Accionament elèctric automatitzat de mecanismes de grua amb control de tiristor

Els sistemes moderns d'accionament elèctric de mecanismes de grua s'implementen principalment mitjançant motors asíncrons, la velocitat dels quals es controla pel mètode de relé-contactor introduint resistències al circuit del rotor. Aquests accionaments elèctrics tenen un rang de control de velocitat reduït i quan s'inicien i s'aturen creen grans cops de peu i acceleracions, que afecten negativament el rendiment de l'estructura de la grua, provoca el balanceig de la càrrega i limita l'ús d'aquests sistemes en grues amb alçada i elevació augmentades. capacitat.

El desenvolupament de la tecnologia dels semiconductors de potència permet introduir solucions fonamentalment noves en l'estructura de l'accionament elèctric automatitzat de les instal·lacions de grues. Actualment, s'utilitza un accionament elèctric ajustable amb motors de corrent continu accionats per potents convertidors de tiristors en els mecanismes d'elevació i moviment de grues torre i grues pont - sistema TP - D.

La velocitat del motor en aquests sistemes es regula en el rang (20 ÷ 30): I canviant la tensió de l'induït. Al mateix temps, durant els processos transitoris, el sistema assegura que les acceleracions i els cops de peu s'obtenen dins de les normes especificades.

Les bones qualitats reguladores també es manifesten en un accionament elèctric asíncron, quan un convertidor de tiristor està connectat al circuit de l'estator d'un motor asíncron (AM). Canviar la tensió de l'estator del motor en un ACS tancat permet limitar el parell d'arrencada, aconseguint una acceleració (desacceleració) suau de l'accionament i el rang de control de velocitat necessari.

L'ús de convertidors de tiristors en l'accionament elèctric automatitzat de mecanismes de grua s'utilitza cada cop més a la pràctica nacional i estrangera. Per tal de familiaritzar-nos amb el principi de funcionament i les possibilitats d'aquestes instal·lacions, ens dediquem breument a dues variants d'esquemes de control per a motors de corrent continu i alterna.

A la fig. La figura 1 mostra un diagrama esquemàtic del control del tiristor d'un motor de corrent continu excitat independentment per a un mecanisme d'elevació de grua pont. L'induït del motor s'alimenta per un convertidor de tiristors reversible, que consta d'un transformador de potència Tr, que serveix per fer coincidir la tensió del convertidor i la càrrega, dos grups de tiristors T1 — T6 i T7 — ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​, reactors de suavització 1UR i 2UR, que són tots dos reactors de suavització fets insaturats .

Arròs. 1. Esquema de l'accionament elèctric de la grua segons el sistema TP-D.

El grup de tiristors T1 — T6 funciona com a rectificador a l'aixecar i com a inversor en baixar càrregues pesades, ja que la direcció del corrent en el circuit de l'induït del motor per a aquests modes és la mateixa. El segon grup de tiristors T7 — ​​T12, que proporciona la direcció oposada al corrent de l'induït, funciona com a rectificador durant l'apagada i en modes transitoris d'arrencada del motor per baixar els frens, com a inversor quan s'atura en el procés d'aixecament. càrregues o ganxo.

A diferència dels mecanismes de moviment de grues, on els grups de tiristors han de ser els mateixos, per als mecanismes d'elevació, la potència dels tiristors del segon grup es pot prendre menys que el primer, ja que el corrent del motor durant la baixada és molt menor que quan s'aixeca i baixa pesades. càrregues.

La regulació de la tensió rectificada del convertidor de tiristors (TC) es duu a terme mitjançant un sistema de control de fase de polsos de semiconductors que consta de dos blocs SIFU-1 i SIFU-2 (Fig. 1), cadascun dels quals subministra dos polsos d'encesa als corresponents polsos. tiristor compensat en 60 °.

Per simplificar el sistema de control i augmentar la fiabilitat de l'accionament elèctric, aquest esquema utilitza el control coordinat del TP reversible. Per a això, les característiques de gestió i els sistemes de gestió dels dos grups han d'estar estretament vinculats. Si els polsos de desbloqueig es subministren als tiristors T1 - T6, proporcionant el mode de funcionament correctiu d'aquest grup, els polsos de desbloqueig es subministren als tiristors T7 - ​​​​T12 perquè aquest grup estigui preparat per al funcionament de l'inversor.

Els angles de control α1 i α2 per a qualsevol mode de funcionament del TP s'han de canviar de manera que la tensió mitjana del grup rectificador no superi la tensió del grup inversor, és a dir. si aquesta condició no es compleix, el corrent d'equalització rectificat fluirà entre els dos grups de tiristors, que a més carregarà les vàlvules i el transformador i també pot provocar l'activació de la protecció.

