Тема 4

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок
Ткань АНАМс
домтехтканей.рф

ПРИМЕРЫ СХЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА МАШИН,

УПРАВЛЯЕМЫХ ОПЕРАТОРОМ

 

          Электропривод подъемных кранов. Требования к электроприводу основных механизмов кранов. Обзор применяемых систем электропривода крановых механизмов. Контроллерное управление электроприводом крановых механизмов, силовые и магнитные контроллеры. Примеры схем с силовыми и магнитными контроллерами.

          Электропривод одноковшовых экскаваторов. Требования к электроприводу основных механизмов. Унифицированная структура экскаваторного электропривода, ее статические характеристики и динамические свойства. Схемы экскаваторного электропривода с суммирующим усилителем. Примеры схем экскаваторных электроприводов со структурой подчиненного регулирования.

 

Методические указания

 

          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, ограничения механических перегрузок, торможения 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 асинхронный 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 габаритов 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 останове, 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 пропаже 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 силовыми контроллерами просты, надежны, однако имеют значительные габариты 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 их область 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 габариты 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 характеристики на характеристику происходят плавно из-за электромагнитной инерции обмотки возбуждения.

          Основными механизмами одноковшовых экскаваторов являются механизмы 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 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: [Л1, гл.4]; [Л2, гл.2]; [Л3, 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?