книги / Электроприводы крановых механизмов. (Системы электропривода и методы расчета)

обеспечить устойчивые пониженные скорости подъема и тормозного спуска грузов при диапазоне регулирования 20: 1 и выше.

При питании крана от внешней сети для улучшения механических характеристик возможно изменять подво­ димое к двигателю напряжение, если последовательно с ним включить обмотку статора имеющегося на кране синхронного генератора [Л. 43]. Величина и характер реактивного сопротивления обмотки определяются то­ ком возбуждения синхронной машины. Потому измене­ нием тока возбуждения можно регулировать подводимое к двигателю напряжение. Однако эта система еще не­ достаточно исследована применительно к крановым при­ водам.

3-7. Асинхронный электропривод с несимметричным включением двигателя

Низкие посадочные скорости асинхронного двигателя г, двигательном и тормозном режимах с достаточной жесткостью механических характеристик могут быть по­ лучены при несимметричном включении обмоток стато­ ра, одновременном питании статора переменным и по­ стоянным током, а также при несимметричном включе­ нии сопротивлений в цепь обмотки статора. Работа асинхронного двигателя в несимметричном режиме при­ водит к его дополнительному нагреву, что может при­ вести к необходимости завышения его габарита. Одна­ ко, так как время использования такого режима, необ­ ходимого на кранах для доводочных операций, посадки грузов и т. д., относительно невелико, а также вследст­ вие простоты выполнения большинства схем они чрез­ вычайно удобны для применения на ряде крановых ме­ ханизмов.

а) Однофазное питание двигателя

При однофазном питании асинхронного двигателя обмотка статора соединяется по схеме рис. 3-22,а. Вид механических характеристик и их жесткость в такой схе­ ме включения двигателя зависят от величины активного сопротивления цепи ротора (рис. 3-22,6). Если это сопротивление превышает величину, соответствующую в симметричной схеме критическому скольжению sK= 1,

6 -1301

81

характеристики располагаются в тормозных квадран­ тах и могут быть использованы для крановых механиз­ мов. Главными достоинствами схемы являются ее про­ стота (нет необходимости в дополнительном оборудо­ вании) и прохождение всех характеристик через начало координат, что при использовании ее для механизмов подъема в отличие от режима противовключения исклю­ чает возможность подъема груза.

Рис. 3-22. Однофазное включение асинхронного двига­ теля.

а — схема соединения обмотки статора; б — механ

рактеристнкн.

Для режима тормозного спуска очень важно иметь достаточную жесткость характеристик, так как она оп­ ределяет величину пониженной скорости. При увеличе­ нии до определенных пределов сопротивления жесткость характеристик повышается. Максимальной жесткости характеристик на заданном участке изменения скорости в тормозном режиме соответствует оптимальное сопро­ тивление цепи ротора ^ р.0пт [Л. 10]. Критическое сколь­ жение sI;.onT при этом сопротивлении можно определить из уравнения

«к — [4 -|- 2s — s* -f- qas (2	— s)]	— 8qs (2 — s) sK—
— s (2 — s) [4+ 2s -	s5 +	qas (2 — s)] = 0, (3-10)

если задаться значением скольжения s; здесь q опреде­ ляется величиной активного сопротивления цепи ста­ тора {Л. 5].

Для двигателей серии МТ, больших V габарита, вели­ чину q без значительной погрешности можно полагать рав-

82

ной нулю. В &том случае решение (3-10) получаем в виде

5 к .о п т —	2 - J - S	~ 4~ S * — ^ 5 3 — 5 2- |- 1 2 5 - ( - 4
		(3-11)
В табл.	3-2 приведены	значения 5 к .0пт двигателей

различных габаритов серии МТ для скольжений 5=1,1, 1,25, 1,5. На рис. 3-22,6 изображены механические харак­

теристики двигателей		соответственно I, V и			VII габари­
				т а б л и ц а 3-2
				5к.опт
			.9=1 . 1	5=1,2Г»	s - 1.Г,	.9=2,0
<7 = 0			2,42	2,4	2,32	2,0
I габарит
fop = 1	^ср =	2,4	3,06	3,0	2,85	2,0
V габарит
<7ср = М 5 ;	^Ср = 3 ,0		2,7	2,68	2,6	2,0
VII габарит
^ср ~ ^,2;	Хер =	3,3	2,51	2,5	2,45	2,0

