Automātiska celtņa mehānismu elektriskā piedziņa ar tiristoru vadību

Mūsdienu celtņu mehānismu elektriskās piedziņas sistēmas galvenokārt tiek realizētas, izmantojot asinhronos motorus, kuru ātrumu kontrolē ar releja-kontaktora metodi, ieviešot pretestības rotora ķēdē. Šādām elektriskajām piedziņām ir mazs ātruma regulēšanas diapazons, un tās iedarbināšanas un apstāšanās laikā rada lielus sitienus un paātrinājumus, kas negatīvi ietekmē celtņa konstrukcijas veiktspēju, noved pie kravas šūpošanās un ierobežo šādu sistēmu izmantošanu celtņiem ar paaugstinātu augstumu un pacelšanu. jauda .

Jaudas pusvadītāju tehnoloģijas attīstība ļauj ieviest principiāli jaunus risinājumus celtņu iekārtu automatizētās elektriskās piedziņas struktūrā. Pašlaik torņa celtņu un tilta celtņu pacelšanas un pārvietošanas mehānismos - TP sistēma - D, tiek izmantota regulējama elektriskā piedziņa ar līdzstrāvas motoriem, ko darbina jaudīgi tiristoru pārveidotāji.

Motora apgriezienu skaits šādās sistēmās tiek regulēts diapazonā (20 ÷ 30): I, mainot armatūras spriegumu. Tajā pašā laikā pārejas procesu laikā sistēma nodrošina paātrinājumu un sitienu iegūšanu noteikto normu ietvaros.

Labas regulēšanas īpašības izpaužas arī asinhronajā elektriskajā piedziņā, kad asinhronā motora (AM) statora ķēdei ir pievienots tiristoru pārveidotājs. Motora statora sprieguma maiņa slēgtā ACS ļauj ierobežot palaišanas griezes momentu, panākt vienmērīgu piedziņas paātrinājumu (palēninājumu) un nepieciešamo ātruma regulēšanas diapazonu.

Tiristoru pārveidotāju izmantošana celtņu mehānismu automatizētajā elektriskajā piedziņā arvien vairāk tiek izmantota vietējā un ārvalstu praksē. Lai iepazītos ar šādu instalāciju darbības principu un iespējām, īsi pakavēsimies pie diviem līdzstrāvas un maiņstrāvas motoru vadības shēmu variantiem.

attēlā. 1. attēlā parādīta tilta celtņa pacelšanas mehānisma neatkarīgi ierosināta līdzstrāvas motora tiristoru vadības shematiska diagramma. Motora armatūru baro reversīvs tiristoru pārveidotājs, kas sastāv no jaudas transformatora Tr, kas kalpo pārveidotāja sprieguma un slodzes saskaņošanai, divām tiristoru grupām T1 — T6 un T7 —​​ ​​​​​​​​​​​, izlīdzināšanas reaktori 1UR un 2UR, kas abi ir izlīdzināšanas reaktori, kas padarīti nepiesātināti .

Rīsi. 1. Celtņa elektriskās piedziņas shēma pēc TP-D sistēmas.

Tiristoru grupa T1 — T6 darbojas kā taisngriezis pacelšanas laikā un invertors, nolaižot lielas slodzes, jo strāvas virziens motora armatūras ķēdē šiem režīmiem ir vienāds. Otrā tiristoru grupa T7-T12, kas nodrošina pretēju armatūras strāvas virzienu, darbojas kā taisngriezis izslēgšanas laikā un īslaicīgos motora palaišanas režīmos bremžu nolaišanai, kā invertors, apstājoties celšanas procesā. kravas vai āķis.

Atšķirībā no celtņu pārvietošanas mehānismiem, kur tiristoru grupām jābūt vienādām, pacelšanas mehānismiem otrās grupas tiristoru jaudu var ņemt mazāk nekā pirmo, jo motora strāva izslēgšanas laikā ir ļoti mazāka nekā paceļot un nolaižot smagos. slodzes.

Tiristoru pārveidotāja (TC) rektificētā sprieguma regulēšana tiek veikta, izmantojot pusvadītāju impulsu fāzes vadības sistēmu, kas sastāv no diviem blokiem SIFU-1 un SIFU-2 (1. att.), no kuriem katrs piegādā divus aizdedzes impulsus attiecīgajam. tiristoru nobīde par 60 °.