Tanmateix, fins i tot amb la correcta concordança dels angles de control α1 i α2 dels tiristors dels grups rectificadors i inversors, el flux d'un corrent d'igualització altern és possible a causa de la desigualtat dels valors instantanis de les tensions UαB. i UαI. Per limitar aquest corrent d'equalització, s'utilitzen reactors d'equalització 1UR i 2UR.

El corrent de l'induït del motor sempre passa per un dels reactors, de manera que les ondulacions d'aquest corrent es redueixen i el propi reactor està parcialment saturat. El segon reactor, pel qual només passa corrent d'equalització actualment, roman insaturat i limita iyp.

L'accionament de la grua elèctrica del tiristor té un sistema de control d'un sol bucle (CS) fet amb un amplificador magnètic sumador reversible d'alta velocitat SMUR, que s'alimenta per un generador de tensió rectangular amb una freqüència de 1000 Hz. En presència d'una fallada elèctrica, aquest sistema de control permet obtenir unes característiques estàtiques satisfactòries i una alta qualitat dels processos transitoris.

El sistema de control de l'accionament elèctric conté una retroalimentació negativa per a la tensió i el corrent intermitents del motor, així com una feble retroalimentació positiva per a la tensió Ud.El senyal en el circuit de les bobines d'accionament SMUR ve determinat per la diferència entre la tensió de referència Uc procedent de la resistència R4 i la tensió de retroalimentació αUd presa del potenciòmetre POS. El valor i la polaritat del senyal de comandament, que determina la velocitat i la direcció de gir de la unitat, està regulat pel controlador KK.

La tensió inversa Ud es talla mitjançant díodes zener de silici connectats en paral·lel amb els bobinatges principals de SMUR. Si la diferència de tensió Ud — aUd és major que Ust.n, aleshores els díodes zener condueixen el corrent i la tensió de les bobines de control esdevé igual a Uz.max = Ust.n.

A partir d'aquest moment, el canvi en el senyal aUd per disminuir no afecta el corrent als bobinatges principals de l'SMUR, és a dir. la retroalimentació negativa per a la tensió Ud no funciona, que sol passar a corrents del motor Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n.

Si el senyal de retroalimentació aUd s'acosta al senyal de referència Uz, aleshores la tensió dels díodes zener esdevé menor que Ust.n i el corrent no hi circula. El corrent als bobinatges principals de l'SMUR estarà determinat per la diferència de tensió U3 — aUd i en aquest cas entra en joc la retroalimentació negativa de tensió.

El senyal de retroalimentació de corrent negativa es pren de dos grups de transformadors de corrent TT1 - TT3 i TT4 - TT8, que treballen amb grups de tiristors T1 - T6 i T7 - ​​​​​​T12, respectivament. A l'interruptor de corrent BTO, es rectifica la tensió alterna trifàsica U2TT ≡ Id obtinguda a les resistències R, i a través dels díodes zener, que actuen com a tensió de referència, el senyal Uto.s s'alimenta als bobinatges actuals de l'SMUR. , reduint el resultat resultant a l'entrada de l'amplificador.Això redueix la tensió del convertidor Ud i limita el corrent Id del circuit de l'induït en els modes estàtics i dinàmics.

Per tal d'obtenir un alt factor d'ompliment de les característiques mecàniques ω = f (M) de l'accionament elèctric i mantenir una acceleració (desacceleració) constant en modes transitoris, a més de les connexions enumerades anteriorment, s'aplica una retroalimentació positiva en el circuit per tensió.

El factor de guany d'aquesta connexió es tria kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. d'acord amb la secció inicial de la característica Ud = f (Uy) del convertidor, però amb un ordre inferior al coeficient α de la retroalimentació negativa sobre Ud. L'efecte d'aquesta relació es manifesta principalment a la zona de discontinuïtat actual, proporcionant seccions de submersió pronunciada de la característica.

A la fig. 2, a mostra les característiques estàtiques de l'accionament del polipast per a diferents valors de la tensió de referència U3 corresponents a diferents posicions del controlador.

Com a primera aproximació, es pot suposar que en els modes de transició d'arrencada, marxa enrere i parada, el punt de funcionament en els eixos de coordenades ω = f (M) es mou al llarg de la característica estàtica. Llavors l'acceleració del sistema:

on ω és la velocitat angular, Ma és el moment desenvolupat pel motor, Mc és el moment de resistència de la càrrega en moviment, ΔMc és el moment de les pèrdues en els engranatges, J és el moment d'inèrcia reduït a l'eix del motor.