тов. Сплошными линиями показаны характеристики при

работе с 5 к .опт,	а штриховыми — при			1,2 5 К.0ПТ.
Значения токов		статора	и ротора	двигателя,		работаю­
щего в этой схеме,		рассчитанные в долевык единицах для
разных значений	Rа	и габаритов двигателей			[Л.	10], све­
дены в табл. 3-3.
Результаты	расчетов		показывают, что		оптимальное

критическое скольжение уменьшается при снижении q и при росте 5, так что при 5 = 2 5 к .0пт = 2. Ток ротора в относительных единицах для данного скольжения не превышает долевого тока статора в фазе а (рис. 3-22,а), а величины токов статора и ротора при изменении ско­

рости в пределах =0,25-^0,5 колеблются незначи­

тельно; кроме того, характеристики двигателей большего габарита при тех же токовых загрузках обладают отно­ сительно большей жесткостью.

6*

83

				5=1 ,25		5 =	1.5
				С	/в	!д	/0
					р	С	р
		•^К.ОпТ ---	^,0	1,73	1,58	1,71	1,61
		Яр = 0,42
	MT-11-G
		1, 17sK>onT == ^ ^		1,58	1,4	1,56	1,43
		= 0 , 4 9
		5К.ОПТ = 2 ,6 5		2,04	1,92	2,05	2,02
	МТ-51-8	R t = 0,373
		Р
		1»21sK0пт = 3 , 2		1,805	1,68	1,8	1,75
		^ = 0 ,4 5
		^к.опт =	2 , 5	2,35	2,14	2,29	2,17
		= 0,35
	МТ-72-10	112s*. out =	3,0	2,04	1,81	2,01	1,88
		■^ = 0 ,4 2

Повышение критического скольжения по отношению к оптимальному на 20% приводит к уменьшению момента при данном скольжении всего на 2—3%, а то­ ков— на 10—15%. Поэтому для двигателей малой мощ­ ности целесообразно выбирать сопротивление /?р, соот­ ветствующее 5к.опт, при котором токи не превышают зна­ чений 2/„. У двигателей больших габаритов для сниже­ ния токов до величин, не превышающих 2/и, следует увеличить критическое скольжение по сравнению с опти­ мальным на 20—30%.

По уравнению механических характеристик режима однофазного торможения [Л. 10] выполнены р-асчеты ха­ рактеристик для скольжений s>2. Построенные механи­ ческие характеристики (рис. 3-23) свидетельствуют о том, что увеличение момента нагрузки до двукратного от номинального не приводит к «срыву» груза, но увели­ чивает вдвое скорость его опускания. При этом перегру­ зочная способность двигателя тем выше, чем меньше габарит двигателя, так как критический момент в гене-

84

раторном режиме меньшего двигателя с большим актив­ ным сопротивлением статора выше. Таким образом, снижение напряжения сети (что эквивалентно росту активного момента сопротивления) и работе двигателя

механизма подъема

в ре­

1

2

З М З

жиме однофазного лита­

ния

'приведет

к

соответ­

ствующему

'повышению

скорости

тормозного

спу­

ска груза.

однофазного

Схема

питания широко применя­

ется на механизмах подъ­

ема

'портальных

кранов

ГДР,

ФРГ,

иа

основ­

ных

механизмах

кранов

«Ганц»

Венгерской

На­

Рис. 3-23. Механические характе­

родной

Республики.

Она

ристики

двигателей серии МТВ в

используется также

в не­

режиме

однофазного

включения

симметричных

контролле­

при

критическом

скольжении

5 к . О П Т *

рах

отечественного

про­

/ — двигатель

I габарита

(sK=3,0;

изводства

типа

НТ-54,

=2,4,

<7=1,0);

2 — двигатель VI габари­

ТСА, КС. На рис. 3-2 по­

та (sn = 2,5, Л = 2,5, <7=0,3).

казана

характеристина

однофазного торможения

(4), обеспечиваемая этими кон­

троллерами.

Режим

однофазного

торможения

может применять'

ся для кратковременной работы на механизмах подъема группы На, если момент сопротивления в режиме тор­ мозного спуска не превышает 50—70% номинального, либо для заводских мостовых крапов, редко работающих с максимальной нагрузкой, когда нет особо жестких тре­ бований в отношении регулирования^скоростн спуска.