Lai vienkāršotu vadības sistēmu un palielinātu elektriskās piedziņas uzticamību, šī shēma izmanto koordinētu reversīvās TP vadību. Šim nolūkam abu grupu vadības raksturlielumiem un vadības sistēmām jābūt cieši saistītām. Ja atbloķēšanas impulsi tiek piegādāti tiristoriem T1-T6, nodrošinot šīs grupas koriģējošo darbības režīmu, tad atbloķēšanas impulsi tiek piegādāti tiristoriem T7-T12, lai šī grupa būtu sagatavota darbībai ar invertora palīdzību.

Kontroles leņķi α1 un α2 jebkuriem TP darbības režīmiem jāmaina tā, lai taisngriežu grupas vidējais spriegums nepārsniegtu invertora grupas spriegumu, t.i. ja šis nosacījums nav izpildīts, tad starp abām tiristoru grupām plūdīs rektificētā izlīdzinošā strāva, kas papildus noslogo vārstus un transformatoru un var izraisīt arī aizsardzības atslēgšanos.

Tomēr pat ar pareizu vadības leņķu α1 un α2 saskaņošanu no taisngrieža un invertora grupu tiristoriem, mainīgas izlīdzināšanas strāvas plūsma ir iespējama sprieguma UαB momentāno vērtību nevienlīdzības dēļ. un UαI. Lai ierobežotu šo izlīdzināšanas strāvu, tiek izmantoti izlīdzināšanas reaktori 1UR un 2UR.

Motora armatūras strāva vienmēr iet caur vienu no reaktoriem, kā rezultātā samazinās šīs strāvas viļņi, un pats reaktors ir daļēji piesātināts. Otrs reaktors, caur kuru pašlaik plūst tikai izlīdzinošā strāva, paliek nepiesātināts un ierobežo iyp.

Tiristoru elektriskā celtņa piedziņai ir vienas cilpas vadības sistēma (CS), kas izgatavota, izmantojot ātrgaitas atgriezenisku summēšanas magnētisko pastiprinātāju SMUR, kuru baro taisnstūrveida sprieguma ģenerators ar frekvenci 1000 Hz. Strāvas padeves pārtraukuma gadījumā šāda vadības sistēma ļauj iegūt apmierinošus statiskos parametrus un augstu pārejas procesu kvalitāti.

Elektriskās piedziņas vadības sistēma satur negatīvu atgriezenisko saiti par neregulāru motora spriegumu un strāvu, kā arī vāju pozitīvu atgriezenisko saiti spriegumam Ud.Signālu SMUR piedziņas spoļu ķēdē nosaka starpība starp atsauces spriegumu Uc, kas nāk no rezistora R4, un atgriezeniskās saites spriegumu αUd, kas ņemts no POS potenciometra. Komandas signāla vērtību un polaritāti, kas nosaka piedziņas ātrumu un griešanās virzienu, regulē KK kontrolleris.

Reversais spriegums Ud tiek nogriezts, izmantojot silīcija zenera diodes, kas savienotas paralēli SMUR galvenajiem tinumiem. Ja sprieguma starpība Ud — aUd ir lielāka par Ust.n, tad Zenera diodes vada strāvu un vadības spoļu spriegums kļūst vienāds ar Uz.max = Ust.n.

No šī brīža signāla aUd izmaiņas uz samazināšanos neietekmē strāvu SMUR galvenajos tinumos, t.i. nedarbojas negatīvā atgriezeniskā saite spriegumam Ud, kas parasti notiek pie motora strāvām Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n.

Ja atgriezeniskās saites signāls aUd tuvojas atsauces signālam Uz, tad Zener diodēs spriegums kļūst mazāks par Ust.n un strāva caur tām neplūst. Strāvu SMUR galvenajos tinumos noteiks sprieguma starpība U3 — aUd, un šajā gadījumā tiek izmantota negatīvā sprieguma atgriezeniskā saite.

