Truyền động điện tự động của các cơ cấu cần cẩu với điều khiển thyristor

Các hệ thống truyền động điện hiện đại của cơ cấu cần trục chủ yếu được thực hiện bằng cách sử dụng động cơ không đồng bộ, tốc độ được điều khiển bằng phương pháp rơle-công tắc tơ bằng cách đưa điện trở vào mạch rôto. Các bộ truyền động điện như vậy có phạm vi điều khiển tốc độ nhỏ và khi khởi động và dừng tạo ra những cú đá và gia tốc lớn, ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của kết cấu cần trục, dẫn đến tải trọng bị lắc lư và hạn chế sử dụng các hệ thống như vậy trên cần trục có chiều cao và sức nâng tăng lên công suất .

Sự phát triển của công nghệ bán dẫn điện cho phép giới thiệu các giải pháp mới về cơ bản trong cấu trúc truyền động điện tự động của việc lắp đặt cần trục. Hiện nay, truyền động điện điều chỉnh với động cơ DC được dẫn động bởi bộ biến đổi thyristor mạnh mẽ được sử dụng trên các cơ cấu nâng hạ và di chuyển của cần trục tháp và cầu trục - hệ thống TP - D.

Tốc độ động cơ trong các hệ thống như vậy được điều chỉnh trong khoảng (20 ÷ 30): I bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. Đồng thời, trong các quá trình nhất thời, hệ thống đảm bảo rằng các gia tốc và cú đá đạt được trong định mức quy định.

Chất lượng điều chỉnh tốt cũng được thể hiện trong ổ điện không đồng bộ, khi bộ chuyển đổi thyristor được kết nối với mạch stato của động cơ không đồng bộ (AM). Thay đổi điện áp stato động cơ trong ACS kín cho phép giới hạn mô-men xoắn khởi động, đạt được khả năng tăng tốc (giảm tốc) trơn tru của truyền động và phạm vi điều khiển tốc độ cần thiết.

Việc sử dụng bộ biến đổi thyristor trong truyền động điện tự động của cơ cấu cầu trục ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thực tế trong và ngoài nước. Để làm quen với nguyên tắc hoạt động và khả năng của các cài đặt như vậy, chúng ta hãy xem xét ngắn gọn hai biến thể của sơ đồ điều khiển cho động cơ DC và AC.

Trong bộ lễ phục. Hình 1 thể hiện sơ đồ điều khiển thyristor của động cơ một chiều kích từ độc lập cho cơ cấu nâng của cầu trục. Phần ứng của động cơ được cung cấp bởi bộ chuyển đổi thyristor đảo ngược, bao gồm một biến áp nguồn Tr, phục vụ để phù hợp với điện áp của bộ chuyển đổi và tải, hai nhóm thyristor T1 — T6 và T7 — ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​, lò phản ứng làm mịn 1UR và 2UR, cả hai đều là lò phản ứng làm mịn được thực hiện không bão hòa .

Cơm. 1. Sơ đồ truyền động điện cầu trục theo hệ thống TP-D.

Nhóm thyristor T1 — T6 hoạt động như một bộ chỉnh lưu khi nâng và biến tần khi hạ tải nặng, do hướng dòng điện trong mạch phần ứng của động cơ đối với các chế độ này là như nhau. Nhóm thứ hai của thyristor T7 — T12, cung cấp hướng ngược lại của dòng điện phần ứng, hoạt động như một bộ chỉnh lưu khi tắt nguồn và ở chế độ tạm thời khởi động động cơ để hạ phanh, như một bộ biến tần khi dừng trong quá trình nâng tải hoặc móc.

Không giống như các cơ cấu di chuyển cần trục, trong đó các nhóm thyristor phải giống nhau, đối với các cơ cấu nâng, công suất của thyristor nhóm thứ hai có thể lấy ít hơn nhóm thứ nhất, vì dòng điện của động cơ khi tắt nguồn rất ít so với khi nâng và hạ vật nặng. tải.

Việc điều chỉnh điện áp chỉnh lưu của bộ biến đổi thyristor (TC) được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống điều khiển pha xung bán dẫn bao gồm hai khối SIFU-1 và SIFU-2 (Hình 1), mỗi khối cung cấp hai xung kích hoạt tương ứng thyristor bù 60°.