б) Одновременное питание двигателя постоянным

и переменным током

Значительный интерес представляет система электро­ привода с одновременным питанием асинхронного дви­ гателя постоянным и переменным током. В настоящее время предложено большое число схем, обеспечивающих протекание в двигателе постоянного и переменного тока. Некоторые из них вследствие своей простоты весьма заманчивы для использования их в крановых меха­ низмах.

Наиболее приемлемыми для рассматриваемых ме­ ханизмов являются схемы, обеспечивающие низкие устойчивые скорости путем создания при помощи полу­ проводниковых выпрямителей постоянной составляющей тока в обмотке статора. Все множество предложенных схем можно разделить на симметричные схемы, не на­ рушающие симметрию токов в обмотках двигателя, и не­

симметричные.		си м метрич-
Достоинетвом
ных схем	является практи­
ческое отсутствие		вибраций,
вызванных	составляющими

Рис. 3-24. Одновременное питание двигате­

ля постоянным	и переменным	током.
а — простейшая	схема включении;	б — механиче­
ские характеристики.

моментов, переменных во времени. Однако эти схемы, как правило, уступают несимметричным схемам по своей сложности и энергетическим показателям. Кроме того, симметричные схемы применимы только для коротко­ замкнутых двигателей.

Все несимметричные схемы дают примерно одинако­ вые механические характеристики при практически рав­ ных потерях в двигателе [Л. 23]. И лишь сравнивая по­ требляемую мощность, особенно когда требуются проме­ жуточные характеристики, можно убедиться, что наилучшей для двигателей с фазным ротором является простейшая схема с «перемычкой» между фазами, изо­ браженная на рис. 3-24,а. На рис. 3-24,6 приведены экспериментальные механические характеристики дви­ гателя МТ-111-6 с выпрямителем в цепи статора.

Работа двигателя на характеристике 1 при /?р = 0,21 приводит к большим потерям в нем. Для достижения же-

86

стких характеристик в режимах силового и тормозного спуска следует принимать добавочное сопротивление в ро­ торе и /?Е, близкими к 0, а сопротивление Rc большим.

Характеристика II соответствует R^ = 0,092 и /?в = 0. В

этом случае потери в двигателе и токи в фазах более чем вдвое превышают номинальные. Поэтому схему целесообразно использовать лишь тогда, когда потреб­ ность в точных остановках — эпизодическая, а длитель­ ность работы привода в этом режиме кратковремеииа.

Если допускается меньшая жесткость характеристик, продолжительность работы двигателя на пониженной скорости может быть повышена соответствующим увели­ чением добавочного сопротивления в цепи ротора до

/?р =0,6-i-1 (характеристика III на рис. 3-24,6). При

этом потери в двигателе	составят 1,4—2,0 поминаль­
ных.	удовлетворяет требованиям
Рассмотренная схема

механизмов горизонтального перемещения кранов, если нужна их точная остановка, а также механизмов подъе­ ма групп II и III. Оценка явления вибрации подобных схем и их влияния на механизм приводится в пятой главе.

в) Несимметричное включение реактивных сопротивлений в цепь статора двигателя

Для получения пониженных скоростей электроприво­ да могут применяться различные схемы включения в цепь статора асинхронных двигателей реактивных сопротивлений. Обычно для этих целей используются дроссели насыщения, реактивное сопротивление которых регулируется изменением тока подмагничивания. После­ довательное включение дросселей насыщения в одну или две фазы статора позволяет осуществлять реверс и полу­ чать низкие скорости путем изменения степени несимметрии напряжения на зажимах двигателя.

Наиболее характерными несимметричными дроссель­ ными схемами, нашедшими применение в подъемно­ транспортной технике, являются схемы, изображенные на рис. 3-25. Для обеспечения требуемой жесткости механических характеристик все рассматриваемые схемы используются с обратной связью по скорости.

Работа схемы 3-25,а не требует специальных поясне­ ний. Для регулирования скорости в прямом направлении в разной степени подмагничиваются дроссели 1ДП,

2ДП, а дроссели 1ДС, 2ДС — полностью размагничены. Для создания момента обратного знака подмагничиваются дроссели 1ДС, 2ДС при размагниченных 1ДП, 2Д77.