Negatīvās strāvas atgriezeniskās saites signāls tiek ņemts no divām strāvas transformatoru grupām TT1 — TT3 un TT4 — TT8, kas strādā attiecīgi ar tiristoru grupām T1 — T6 un T7 — T12. BTO strāvas pārtrauktājā uz rezistoriem R iegūtais trīsfāzu maiņspriegums U2TT ≡ Id tiek iztaisnots, un caur zenera diodēm, kas darbojas kā atsauces spriegums, signāls Uto.s tiek padots uz SMUR strāvas tinumiem. , pazeminot iegūto rezultātu pastiprinātāja ieejā.Tas samazina pārveidotāja spriegumu Ud un ierobežo armatūras ķēdes strāvu Id statiskā un dinamiskā režīmā.

Lai iegūtu augstu elektriskās piedziņas mehānisko raksturlielumu aizpildījuma koeficientu ω = f (M) un saglabātu nemainīgu paātrinājumu (palēninājumu) pārejas režīmos, papildus iepriekš uzskaitītajiem savienojumiem tiek pielietota pozitīva atgriezeniskā saite. ķēde pēc sprieguma.

Šī savienojuma pastiprinājuma koeficients ir izvēlēts kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. saskaņā ar pārveidotāja raksturlieluma Ud = f (Uy) sākumdaļu, bet ar secību, kas ir mazāka par Ud negatīvās atgriezeniskās saites koeficientu α. Šo attiecību ietekme galvenokārt izpaužas pašreizējā pārrāvuma zonā, nodrošinot objekta straujas iegremdēšanas sadaļas.

attēlā. 2, a parāda pacēlāja piedziņas statiskos raksturlielumus dažādām atsauces sprieguma U3 vērtībām, kas atbilst dažādām regulatora pozīcijām.

Kā pirmo tuvinājumu var pieņemt, ka pārejas režīmos starts, reverss un stop, darbības punkts koordinātu asīs ω = f (M) pārvietojas pa statisko raksturlielumu. Tad sistēmas paātrinājums:

kur ω ir leņķiskais ātrums, Ma ir motora izstrādātais moments, Mc ir kustīgās slodzes pretestības moments, ΔMc ir zudumu moments zobratos, J ir inerces moments, kas samazināts līdz motora vārpstai.

Ja ignorējam transmisijas zudumus, tad paātrinājuma vienlīdzības nosacījums, iedarbinot dzinēju uz augšu un uz leju, kā arī apstājoties no augšas un lejas, ir elektriskās piedziņas dinamisko momentu vienādība, tas ir, Mdin.p = Mdin.s.Lai izpildītu šo nosacījumu, pacēlāja piedziņas statiskajiem raksturlielumiem jābūt asimetriskiem attiecībā pret ātruma asi (Mstop.p> Mstop.s) un ar stāvu priekšpusi bremzēšanas momenta vērtības apgabalā (2. att., a) .

Rīsi. 2. Elektriskās piedziņas mehāniskie raksturlielumi pēc TP-D sistēmas: a — pacelšanas mehānisms, b — kustības mehānisms.

Celtņa kustības mehānismu piedziņām jāņem vērā pretestības momenta reaktīvais raksturs, kas nav atkarīgs no braukšanas virziena. Pie tādas pašas motora griezes momenta vērtības reaktīvās pretestības griezes moments palēninās palaišanas procesu un paātrinās piedziņas apturēšanas procesu.

Lai novērstu šo parādību, kas var izraisīt dzenošo riteņu slīdēšanu un ātru mehānisko transmisiju nodilumu, braukšanas mehānismos ir jāuztur aptuveni nemainīgs paātrinājums iedarbināšanas, atpakaļgaitas un apstāšanās laikā. To panāk, iegūstot statiskos raksturlielumus ω = f (M), kas parādīti attēlā. 2, b.

Norādītos elektriskās piedziņas mehānisko raksturlielumu veidus var iegūt, attiecīgi mainot negatīvās strāvas atgriezeniskās saites Id un pozitīvās sprieguma atgriezeniskās saites Ud koeficientus.

Pilna gaisvadu celtņa tiristoru vadītās elektriskās piedziņas vadības shēma ietver visus bloķējošos savienojumus un aizsardzības shēmas, kas ir apskatītas iepriekš sniegtajās diagrammās.