Si ignorem les pèrdues de transmissió, aleshores la condició per a la igualtat d'acceleració quan s'engega el motor cap amunt i cap avall, així com quan s'atura d'amunt i cap avall és la igualtat dels moments dinàmics de l'accionament elèctric, és a dir, Mdin.p = Mdin.s.Per complir aquesta condició, les característiques estàtiques de l'accionament del polipast han de ser asimètriques respecte a l'eix de velocitat (Mstop.p> Mstop.s) i tenir un front inclinat a la regió del valor del moment de frenada (Fig. 2, a). .

Arròs. 2. Característiques mecàniques de l'accionament elèctric segons el sistema TP-D: a — mecanisme d'elevació, b — mecanisme de moviment.

Per als accionaments dels mecanismes de desplaçament de la grua, s'ha de tenir en compte la naturalesa reactiva del moment de resistència, que no depèn de la direcció de la marxa. Amb el mateix valor del parell del motor, el parell de resistència reactiva alentirà el procés d'arrencada i accelerarà el procés d'aturada de la unitat.

Per eliminar aquest fenomen, que pot provocar el lliscament de les rodes motrius i el ràpid desgast de les transmissions mecàniques, cal mantenir acceleracions aproximadament constants durant l'arrencada, la marxa enrere i la parada en els mecanismes de conducció. Això s'aconsegueix obtenint les característiques estàtiques ω = f (M) que es mostren a la Fig. 2, b.

Els tipus especificats de característiques mecàniques de l'accionament elèctric es poden obtenir variant corresponentment els coeficients de realimentació de corrent negativa Id i de realimentació positiva de tensió Ud.

L'esquema de control complet de l'accionament elèctric controlat per tiristor de la grua inclou totes les connexions d'enclavament i els circuits de protecció que es comenten als esquemes anteriors.

Quan s'utilitza TP en l'accionament elèctric dels mecanismes de grua, s'ha de prestar atenció a la seva font d'alimentació.La naturalesa significativa no sinusoïdal del corrent consumit pels convertidors provoca una distorsió de la forma d'ona de tensió a l'entrada del convertidor. Aquestes distorsions afecten el funcionament de la secció de potència del convertidor i el sistema de control de fase de pols (SPPC). La distorsió de la forma d'ona de tensió de línia provoca una infrautilització significativa del motor.

La distorsió de la tensió d'alimentació té un fort efecte en SPPD, especialment en absència de filtres d'entrada. En alguns casos, aquestes distorsions poden fer que els tiristors s'obrin completament aleatòriament. Aquest fenomen es pot eliminar millor alimentant el SPPHU des de carretons separats connectats a un transformador que no té una càrrega rectificadora.

Les possibles maneres d'utilitzar tiristors per controlar la velocitat dels motors asíncrons són molt diverses: es tracta de convertidors de freqüència de tiristors (inversors autònoms), reguladors de tensió de tiristors inclosos en el circuit de l'estator, reguladors d'impuls de resistència i corrents en circuits elèctrics, etc.

En els accionaments elèctrics de grua, s'utilitzen principalment reguladors de tensió de tiristor i reguladors de pols, cosa que es deu a la seva relativa simplicitat i fiabilitat, però, l'ús de cadascun d'aquests reguladors per separat no compleix completament els requisits dels accionaments elèctrics dels mecanismes de grua.

De fet, quan només s'utilitza un regulador de resistència de pols al circuit del rotor d'un motor d'inducció, és possible proporcionar una zona de regulació limitada pel natural i corresponent a les característiques mecàniques del reòstat d'impedància, és a dir.la zona d'ajust correspon al mode motor i el mode oposició amb ompliment incomplet I i IV o III i II quadrants del pla de característiques mecàniques.

L'ús d'un regulador de tensió de tiristor, especialment un de reversible, proporciona bàsicament una zona de control de velocitat que cobreix tota la part de treball del pla M, ω de -ωn a + ωn i de —Mk a + Mk. No obstant això, en aquest cas, hi haurà importants pèrdues de lliscament en el propi motor, la qual cosa comporta la necessitat de sobreestimar significativament la seva potència instal·lada i, en conseqüència, les seves dimensions.

En aquest sentit, es creen sistemes d'accionament elèctric asíncron per a mecanismes de grua, on el motor es controla mitjançant una combinació de regulació polsada de la resistència al rotor i canvis en la tensió subministrada a l'estator. Això omple els quatre quadrants de rendiment mecànic.

Un diagrama esquemàtic d'aquest control combinat es mostra a la figura 3. El circuit del rotor inclou un circuit de control de pols de resistència al circuit de corrent rectificat. Els paràmetres del circuit es seleccionen per assegurar el funcionament del motor en els quadrants I i III a les zones compreses entre el reòstat i les característiques naturals (a la figura 4, ombrejada amb línies verticals).