Схема 3-25,6 с фазоповоротным трансформатором

Рис. 3-25. Схемы несимметричного включения в статор двигателя реактивных сопротивлений.

предложена американской фирмой Westinghouse [Л. 108] н полностью приведена также в работах [Л. 62, 72]. В за­ висимости от знака и величины задающего напряжения Ua и э. д. с. тахогенератора в той или иной степени подмагничивается дроссель ДП или ДС, обеспечивая знак и величину развиваемого двигателем момента. Например, при уменьшении нагрузки в режиме подъема возрастающая э. д. с. тахогенератора Егг приводит к размагничиванию дросселя ДП вплоть до режима однофазного включения двигателя, когда отсутствует

ток	управления iy ,и	соответственно ^ д.п~оо (на
рис.	3-25,6 полярности	U3 и Етг соответствуют работе

привода -на подъем).

Для создания режима силового спуска подмагничивается дроссель ДС (при спуске знаки U3и £ т.г меняются на обратный). Благодаря трансфор­ матору ФТ с коэффициентом транс­ формации 1 меняется порядок чере­ дования фаз, что соответствует со­ зданию двигателем отрицательного момента; при этом потенциал точки Сг может отличаться от потенциала сети С максимум на величину 3£/ф (рис. 3-26). При снижении нагрузки (величина груза при спуске увели­ чивается) скорость привода возра­ стает, а дроссель ДС размагничи­ вается. При такой скорости, когда

ETr=U3 и *у.дс = *удп= '0 (точка /Сна

рис. 3-27), наступает режим одно­ Рис. 3-26. Векторная фазного включения двигателя. диаграмма напряже­

Дальнейшее увеличение груза при­ ний. водит к автоматическому подмагни-

чиванию дросселя Д77, когда растет положительный мо­ мент двигателя, работающего в режиме противовключения.

Схема рис. 3-25,в с дроссель-автотрансформатором предложена в МЭИ {Л. 63, 72]. Работа на подъем проис-

Рис. 3-27. Механические характеристики замкну­ той системы электропривода с несимметричными сопротивлениями в статоре.

ходит при подмагничивании дросселя ДП. Когда под-

магничивается дроссель	ДС,	а ДП — размагничен,
последний работает в	режиме	автотрансформатора.

К части обмотки дросселя 1—2 прикладывается фазное напряжение Uф; соотношение чисел витков обеих частей дросселя подобрано таким, чтобы при этом на части обмотки 2—3 индуктировалось напряжение 2L/ф. В этом случае потенциал фазы двигателя С оказывается в точ­ ке С (рис. 3-26). Работа остальной части схемы (в том

числе и не показанного здесь узла обратной связи) не отличается от работы рассмотренной выше схемы 3-25,6, а механические характеристики разомкнутой и замкну­ той систем электропривода аналогичны характеристикам, приведенным на рис. 3-27.

Рассмотренные схемы а, б и в рис. 3-25 принципиаль­ но обеспечивают плавное изменение момента от + Л4„ до —Ми, поэтому их рационально применять для бескон­

тактного реверса механизмов горизонтального передви­ жения кранов. Как известно, для механизмов подъема требуемая величина отрицательного момента обычно не превышает 15—20% номинального.

Для некоторых механизмов подъема целесообразно применять схему, изображенную на рис. 3-25,г. Впервые о возможностях этой схемы для регулирования скорости и реверса асинхронного двигателя было отмечено в [Л. 105]. Завод «Динамо» разработал крановый кон­ троллер с использованием этой схемы и внедрил его на механизмах подъема [Л. 4, 58].

Принцип работы схемы рис. 3-25,г детально рассмот­ рен в {Л. И] и для соединенного звездой статора непо­ движного двигателя хорошо иллюстрируется векторными диаграммами рис. 3-28. В симметричном режиме, когда Хр= 0 , диаграмма напряжений имеет вид 3-28,а. Введе­

ние индуктивного сопротивления в одну из фаз, что имеет место при работе схем б, б и г рис. 3-25, изменяет диаграмму, как это показано на рис. 3-28,6.

Здесь напряжение на фазе двигателя UB,0n а Овв, — падение напряжения на введенном в фазу сопротивлении X L.

При этом сохраняется прямая очередность следования фаз двигателя, следовательно, знак момента остается прежним, хотя величина его меньше, чем в симметрич­ ном режиме.