Để đơn giản hóa hệ thống điều khiển và tăng độ tin cậy của truyền động điện, sơ đồ này sử dụng điều khiển phối hợp của TP đảo ngược. Muốn vậy, đặc điểm quản lý và hệ thống quản lý của hai nhóm phải được liên kết chặt chẽ với nhau. Nếu các xung mở khóa được cung cấp cho các thyristor T1 — T6, cung cấp chế độ hoạt động hiệu chỉnh của nhóm này, thì các xung mở khóa được cung cấp cho các thyristor T7 — T12 để nhóm này được chuẩn bị cho hoạt động của biến tần.

Các góc điều khiển α1 và α2 cho bất kỳ chế độ hoạt động nào của TP phải được thay đổi sao cho điện áp trung bình của nhóm chỉnh lưu không vượt quá điện áp của nhóm biến tần, tức là nếu điều kiện này không được đáp ứng, thì dòng điện cân bằng đã chỉnh lưu sẽ chạy giữa hai nhóm thyristor, dòng điện này sẽ tải thêm các van và máy biến áp và cũng có thể gây ra tác động của bảo vệ.

Tuy nhiên, ngay cả khi khớp chính xác các góc điều khiển α1 và α2 từ các thyristor của nhóm chỉnh lưu và biến tần, dòng điện cân bằng xen kẽ vẫn có thể xảy ra do sự không đồng đều của các giá trị tức thời của điện áp UαB và UαI. Để hạn chế dòng điện cân bằng này, các cuộn kháng cân bằng 1UR và 2UR được sử dụng.

Dòng điện phần ứng của động cơ luôn đi qua một trong các lò phản ứng, do đó các gợn của dòng điện này giảm đi và bản thân lò phản ứng bị bão hòa một phần. Lò phản ứng thứ hai, chỉ có dòng điện cân bằng hiện chạy qua, vẫn chưa bão hòa và giới hạn iyp.

Truyền động cầu trục điện thyristor có hệ thống điều khiển một vòng (CS) được chế tạo bằng cách sử dụng bộ khuếch đại từ tính tổng có thể đảo ngược tốc độ cao SMUR, được cung cấp bởi một máy phát điện áp hình chữ nhật có tần số 1000 Hz. Trong trường hợp mất điện, một hệ thống điều khiển như vậy cho phép đạt được các đặc tính tĩnh thỏa đáng và chất lượng cao của các quy trình nhất thời.

Hệ thống điều khiển truyền động điện chứa phản hồi âm đối với điện áp và dòng điện động cơ không liên tục, cũng như phản hồi dương yếu đối với điện áp Ud.Tín hiệu trong mạch của cuộn dây truyền động SMUR được xác định bởi sự chênh lệch giữa điện áp tham chiếu Uc đến từ điện trở R4 và điện áp phản hồi αUd lấy từ chiết áp POS. Giá trị và cực tính của tín hiệu lệnh, xác định tốc độ và hướng quay của ổ đĩa, được điều chỉnh bởi bộ điều khiển KK.

Điện áp ngược Ud bị cắt bằng cách sử dụng điốt silicon zener được kết nối song song với cuộn dây chính SMUR. Nếu chênh lệch điện áp Ud — aUd lớn hơn Ust.n, thì điốt zener dẫn dòng điện và điện áp của cuộn dây điều khiển trở nên bằng Uz.max = Ust.n.

Kể từ thời điểm này, sự thay đổi tín hiệu aUd để giảm không ảnh hưởng đến dòng điện trong cuộn dây chính của SMUR, tức là. hồi tiếp âm cho điện áp Ud không hoạt động thường xảy ra ở dòng động cơ Id > (1.5 ÷ 1.8)Id .n.

Nếu tín hiệu phản hồi aUd tiến gần đến tín hiệu tham chiếu Uz, thì điện áp trên điốt zener trở nên nhỏ hơn Ust.n và dòng điện không chạy qua chúng. Dòng điện trong cuộn dây chính của SMUR sẽ được xác định bởi chênh lệch điện áp U3 — aUd và trong trường hợp này, phản hồi điện áp âm phát huy tác dụng.