Izmantojot TP celtņa mehānismu elektriskajā piedziņā, jāpievērš uzmanība to barošanas avotam.Pārveidotāju patērētās strāvas ievērojamā nesinusoidālā daba izraisa sprieguma viļņu formas izkropļojumus pārveidotāja ieejā. Šie kropļojumi ietekmē pārveidotāja jaudas sekcijas un impulsa fāzes kontroles (SPPC) sistēmas darbību. Līnijas sprieguma viļņu formas izkropļojumi izraisa ievērojamu motora nepietiekamu izmantošanu.

Barošanas sprieguma kropļojumi spēcīgi ietekmē SPPD, īpaši, ja nav ieejas filtru. Dažos gadījumos šie izkropļojumi var izraisīt tiristoru nejaušu pilnīgu atvēršanos. Šo parādību vislabāk var novērst, barojot SPPHU no atsevišķiem ratiņiem, kas savienoti ar transformatoru, kuram nav taisngrieža slodzes.

Iespējamie tiristoru izmantošanas veidi asinhrono motoru ātruma regulēšanai ir ļoti dažādi - tie ir tiristoru frekvences pārveidotāji (autonomie invertori), tiristoru sprieguma regulatori, kas iekļauti statora ķēdē, pretestības un strāvas impulsu regulatori elektriskajās ķēdēs utt.

Celtņu elektriskajās piedziņās galvenokārt tiek izmantoti tiristoru sprieguma regulatori un impulsu regulatori, kas ir saistīts ar to relatīvo vienkāršību un uzticamību, tomēr katra no šiem regulatoriem atsevišķi netiek pilnībā izpildītas celtņa mehānismu elektriskās piedziņas prasības.

Faktiski, ja asinhronā motora rotora ķēdē tiek izmantots tikai impulsa pretestības regulators, ir iespējams nodrošināt regulēšanas zonu, ko ierobežo dabiska un atbilst pretestības reostata mehāniskajām īpašībām, t.i.regulēšanas zona atbilst motora režīmam un opozīcijas režīmam ar nepilnīgu mehānisko raksturlielumu plaknes I un IV vai III un II kvadrantu aizpildīšanu.

Tiristora sprieguma regulatora, īpaši reversīvā, izmantošana pamatā nodrošina ātruma kontroles zonu, kas aptver visu plaknes M darba daļu, ω no -ωn līdz + ωn un no — Mk līdz + Mk. Tomēr šajā gadījumā pašā dzinējā būs ievērojami slīdēšanas zudumi, kas rada nepieciešamību ievērojami pārvērtēt tā uzstādīto jaudu un attiecīgi tā izmērus.

Saistībā ar to tiek izveidotas asinhronās elektriskās piedziņas sistēmas celtņu mehānismiem, kur motoru vada, kombinējot rotora pretestības impulsu regulēšanu un statoram pievadītā sprieguma izmaiņas. Tas aizpilda četrus mehāniskās veiktspējas kvadrantus.

Šādas kombinētās vadības shematiska diagramma ir parādīta attēlā. 3. Rotora ķēde ietver pretestības impulsa vadības ķēdi taisnās strāvas ķēdē. Ķēdes parametri ir izvēlēti tā, lai nodrošinātu motora darbību I un III kvadrantā apgabalos starp reostatu un dabiskajiem raksturlielumiem (4. att. iekrāsots ar vertikālām līnijām).

Rīsi. 3. Celtņa elektriskās piedziņas diagramma ar tiristoru statora sprieguma regulatoru un rotora pretestības impulsu kontroli.

Lai kontrolētu ātrumu zonās starp reostata raksturlielumiem un ātruma asi, kas iekrāsotas ar horizontālām līnijām attēlā. 4, kā arī motora apgriešanai tiek izmantots tiristoru sprieguma regulators, kas sastāv no pretparalēlu tiristoru pāriem 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.Statoram piegādātā sprieguma maiņa tiek veikta, regulējot tiristoru pāru atvēršanas leņķi 1-2, 6-7, 11-12-vienam griešanās virzienam un 4-5, 6-7, 8-9-citam. griešanās virziens.

Rīsi. 4. Asinhronā motora kombinētās vadības noteikumi.

