea electrică a mecanismelor macaralei, trebuie acordată atenție sursei de alimentare a acestora.Natura semnificativă nesinusoidală a curentului consumat de convertoare determină distorsiunea formei de undă a tensiunii la intrarea convertorului. Aceste distorsiuni afectează funcționarea secțiunii de putere a convertizorului și a sistemului de control al fazei impulsului (SPPC). Distorsiunea formei de undă a tensiunii de linie cauzează o subutilizare semnificativă a motorului.

Distorsiunea tensiunii de alimentare are un efect puternic asupra SPPD, mai ales în absența filtrelor de intrare. În unele cazuri, aceste distorsiuni pot face ca tiristoarele să se deschidă complet aleatoriu. Acest fenomen poate fi cel mai bine eliminat prin alimentarea SPPHU din cărucioare separate conectate la un transformator care nu are sarcină de redresor.

Modalitățile posibile de utilizare a tiristoarelor pentru a controla viteza motoarelor asincrone sunt foarte diverse - acestea sunt convertoare de frecvență tiristoare (invertoare autonome), regulatoare de tensiune a tiristoarelor incluse în circuitul statorului, regulatoare de impuls de rezistență și curenți în circuitele electrice etc.

În acționările electrice ale macaralei, se folosesc în principal regulatoare de tensiune tiristoare și regulatoare de impuls, ceea ce se datorează simplității și fiabilității lor relative.Cu toate acestea, utilizarea fiecăruia dintre aceste regulatoare separat nu îndeplinește pe deplin cerințele pentru acționările electrice ale mecanismelor macaralei.

De fapt, atunci când în circuitul rotor al unui motor cu inducție este utilizat doar un regulator de rezistență la impuls, este posibil să se asigure o zonă de reglare limitată de natural și corespunzătoare caracteristicilor mecanice ale reostatului de impedanță, adică.zona de reglare corespunde regimului motor si regimului de opozitie cu umplere incompleta I si IV sau III si II cadrane ale planului caracteristicilor mecanice.

Utilizarea unui regulator de tensiune tiristor, în special unul reversibil, asigură practic o zonă de control al vitezei care acoperă întreaga porțiune de lucru a planului M, ω de la -ωn la + ωn și de la — Mk la + Mk. Cu toate acestea, în acest caz, vor exista pierderi semnificative de alunecare în motorul în sine, ceea ce duce la necesitatea de a supraestima în mod semnificativ puterea instalată și, în consecință, dimensiunile sale.

În acest sens, sunt create sisteme de acționare electrică asincronă pentru mecanismele macaralei, în care motorul este controlat printr-o combinație de reglare în impulsuri a rezistenței în rotor și modificări ale tensiunii furnizate statorului. Aceasta completează cele patru cadrane ale performanței mecanice.

O diagramă schematică a unui astfel de control combinat este prezentată în Fig. 3. Circuitul rotorului include un circuit de control al impulsului de rezistență în circuitul de curent redresat. Parametrii circuitului sunt selectați pentru a asigura funcționarea motorului în cadranele I și III în zonele dintre reostat și caracteristicile naturale (în Fig. 4, umbrite cu linii verticale).

Orez. 3. Diagrama unei macarale electrice cu un regulator tiristor al tensiunii statorice și controlul impulsului rezistenței rotorului.

Pentru controlul vitezei în zonele dintre caracteristicile reostatului și axa vitezei umbrite de linii orizontale din fig. 4, precum și pentru inversarea motorului, se folosește un regulator de tensiune a tiristoarelor, format din perechi de tiristoare anti-paralele 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.Schimbarea tensiunii furnizate statorului se realizează prin ajustarea unghiului de deschidere al perechilor de tiristoare 1-2, 6-7, 11-12-pentru un sens de rotație și 4-5, 6-7, 8-9-pentru alte Directia rotatiei.

Orez. 4. Reguli pentru controlul combinat al unui motor cu inducție.