Tín hiệu hồi tiếp dòng điện âm được lấy từ hai nhóm biến dòng TT1—TT3 và TT4—TT8, làm việc với nhóm thyristor T1—T6 và T7—​T12 tương ứng. Trong bộ ngắt dòng điện BTO, điện áp xoay chiều ba pha U2TT ≡ Id thu được trên các điện trở R được chỉnh lưu và thông qua các điốt zener, đóng vai trò là điện áp tham chiếu, tín hiệu Uto.s được đưa đến cuộn dây hiện tại của SMUR , hạ thấp kết quả thu được ở đầu vào của bộ khuếch đại.Điều này làm giảm điện áp bộ biến đổi Ud và giới hạn dòng điện mạch phần ứng Id ở chế độ tĩnh và động.

Để đạt được hệ số lấp đầy cao của các đặc tính cơ học ω = f (M) của truyền động điện và duy trì gia tốc (giảm tốc) không đổi ở các chế độ nhất thời, ngoài các kết nối được liệt kê ở trên, một phản hồi tích cực được áp dụng trong mạch bằng lực căng.

Hệ số khuếch đại của kết nối này được chọn kpn = 1/kpr ≈ ΔUy/ΔUd. phù hợp với tiết diện ban đầu của đặc tính Ud = f(Uy) của bộ biến đổi nhưng với bậc nhỏ hơn hệ số α của hồi tiếp âm trên Ud. Ảnh hưởng của mối quan hệ này chủ yếu được biểu hiện trong vùng gián đoạn hiện tại, cung cấp các phần dốc của đối tượng địa lý.

Trong bộ lễ phục. 2, a cho thấy các đặc tính tĩnh của truyền động tời đối với các giá trị khác nhau của điện áp tham chiếu U3 tương ứng với các vị trí khác nhau của bộ điều khiển.

Như một xấp xỉ đầu tiên, có thể giả sử rằng trong các chế độ chuyển đổi bắt đầu, đảo ngược và dừng, điểm vận hành trong các trục tọa độ ω = f (M) di chuyển dọc theo đặc tính tĩnh. Khi đó gia tốc của hệ:

trong đó ω là vận tốc góc, Ma là mômen do động cơ tạo ra, Mc là mômen cản của tải trọng chuyển động, ΔMc là mômen tổn thất trong các bánh răng, J là mômen quán tính giảm đối với trục động cơ.

Nếu bỏ qua tổn thất truyền động, thì điều kiện để có sự bằng nhau của gia tốc khi khởi động động cơ lên ​​và xuống, cũng như khi dừng từ trên xuống là sự bằng nhau của các mômen động của truyền động điện, nghĩa là Mdin.p = Mdin.s.Để đáp ứng điều kiện này, các đặc tính tĩnh của truyền động tời phải không đối xứng với trục tốc độ (Mstop.p> Mstop.s) và có mặt trước dốc trong vùng giá trị mô men phanh (Hình 2, a) .

Cơm. 2. Đặc tính cơ học của truyền động điện theo hệ thống TP-D: a — cơ cấu nâng, b — cơ cấu chuyển động.

Đối với truyền động của các cơ cấu di chuyển cần trục, phải tính đến bản chất phản ứng của mômen cản, không phụ thuộc vào hướng di chuyển. Tại cùng một giá trị mômen động cơ, mômen cản phản kháng sẽ làm chậm quá trình khởi động và tăng tốc quá trình dừng của biến tần.

Để loại bỏ hiện tượng này, có thể dẫn đến bánh lái bị trượt và hộp số cơ học bị mài mòn nhanh chóng, cần duy trì gia tốc gần như không đổi trong quá trình khởi động, đảo chiều và dừng ở các cơ cấu lái. Điều này đạt được bằng cách đạt được các đặc tính tĩnh ω = f (M) như trong Hình. 2, b.

Các loại đặc tính cơ cụ thể của truyền động điện có thể thu được bằng cách thay đổi tương ứng các hệ số của phản hồi dòng điện âm Id và phản hồi điện áp dương Ud.

Sơ đồ điều khiển hoàn chỉnh của truyền động điện được điều khiển bằng thyristor của cần trục trên cao bao gồm tất cả các kết nối khóa liên động và mạch bảo vệ đã được thảo luận trong sơ đồ đưa ra trước đó.

Khi sử dụng TP trong truyền động điện của các cơ cấu cần trục, cần chú ý đến nguồn điện của chúng.Bản chất không hình sin đáng kể của dòng điện được tiêu thụ bởi bộ chuyển đổi gây ra biến dạng dạng sóng điện áp ở đầu vào của bộ chuyển đổi. Những biến dạng này ảnh hưởng đến hoạt động của phần nguồn bộ biến đổi và hệ thống điều khiển pha xung (SPPC). Biến dạng của dạng sóng điện áp đường dây gây ra việc sử dụng không đúng mức đáng kể của động cơ.