Arròs. 3. Esquema d'un accionament elèctric de grua amb un regulador de tiristor de la tensió de l'estator i control d'impuls de la resistència del rotor.

Per tal de controlar la velocitat a les zones compreses entre les característiques del reòstat i l'eix de velocitat ombrejat per línies horitzontals a la fig. 4, així com per invertir el motor, s'utilitza un regulador de tensió de tiristor, format per parells de tiristors antiparal·lels 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.El canvi de la tensió subministrada a l'estator es realitza ajustant l'angle d'obertura dels parells de tiristors 1-2, 6-7, 11-12-per a un sentit de gir i 4-5, 6-7, 8-9-per a un altre sentit de gir.

Arròs. 4. Normes per al control combinat d'un motor d'inducció.

Per obtenir característiques mecàniques rígides i per limitar els parells del motor, el circuit proporciona una realimentació de velocitat i corrent rectificada del rotor proporcionada per un tacogenerador TG i un transformador DC (amplificador magnètic) TPT

És més fàcil omplir tot el quadrant I connectant un condensador amb resistència R1 en sèrie (Fig. 3). En aquest cas, la resistència equivalent en el corrent del rotor rectificat pot variar de zero a infinit i, per tant, el corrent del rotor es pot controlar des del valor màxim fins a zero.

El rang de regulació de la velocitat del motor en aquest esquema s'estén a l'eix d'ordenades, però el valor de la capacitat del condensador resulta molt significatiu.

Per omplir tot el quadrant I amb valors de capacitat més baixos, la resistència de la resistència R1 es divideix en passos separats. En la primera etapa, s'introdueix successivament la capacitat, que s'encén a corrents baixes. Els passos s'eliminen mitjançant un mètode de polsos, seguit d'un curtcircuit de cadascun d'ells mitjançant tiristors o contactors. Omplir tot el quadrant I també es pot obtenir combinant canvis polsats de resistència amb el funcionament polsat del motor. Aquest esquema es mostra a la fig. 5.

A la zona entre l'eix de velocitat i la característica del reòstat (Fig. 4), el motor funciona en mode de pols.Al mateix temps, els polsos de control no es subministren al tiristor T3 i roman tancat tot el temps. El circuit que realitza el mode de pols del motor consta d'un tiristor T1 de treball, un tiristor auxiliar T2, un condensador de commutació C i resistències R1 i R2. Quan el tiristor T1 està obert, el corrent flueix per la resistència R1. El condensador C es carrega a una tensió igual a la caiguda de tensió a R1.

Quan s'aplica un pols de control al tiristor T2, la tensió del condensador s'aplica en sentit contrari al tiristor T1 i el tanca. Al mateix temps, el condensador es recarrega. La presència d'inductància del motor fa que el procés de recàrrega del condensador sigui de naturalesa oscil·latòria, com a resultat del qual el tiristor T2 es tanca per si mateix sense donar senyals de control i el circuit del rotor resulta obert. A continuació, s'aplica un pols de control al tiristor T1 i es repeteixen tots els processos.

Arròs. 5. Esquema de control combinat d'impulsos d'un motor asíncron

Així, amb el subministrament periòdic de senyals de control als tiristors, durant una part del període, flueix un corrent al rotor, determinat per la resistència de la resistència R1. A l'altra part del període, el circuit del rotor resulta obert, el parell desenvolupat pel motor és zero i el seu punt de funcionament es troba a l'eix de velocitat. En canviar la durada relativa del tiristor T1 durant el període, és possible obtenir el valor mitjà del parell desenvolupat pel motor des de zero fins al valor màxim corresponent al funcionament de la característica del reòstat quan s'introdueix el rotor R1 al circuit

Mitjançant l'ús de diverses retroalimentació, és possible obtenir característiques del tipus desitjat a la regió entre l'eix de velocitat i la característica del reòstat. La transició a la regió entre el reòstat i les característiques naturals requereix que el tiristor T2 romangui tancat en tot moment i que el tiristor T1 romangui obert en tot moment. Mitjançant un curtcircuit de la resistència R1 mitjançant un interruptor amb el tiristor principal T3, és possible canviar sense problemes la resistència del circuit del rotor del valor R1 a 0, proporcionant així una característica natural del motor.

El mode d'impuls del motor commutat al circuit del rotor també es pot realitzar en mode de frenada dinàmica. Mitjançant l'ús de diferents retroalimentació, en aquest cas, al II quadrant, es poden obtenir les característiques mecàniques desitjades. Amb l'ajuda de l'esquema de control lògic, és possible realitzar una transició automàtica del motor d'un mode a un altre i omplir tots els quadrants de les característiques mecàniques.