Методические указания. Перед изучением схем следует ознакомиться с требованиями, предъявляемыми к крановым электроприводам

 

Перед изучением схем следует ознакомиться с требованиями, предъявляемыми к крановым электроприводам. Главными из них являются обеспечение высокой надежности, минимальной скорости для обеспечения мягкой посадки груза или точной установки механизма, ограничение механических перегрузок, торможение и фиксация рабочего органа в заданном месте.

Крановые механизмы работают в тяжелых условиях, в помещениях и производственных площадках, в которых находятся люди, действующее оборудование. Высокая надежность и сложные функциональные задачи достигаются здесь использованием наиболее простых разомкнутых систем кранового электропривода при ручном управлении. В качестве электропривода, также из соображений простоты и надежности, там, где возможно, используется асинхрон-

ный электропривод с короткозамкнутым или фазным ротором. «Правила устройства и безопасной эксплуатации кранов» предъявляют ко всем схемам управления крановыми электроприводами ряд обязательных требований. К ним относится, прежде всего, защита двигателя от токов короткого замыкания и максимальных токов, защита от минимального напряжения. Среди средств, предотвращающих возникновение аварийных ситуаций, необходимо обязательно использовать автоматическое ограничение хода механизмов; блокировки, предотвращающие столкновение двух тележек или двух кранов, работающих на одних путях; блокировки, автоматически отключающие напряжение при открывании люка для выхода на мост крана и др. Специфичным для контроллерного управления крановыми механизмами является использование блокировки нулевого положения контроллера. Этим исключается пуск двигателя, если контроллер не находится в нулевом положении, т.е. пуск двигателя должен осуществляться с обязательным использованием пусковых характеристик. Для реализации указанных защит и блокировок в некоторых электроприводах используются специальные защитные панели.

Получение регулировочных и пусковых характеристик, пониженных скоростей – основные задачи при построении систем кранового электропривода.

Регулировочные характеристики используются для получения промежуточных скоростей, необходимых при транспортировке грузов, пусковые – для ограничения пусковых моментов при выборе слабин канатов механизмов подъема - спуска, уменьшения колебаний груза при пуске механизмов перемещения (поворота), а также для уменьшения токовых нагрузок.

Пониженная скорость должна быть такой, чтобы оператору, в силу своих физиологических способностей, было удобно сделать мягкую остановку перемещаемого груза в нужном месте при минимальном числе повторных пусков и реверсов. Для получения пониженных скоростей используются различные схемотехнические решения.

Наиболее простым и надежным способом формирования пониженной скорости, как при подъеме, так и спуске, является использование двухдвигательного электропривода. Здесь используется принцип наложения механических характеристик двух соединенных общим валом электрических машин. Основные недостатки способа – увеличение габаритных размеров силового оборудования, повышенные потери на пониженной скорости.

Там, где использование двух машин по каким-либо причинам нежелательно, для получения пониженных скоростей при спуске в асинхронных электроприводах с фазным ротором используется динамическое торможение. Динамическое торможение с самовозбуждением является простым, экономичным и эффективным способом увеличения диапазона регулирования скорости.

Эффективны с точки зрения энергопотребления способы, основанные на изменении синхронной скорости. Наиболее простой из них - переключение числа пар полюсов многоскоростных асинхронных двигателей. Способ широко применяется за счет использования крановых многоскоростных асинхронных двигателей, имеющих на статоре две или три обмотки.

Наиболее перспективным в крановых электроприводах является частотный электропривод с простыми и надежными асинхронными короткозамкнутыми двигателями. Высокая управляемость, отличные статические и динамические качества при экономичном регулировании во всех режимах – главные достоинства частотного электропривода. Однако за счет преобразователя он дороже, сложнее и менее надежен, чем рассмотренные ранее крановые электроприводы.

В настоящее время в наиболее тяжелых условиях, например в металлургическом производстве, используются электроприводы постоянного тока с реостатным управлением. Нашли применение двигатели как независимого, смешанного, так и последовательного возбуждения.