Biến dạng điện áp cung cấp có ảnh hưởng mạnh đến SPPD, đặc biệt là khi không có bộ lọc đầu vào. Trong một số trường hợp, những biến dạng này có thể khiến các thyristor mở hoàn toàn một cách ngẫu nhiên. Hiện tượng này có thể được loại bỏ tốt nhất bằng cách cấp nguồn cho SPPHU từ các xe đẩy riêng biệt được kết nối với máy biến áp không có tải chỉnh lưu.

Các cách có thể sử dụng thyristor để điều khiển tốc độ của động cơ không đồng bộ rất đa dạng - đó là bộ biến tần thyristor (bộ biến tần tự trị), bộ điều chỉnh điện áp thyristor có trong mạch stato, bộ điều chỉnh xung của điện trở và dòng điện trong mạch điện, v.v. .

Trong truyền động điện của cầu trục, bộ điều chỉnh điện áp thyristor và bộ điều chỉnh xung được sử dụng chủ yếu do tính đơn giản và độ tin cậy tương đối của chúng, tuy nhiên, việc sử dụng riêng từng bộ điều chỉnh này không đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đối với truyền động điện của cơ cấu cầu trục.

Trên thực tế, khi chỉ sử dụng bộ điều chỉnh điện trở xung trong mạch rôto của động cơ cảm ứng, có thể cung cấp vùng điều chỉnh giới hạn tự nhiên và tương ứng với các đặc tính cơ học của bộ biến trở trở kháng, tức là.vùng điều chỉnh tương ứng với chế độ động cơ và chế độ đối lập với các góc phần tư I và IV hoặc III và II được lấp đầy không đầy đủ của mặt phẳng đặc tính cơ học.

Việc sử dụng bộ điều chỉnh điện áp thyristor, đặc biệt là bộ đảo ngược, về cơ bản cung cấp vùng điều khiển tốc độ bao phủ toàn bộ phần làm việc của mặt phẳng M, ω từ -ωn đến + ωn và từ — Mk đến + Mk. Tuy nhiên, trong trường hợp này, sẽ có tổn thất trượt đáng kể trong chính động cơ, dẫn đến nhu cầu đánh giá quá cao đáng kể công suất lắp đặt và theo đó là kích thước của nó.

Trong kết nối này, các hệ thống truyền động điện không đồng bộ cho các cơ cấu cần trục được tạo ra, trong đó động cơ được điều khiển bằng sự kết hợp giữa điều chỉnh xung của điện trở trong rôto và thay đổi điện áp cung cấp cho stato. Điều này điền vào bốn góc phần tư của hiệu suất cơ học.

Một sơ đồ nguyên lý của một điều khiển kết hợp như vậy được hiển thị trong Hình. 3. Mạch rôto bao gồm mạch điều khiển xung điện trở trong mạch chỉnh lưu. Các tham số của mạch được chọn để đảm bảo hoạt động của động cơ trong góc phần tư I và III ở các khu vực giữa biến trở và đặc tính tự nhiên (trong Hình 4, được tô bóng bằng các đường thẳng đứng).

Cơm. 3. Sơ đồ truyền động điện cầu trục có bộ điều chỉnh điện áp stato bằng thyristor và điều khiển xung điện trở rôto.

Để kiểm soát tốc độ trong các khu vực giữa các đặc tính của bộ biến trở và trục tốc độ được tô bởi các đường ngang trong hình. 4, cũng như để đảo chiều động cơ, một bộ điều chỉnh điện áp thyristor được sử dụng, bao gồm các cặp thyristor chống song song 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.Việc thay đổi điện áp cung cấp cho stato được thực hiện bằng cách điều chỉnh góc mở của các cặp thyristor 1-2, 6-7, 11-12-cho một chiều quay và 4-5, 6-7, 8-9-cho chiều quay khác hướng quay.

Cơm. 4. Quy tắc điều khiển tổng hợp động cơ không đồng bộ.