Pentru a obține caracteristici mecanice rigide și pentru a limita cuplurile motorului, circuitul oferă feedback de viteză și curent redresat al rotorului furnizat de un tahogenerator TG și un transformator DC (amplificator magnetic) ​​TPT

Este mai ușor să umpleți întreg cadranul I prin conectarea unui condensator cu rezistența R1 în serie (Fig. 3). În acest caz, rezistența echivalentă în curentul rotorului redresat poate varia de la zero la infinit și astfel curentul rotorului poate fi controlat de la valoarea maximă la zero.

Gama de reglare a vitezei motorului într-o astfel de schemă se extinde la axa ordonatelor, dar valoarea capacității condensatorului se dovedește a fi foarte semnificativă.

Pentru a umple întreg cadranul I la valori mai mici ale capacității, rezistența rezistorului R1 este împărțită în pași separate. În prima etapă se introduce succesiv capacitatea, care este pornită la curenți scăzuti. Treptele sunt îndepărtate printr-o metodă cu impulsuri, urmată de un scurtcircuit al fiecăruia dintre ei prin tiristoare sau contactoare. Umplerea întregului cadran I poate fi obținută și prin combinarea modificărilor pulsate ale rezistenței cu funcționarea pulsată a motorului. O astfel de schemă este prezentată în fig. 5.

În zona dintre axa vitezei și caracteristica reostatului (Fig. 4), motorul funcționează în regim de impuls.În același timp, impulsurile de control nu sunt furnizate tiristorului T3 și acesta rămâne închis tot timpul. Circuitul care realizează modul de impuls al motorului este format dintr-un tiristor de lucru T1, un tiristor auxiliar T2, un condensator de comutare C și rezistențele R1 și R2. Când tiristorul T1 este deschis, curentul trece prin rezistorul R1. Condensatorul C este încărcat la o tensiune egală cu căderea de tensiune pe R1.

Când un impuls de control este aplicat tiristorului T2, tensiunea condensatorului este aplicată în direcția opusă tiristorului T1 și îl închide. În același timp, condensatorul este în curs de reîncărcare. Prezența inductanței motorului duce la faptul că procesul de reîncărcare a condensatorului este de natură oscilativă, drept urmare tiristorul T2 se închide singur fără a da semnale de control, iar circuitul rotorului se dovedește a fi deschis. Apoi se aplică un impuls de control tiristorului T1 și toate procesele sunt repetate din nou.

Orez. 5. Schema de control combinat cu impulsuri a unui motor asincron

Astfel, odată cu furnizarea periodică a semnalelor de control către tiristoare, pentru o parte a perioadei, în rotor curge un curent, determinat de rezistența rezistorului R1. În cealaltă parte a perioadei, circuitul rotorului se dovedește a fi deschis, cuplul dezvoltat de motor este zero, iar punctul său de funcționare este pe axa vitezei. Prin modificarea duratei relative a tiristorului T1 în perioada, se poate obține valoarea medie a cuplului dezvoltat de motor de la zero la valoarea maximă corespunzătoare funcționării caracteristicii reostat atunci când rotorul R1 este introdus în circuit

Prin utilizarea diferitelor feedback-uri, este posibil să se obțină caracteristici de tipul dorit în regiunea dintre axa vitezei și caracteristica reostatului. Tranziția către regiunea dintre reostat și caracteristicile naturale necesită ca tiristorul T2 să rămână închis în orice moment și tiristorul T1 să rămână deschis în orice moment. Prin scurtcircuitarea rezistenței R1 folosind un comutator cu tiristorul principal T3, este posibilă schimbarea fără probleme a rezistenței din circuitul rotorului de la valoarea R1 la 0, oferind astfel o caracteristică naturală a motorului.

Modul de impuls al motorului comutat în circuitul rotorului poate fi realizat și în modul de frânare dinamică. Folosind diferite feedback-uri, în acest caz, în cadranul II, se pot obține caracteristicile mecanice dorite. Cu ajutorul schemei de control logic, este posibil să se efectueze o tranziție automată a motorului de la un mod la altul și să se umple toate cadranele caracteristicilor mecanice.