Электродвигатели с последовательным возбуждением в силу особых свойств механических характеристик нашли применение в механизмах подъема

– спуска и даже в механизмах перемещения с реактивным характером нагрузки, работающих в закрытых помещениях. Основные достоинства электропривода с двигателем постоянного тока с последовательным возбуждением: перемещение тяжелых грузов с малой скоростью, легких - с большой; высокая перегрузочная способность, необходимая при подхвате, например, подмерзших или подклиненных грузов; мягкая характеристика на основной скорости, удобная для работы оператора; плавный переход с одной характеристики на другую.

В наиболее ответственных случаях при высоких требованиях к плавности переходных процессов и в отношении регулирования скорости применяется электропривод по системе управляемый преобразователь – двигатель постоянного тока. В качестве управляемого преобразователя используются генераторы или более современные тиристорные преобразователи.

Режимы торможения используются в крановых механизмах при оста-

нове, переходе с более высокой скорости на низкую и при спуске грузов. Для крановых механизмов важно, чтобы в указанных случаях режим торможения включался автоматически. В существующих механизмах торможение осуществляется или с помощью тормозного устройства на валу двигателя (электромеханического тормоза, электрической машины в режиме торможения), или путем перевода основного двигателя в тормозной режим (торможение с самовозбуждением, генераторный режим). Наиболее экономично тормозные режимы реализуются при работе двигателя в генераторном режиме с отдачей энергии в сеть. Электромеханический тормоз является обязательным элементом кранового механизма и выполняет две важные функции – фиксацию рабочего органа в технологическом цикле и при аварийных ситуациях при исчезновении напряжения электрической сети.

Ручное управление электродвигателем крановых механизмов осуществляется с помощью силовых или магнитных контроллеров.

Силовой контроллер представляет собой аппарат, с помощью которого осуществляется коммутация как силовых, так и цепей управления. Схемы с си-

ловыми контроллерами просты, надежны, однако имеют значительные габаритные размеры органов управления, особенно при больших мощностях, и не обеспечивают автоматизацию пусковых и тормозных режимов. Схемы с силовыми контроллерами используются в электроприводах небольшой мощности и ненапряженными режимами работы.

Магнитные контроллеры состоят из командоконтроллера для коммутации цепей управления и магнитного пускателя (или контактора), с помощью которого производится коммутация силовых цепей. Магнитные контроллеры лишены указанных недостатков, поэтому область их применения – электроприводы большой мощности, работающие с частыми пусками, реверсами и торможениями.

В соответствии с характером нагрузки кранового механизма используются симметричные или несимметричные схемы управления. В симметричных схемах, которые используются в механизмах перемещения (поворота) с реактивной нагрузкой, одним и тем же положениям командоконтроллера соответствуют одинаковые схемы включения двигателя в направлении вперед и назад. В несимметричных схемах, используемых в механизмах подъема – спуска с активной нагрузкой, двигатель подключается по-разному при спуске и подъеме.

При изучении конкретных схем необходимо найти те элементы схемы, с помощью которых реализованы указанные выше требования, защитные устройства и блокировки. Изучение работы схемы при каждом положении контроллера следует сопровождать построением соответствующих этому положению характеристик. Важно знать назначение каждой характеристики.

В качестве типовой схемы с силовым контроллером рекомендуется рассмотреть схему с контроллером типа ККТ61А. Эта схема подробно рассматривается в лабораторном курсе при выполнении работы «Асинхронный электропривод кранового механизма с силовым контроллером». В схеме используется симметричное управление, применяемое обычно в механизмах с реактивным характером нагрузки, однако здесь она используется и для механизмов подъема

– спуска. Пониженная скорость при спуске груза может быть получена в данной схеме путем периодического накладывания тормоза при переводе ручки контроллера в нулевое положение. Особенность схемы состоит в несимметричном включении сопротивлений в роторной цепи, что дает возможность уменьшить габаритные размеры контроллера и усилия при управлении. Не нужно путать несимметричное включение сопротивлений с несимметричным управлением. При симметричном управлении и несимметричном включении сопротивлений электродвигатель включается одинаково при положениях вперед (подъем) и назад (спуск), но с разными сопротивлениями в фазах роторной цепи.

При изучении типовых схем управления крановыми механизмами с магнитными контроллерами необходимо вспомнить принципы автоматического управления пуском, торможением и реверсом электродвигателей, рассмотренные в курсе «Системы управления электроприводов».