Lai iegūtu stingrus mehāniskos raksturlielumus un ierobežotu motora griezes momentus, ķēde nodrošina ātruma un rektificētas rotora strāvas atgriezenisko saiti, ko nodrošina TG tahoģenerators un līdzstrāvas transformators (magnētiskais pastiprinātājs) TPT

Vienkāršāk ir aizpildīt visu I kvadrantu, virknē pieslēdzot kondensatoru ar pretestību R1 (3. att.). Šajā gadījumā līdzvērtīgā pretestība rektificētajā rotora strāvā var mainīties no nulles līdz bezgalībai, un tādējādi rotora strāvu var kontrolēt no maksimālās vērtības līdz nullei.

Motora ātruma regulēšanas diapazons šādā shēmā sniedzas līdz ordinātu asij, bet kondensatora kapacitātes vērtība izrādās ļoti nozīmīga.

Lai aizpildītu visu I kvadrantu pie zemākām kapacitātes vērtībām, rezistora R1 pretestība ir sadalīta atsevišķos posmos. Pirmajā posmā secīgi tiek ieviesta kapacitāte, kas tiek ieslēgta pie zemām strāvām. Pakāpieni tiek noņemti ar impulsa metodi, kam seko katra no tām īssavienojums caur tiristoriem vai kontaktoriem. Visa I kvadranta piepildīšanu var iegūt arī kombinējot impulsa pretestības izmaiņas ar dzinēja impulsu darbību. Šāda shēma ir parādīta attēlā. 5.

Apgabalā starp ātruma asi un reostata raksturlielumu (4. att.) motors darbojas impulsa režīmā.Tajā pašā laikā tiristoram T3 netiek piegādāti vadības impulsi, un tas visu laiku paliek aizvērts. Shēma, kas realizē motora impulsa režīmu, sastāv no strādājoša tiristora T1, palīgtiristora T2, komutācijas kondensatora C un rezistoriem R1 un R2. Kad tiristors T1 ir atvērts, strāva plūst caur rezistoru R1. Kondensators C tiek uzlādēts līdz spriegumam, kas vienāds ar sprieguma kritumu R1.

Kad tiristoram T2 tiek pievadīts vadības impulss, kondensatora spriegums tiek pievadīts pretējā virzienā pret tiristoru T1 un tas aizveras. Tajā pašā laikā kondensators tiek uzlādēts. Motora induktivitātes klātbūtne noved pie tā, ka kondensatora uzlādes procesam ir svārstīgs raksturs, kā rezultātā tiristors T2 aizveras pats par sevi, nedodot vadības signālus, un rotora ķēde izrādās atvērta. Pēc tam tiristoram T1 tiek ievadīts vadības impulss un visi procesi tiek atkārtoti.

Rīsi. 5. Asinhronā dzinēja impulsu kombinētās vadības shēma

Tādējādi, periodiski padodot vadības signālus tiristoriem, kādu perioda daļu rotorā plūst strāva, ko nosaka rezistora R1 pretestība. Perioda otrajā daļā rotora ķēde izrādās atvērta, motora izstrādātais griezes moments ir nulle, un tā darbības punkts atrodas uz ātruma ass. Mainot tiristora T1 relatīvo ilgumu laika periodā, ir iespējams iegūt vidējo motora izstrādātā griezes momenta vērtību no nulles līdz maksimālajai vērtībai, kas atbilst reostata raksturlīknes darbībai, kad rotors R1 tiek ievadīts ķēde

Izmantojot dažādas atgriezeniskās saites, ir iespējams iegūt vēlamā tipa raksturlielumus reģionā starp ātruma asi un reostata raksturlielumu. Pārejai uz reģionu starp reostatu un dabiskajiem raksturlielumiem ir nepieciešams, lai tiristors T2 vienmēr būtu aizvērts un tiristors T1 vienmēr būtu atvērts. Īssavienojot pretestību R1, izmantojot slēdzi ar galveno tiristoru T3, ir iespējams vienmērīgi mainīt pretestību rotora ķēdē no vērtības R1 uz 0, tādējādi nodrošinot dabisku motora raksturlielumu.

Komutētā motora impulsu režīmu rotora ķēdē var veikt arī dinamiskā bremzēšanas režīmā. Izmantojot dažādas atgriezeniskās saites, šajā gadījumā II kvadrantā var iegūt vēlamos mehāniskos raksturlielumus. Ar loģiskās vadības shēmas palīdzību iespējams veikt automātisku dzinēja pāreju no viena režīma uz otru un aizpildīt visus mehānisko raksturlielumu kvadrantus.