Để có được các đặc tính cơ học cứng nhắc và để hạn chế mô-men xoắn của động cơ, mạch cung cấp tốc độ và phản hồi dòng rôto đã chỉnh lưu được cung cấp bởi máy phát tốc TG và máy biến áp DC (bộ khuếch đại từ tính) TPT

Việc lấp đầy toàn bộ góc phần tư I sẽ dễ dàng hơn bằng cách mắc nối tiếp một tụ điện có điện trở R1 (Hình 3). Trong trường hợp này, điện trở tương đương trong dòng rôto được chỉnh lưu có thể thay đổi từ 0 đến vô cùng và do đó dòng rôto có thể được điều khiển từ giá trị cực đại đến 0.

Phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ trong sơ đồ như vậy kéo dài đến trục tọa độ, nhưng giá trị điện dung của tụ điện lại rất đáng kể.

Để lấp đầy toàn bộ góc phần tư I ở các giá trị điện dung thấp hơn, điện trở của điện trở R1 được chia thành các bước riêng biệt. Trong giai đoạn đầu tiên, điện dung được giới thiệu liên tiếp, được bật ở dòng điện thấp. Các bước được loại bỏ bằng phương pháp xung, sau đó là đoản mạch từng bước thông qua thyristor hoặc công tắc tơ. Việc lấp đầy toàn bộ góc phần tư I cũng có thể đạt được bằng cách kết hợp các thay đổi xung điện trở với hoạt động xung của động cơ. Sơ đồ như vậy được hiển thị trong hình. 5.

Trong khu vực giữa trục tốc độ và đặc tính của biến trở (Hình 4), động cơ hoạt động ở chế độ xung.Đồng thời, các xung điều khiển không được cung cấp cho thyristor T3 và nó luôn đóng. Mạch thực hiện chế độ xung của động cơ bao gồm một thyristor T1 đang hoạt động, một thyristor phụ T2, một tụ điện chuyển mạch C và các điện trở R1 và R2. Khi thyristor T1 mở, dòng điện chạy qua điện trở R1. Tụ C được tích điện đến hiệu điện thế bằng hiệu điện thế giảm trên R1.

Khi một xung điều khiển được đặt vào thyristor T2, điện áp của tụ điện được đặt theo hướng ngược lại với thyristor T1 và đóng nó lại. Đồng thời, tụ điện đang được sạc lại. Sự hiện diện của độ tự cảm động cơ dẫn đến thực tế là quá trình nạp lại tụ điện có bản chất dao động, do đó thyristor T2 tự đóng mà không đưa ra tín hiệu điều khiển và mạch rôto bị hở. Sau đó, một xung điều khiển được áp dụng cho thyristor T1 và tất cả các quy trình được lặp lại một lần nữa.

Cơm. 5. Sơ đồ điều khiển tổng hợp xung động cơ không đồng bộ

Do đó, với việc cung cấp định kỳ các tín hiệu điều khiển cho thyristor, trong một khoảng thời gian nào đó, một dòng điện chạy trong rôto, được xác định bởi điện trở của điện trở R1. Trong phần còn lại của khoảng thời gian, mạch rôto được mở, mô-men xoắn do động cơ tạo ra bằng không và điểm vận hành của nó nằm trên trục tốc độ. Bằng cách thay đổi thời lượng tương đối của thyristor T1 trong khoảng thời gian này, có thể thu được giá trị trung bình của mô-men xoắn do động cơ tạo ra từ 0 đến giá trị cực đại tương ứng với hoạt động của đặc tính biến trở khi rôto R1 được đưa vào mạch

Bằng cách sử dụng các phản hồi khác nhau, có thể thu được các đặc tính của loại mong muốn trong vùng giữa trục tốc độ và đặc tính của bộ biến trở. Quá trình chuyển đổi sang vùng giữa biến trở và đặc tính tự nhiên yêu cầu thyristor T2 luôn đóng và thyristor T1 luôn mở. Bằng cách nối tắt điện trở R1 bằng công tắc với thyristor chính T3, có thể thay đổi trơn tru điện trở trong mạch rôto từ giá trị R1 thành 0, do đó mang lại đặc tính tự nhiên của động cơ.

Chế độ xung kích của động cơ được chuyển mạch trong mạch roto cũng có thể được thực hiện ở chế độ hãm động năng. Bằng cách sử dụng các phản hồi khác nhau, trong trường hợp này, ở góc phần tư II, có thể thu được các đặc tính cơ học mong muốn. Với sự trợ giúp của sơ đồ điều khiển logic, có thể thực hiện chuyển đổi tự động động cơ từ chế độ này sang chế độ khác và lấp đầy tất cả các góc phần tư của các đặc tính cơ học.