В качестве типовой схемы управления крановыми механизмами рекомендуется рассмотреть схему магнитного контроллера типа ПС с электродвигателями последовательного возбуждения. Схема предназначена для механизма подъема - спуска и в соответствии с характером нагрузки электропривода имеет несимметричную схему управления. Для получения устойчивых пониженных скоростей здесь используются специальные схемы. При подъеме грузов это схема с шунтированием якоря, при спуске специальная схема, которые получила название «схемы безопасного спуска». Особенность последней схемы состоит в том, что обмотка последовательного возбуждения подключается к якорю двигателя параллельно. Этим достигается высокая жесткость характеристик в тормозном режиме, а значит надежность при спуске грузов. В схеме используется автоматический контроль процессов пуска и торможения. При торможении на останов используется схема динамического торможения с самовозбуждением. Переходы с одной характеристики на другую происходят плавно из-за электромагнитной инерции обмотки возбуждения.

Основными механизмами одноковшовых экскаваторов являются меха-

низмы подъема, напора (тяги) и поворота. Эти механизмы имеют ручное управление. Производственный процесс манипулирования рабочим органом экскаватора аналогичен работе кранового механизма. Однако тяжелые условия эксплуатации электропривода экскаватора, интенсивный повторно-кратковременный режим работы с частыми стопорениями, влияние погрешностей кинематических цепей на динамические режимы, практически автономная сеть значительно ужесточают требования к электроприводу экскаваторов. Самым важным требованием к электроприводу экскаваторов является обеспечение высокой производительности при минимальных нагрузках на механическое и электрическое оборудование. Для выполнения этого общего

требования необходимо, чтобы электропривод обладал следующими свойствами. Механические характеристики электропривода должны иметь экскаваторную форму и обеспечивать надежное ограничение тока и момента во всех режимах. Должно быть обеспечено экономичное регулирование скорости в диапазоне (4 – 6) с автоматическим переходом в генераторный режим и отдачей энергии в сеть при регулировании скорости. Особые требования предъявляются к жесткости характеристики при нулевом положении командоконтроллера, обеспечивающей достаточно малую скорость при спуске ковша в цикле экскавации. Динамические параметры элементов электропривода должны быть такими, чтобы обеспечить минимальную длительность переходных процессов с наложенными ограничениями на токовые и механические перегрузки.

При рассмотрении структур экскаваторных электроприводов нужно четко представлять себе назначение каждого элемента или схемотехнического решения в связи с требованиями, предъявляемыми к электроприводу экскаваторов.

Особое внимание должно быть обращено на способы получения экскаваторных характеристик, апериодических переходных процессов, на методы повышения быстродействия в системе управления электроприводом.

Необходимо четко представлять достоинства и недостатки схем с суммирующим усилителем. Более подробно следует рассмотреть электроприводы со

структурой подчиненного регулирования.

 

Литература: [1, гл. 4]; [2, гл. 2]; [3, гл. 2, 3].

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Сформулируйте основные требования к схемам управления крановыми механизмами. В чем состоит принципиальное отличие контроллеров, предназначенных для механизмов подъема, от контроллеров, предназначенных для механизмов перемещения (поворота)?

2. Рассмотрите механические характеристики двигателя при силовом и тормозном спусках грузов. В чем основные достоинства схемы безопасного спуска?

3. Как обеспечиваются малые скорости опускания грузов в магнитных контроллерах ПС и ТСА? В чем состоят недостатки контроллера ТСА? Как эти недостатки устранены в схеме ТСД-150 и в схеме с тормозным генератором «вихревого» типа?

4. Объясните назначение защитных панелей.

5. Сформулируйте основные требования, предъявляемые к главным электроприводам экскаваторов.

6. Какие системы электропривода находят основное применение на экскаваторах? В чем их достоинства и недостатки?

7. Как получаются экскаваторные характеристики в схемах с суммирующим усилителем и на основе подчиненного регулирования?

8. Как обеспечивается удержание ковша в экскаваторе без наложения механического тормоза?

9. Как осуществляется температурная стабилизация стопорного тока, ограничение максимальных ускорений, повышенная скорость опускания ковша в схемах управления экскаваторами?