АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛЯТОРОМ ДЛЯ БАШЕННЫХ КРАНОВ

Существуют различные системы электроприводов, применяемые на кранах, и все они имеют определённые достоинства и недостатки. Например, простейшая система – электропривод с реостатным регулированием и торможением противовключением. В таких системах, как правило, нет устойчивых посадочных и промежуточных скоростей и большие потери в пуско-тормозных резисторах. Эти электропривода имеют небольшой диапазон регулирования - до 3:1, а КПД составляет около 65 %.   Поэтому целесообразнее использовать динамическое торможение двигателя, которое является простым, экономичным и эффективным способом увеличения диапазона регулирования скорости при спуске грузов и увеличения КПД. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением обеспечивает регулирование скорости за счет изменения напряжения двигателя при постоянной частоте этого напряжения. Электроприводы с таким регулированием перспективны для тех механизмов кранов, где требуется регулирование скорости в диапазоне до 10:1 с обеспечением стабильных посадочных скоростей и где в то же время нет необходимости в повышенных скоростях перемещения легких грузов. Недостатком этого метода является то, что с уменьшением напряжения на статоре, уменьшается    поток    двигателя, что     влечет за собой увеличение потребляемого тока и нагрев двигателя. Крановые электроприводы с преобразователями частоты применяются для механизмов с высокими требованиями к регулированию или производительности, в которых по условиям эксплуатации необходимо или экономически оправдана целесообразность установки короткозамкнутых асинхронных двигателей. Но такие установки получаются весьма дорогими из-за наличия преобразователя частоты [1].

Электроприводы с импульсным регулированием обладают наиболее оптимальными, из всех параметрических систем, энергетическими и регулировочными показателями и не требуют установки тахогенератора. Импульсные регуляторы обеспечивают плавное регулирование активного сопротивления в цепи выпрямленного тока ротора путем включения и отключения с заданной скважностью тиристоров, шунтирующих указанное сопротивление. В схемах с импульсным регулированием, благодаря наличию цепи выпрямленного тока ротора, используется режим динамического торможения с самовозбуждением, что повышает энергетические показатели ЭП. Кроме того, за этим методом управления имеются существенные преимущества, что определяется тенденциями в развитии силовой электроники. Поэтому разработка электроприводов по системе «Асинхронный двигатель – импульсный регулятор сопротивления в роторной цепи» представляет в настоящее время значительный интерес.

Принципиальная схема кранового асинхронного электропривода с тиристорным импульсным регулятором в цепи выпрямленного тока ротора приведена на рис.1.

Суть импульсного управления заключается в том, что, отпирая и запирая IGBT транзистор с регулируемой скважностью, можно регулировать среднее значение выпрямленного тока ротора. При этом, если пренебречь пульсациями тока, достигается эффект плавного регулирования активного сопротивления в роторной цепи. Если управление IGBT транзистором производить в функции выпрямленного тока ротора, поддерживая постоянным его среднее значение, можно получить характеристики двигателя с постоянным моментом. Жёсткие характеристики могут быть получены путём применения обратной связи по скорости от тахогенератора или по скольжению, получаемой с помощью сигналов по напряжению на выходе моста U_d, снимаемого с потенциометра RP, и по выпрямленному току ротора I_d, снимаемого с шунта RS. В качестве коммутатора UR может быть использован транзистор IGBT, тем самым значительно повысить частоту коммутации, что обеспечит уменьшение пульсаций выпрямленного тока ротора.

Рисунок 1. Схема асинхронного электропривода с импульсным регулированием в цепи выпрямленного тока ротора

В рассматриваемой схеме для регулирования координат двигателя в пределах всего первого квадрантах механических характеристик контактором КМУ производится переключение с шунтирующей RC – цепи на R – цепь и обратно. С целью улучшения энергетических показателей электропривода с импульсным регулятором в цепи выпрямленного тока ротора целесообразно использовать в тормозных режимах торможение со смешанным возбуждением. При этом по обмоткам статора протекает выпрямленный ток ротора и небольшой по величине ток возбуждения от внешнего источника [2-3].

Что касается механических характеристик электропривода (рис.2.), то в первом квадранте представлены характеристики в двигательном режиме, соответствующие добавочным сопротивлениям R₁, R₃ и R_d=0, а также показано ограничение момента двигателя значением M_max. Участок характеристик 1 и 2 от оси скоростей до реостатной характеристики R₃ может быть получен в системе с обратной связью по скорости или скольжению при разомкнутых контактах КМУ, а от реостатной характеристики R₁ до характеристики токоограничения при замкнутых.

Рисунок 2. Механические характеристики

Получение характеристик 1 и 2 зависит от задающего напряжения  U_з, подаваемого в блок управления А.

Характеристики двигателя в разомкнутой системе в режиме динамического торможения со смешанным возбуждением изображены в четвертом квадранте. Промежуточные характеристики, расположенные между характеристиками с      R_d = R₁  и R_d =0, могут быть получены путем изменения скважности работы коммутатора. Вертикальная характеристика в четвертом квадранте получена при ограничении тока в режиме динамического торможения со смешанным возбуждением.

Список литературы:

1. Анучин А.С. Системы управления электроприводов. Учебник для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2015. – 373 с.
2. Белов М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: Учебник для вузов / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 576 с.
3. Данилов П.Е. Теория электропривода.: монография / П.Е. Данилов, В.А. Барышников, В.В. Рожков. – Смоленск, 2014. – 348 с.