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

привод. Приведенные соображения 'позволяют правиль­ но ориентировать проектантов и эксплуатационный персонал, рекомендуя, например, оптимальную высоту подвеса L, и таким относительно простым способом добиться уменьшения либо полного исключения раска­ чивания перемещаемого груза.

Более сложно тот же вопрос решается в [Л. 53]. Здесь на основании заданного допустимого угла 'Рмакс выводится требуемый закон изменения скорости движе­ ния тележки. Этот закон изменения скорости во времени достаточно сложен и поэтому его не просто реализовать

спомощью обычных систем электропривода.

В[Л. 37] даются рекомендации для снижения раска­ чивания груза при переключении с одной скорости на другую. Так как эти рекомендации относятся к случаю

применения короткозамкнутых двигателей, то основным допущением здесь является малое время разгона по сравнению с периодом колебаний. В работе показано, что при больших и постоянных значениях ускорения и относительно малых скоростях величина ускорения прак­ тически не влияет на амплитуду раскачивания

где VMI — промежуточная скорость передвижения; имг — конечная скорость.

Минимальное значение амплитуды имеет место, когда

Таким образом, в этих условиях эффективным сред­ ством ограничения раскачивания груза является умень­ шение перепада скоростей при переходе на повышенную скорость (увеличение числа ступеней). Однако самым благоприятным случаем является равенство VK = VM в момент переключения скорости. Следовательно, для

получения наилучших результатов необходимо контроли­ ровать положение либо скорость груза.

Аналогичный способ демпфирования колебаний рас­ смотрен в [Л. 89], в которой предлагается на регулятор скорости электропривода воздействовать пропорциональ­ но углу отклонения груза и скорости его колебания.

Таким образом, рассмотренные факторы — проскаль­ зывание колес, перегрузка механизмов и раскачивание груза — в той или иной мере ограничивают ускорение электропривода и снижают производительность крана. Так, для большинства мостовых кранов величина уско­ рения не должна превышать 0,5 м/сек2 [Л. 101].

Проведенные исследования работы кранов в разных отраслях производства [Л. 58] показывают, что при номи­ нальной скорости движения крана 80—120 м/мин сред­ ним условиям работы удовлетворяет технологическое ускорение 0,3—0,4 м/сек2. При весьма напряженном ре­ жиме работы на металлургических предприятиях уско­ рение может достигать 0,6 м/сек2; наибольшие ускоре­ ния механизмов передвижения и поворота грейферных кранов составляют 1—1,2 м/сек2 [Л. 38, 81]. Ускорения 0,1—0,2 м/сек2 имеют краны, перевозящие жидкий ме­ талл.

В каждом конкретном случае следует проверить, допустимы ли выбранные ускорения по рассмотренным выше показателям. В некоторых случаях выбором си­ стемы электропривода с соответствующими параметрами можно добиться, например, ослабления раскачивания грузов и повышения таким образом эксплуатационных показателей кранов.

2-3. Специфика требований, предъявляемых к электроприводу самоходных кранов

Главными отличительными особенностями самоход­ ных кранов являются универсальность, наличие авто­ номной энергетической установки и, следовательно, не­ зависимость работы их от внешнего источника питания. Этим объясняется применение таких кранов для разных целей — от простых погрузочных работ до точных мон­ тажных операций — в районах, удаленных от линии элек­ тропередачи и необеспеченных либо мало обеспеченных другими механизмами (строительство, аварийно-восста­ новительные работы и т. п.).

Силовая энергетическая установка представляет собой автономную электростанцию с первичным источни­ ком энергии—двигателем внутреннего сгорания, вращаю­ щим один или несколько генераторов постоянного или переменного тока. Так как мощность первичного двига­ теля соизмерима с мощностью исполнительных электро­ двигателей, то при проектировании электропривода не­ обходимо учитывать, что увеличение нагрузки приводит к снижению в той или иной степени оборотов первичного двигателя, а последнее — к уменьшению напряжения и частоты вырабатываемой генераторами электроэнергии. Поэтому система электропривода должна предусмат­ ривать дополнительные средства поддержания требуемой жесткости регулировочных механических характеристик двигателей отдельных механизмов.

Сложным вопросом является создание* системы элек­ тропривода для механизма передвижения крана. Хотя это движение, как правило, не является «технологиче­ ским», оно, однако, весьма важно, так как электропри­ вод должен обеспечить передвижение крана с приемле­ мой скоростью при различных дорожных условиях. Исследования показывают [Л. 48], что, например, для самоходных кранов иа пневматическом ходу в зависи­ мости от характера дороги величина тяговой силы может меняться в пределах 1 10 и более. Учитывая ограничен­ ную мощность энергетической установки, необходимо стремиться к тому, чтобы характеристика электроприво­ да передвижения была возможно ближе к идеальной тяговой характеристике при Р = с onst.

При проектировании системы электропривода для кранов с автономной энергетической установкой необ­ ходимо обращать особое внимание на решение вопроса совместимости различных операций (подъем и поворот, подъем и изменение вылета стрелы), так как режим работы одного из двигателей может существенно влиять на другие двигатели (например при пуске, регулирова­ нии скорости воздействием на цепи генератора).

Ресурсо-часы двигателей внутреннего сгорания огра­ ниченны, и стоимость электроэнергии от небольших авто­ номных установок значительно превышает стоимость энергии от промышленной сети. Поэтому при проекти­ ровании электропривода рассматриваемого типа кранов желательно предусмотреть возможность работы их от внешней сети при наличии таковой. Кроме того, необхо­

пости в работе, является возможность использования в помещениях со взрывоопасной средой. Статистические данные [Л. 74] свидетельствуют о том, что расходы на эксплуатацию двигателей с фазным ротором с пуско­ регулирующим сопротивлением в 5 раз, а двигателей постоянного тока в 10 раз выше, чем двигателей с корот­ козамкнутым ротором.

Величина потерь в короткозамкнутых двигателях во время переходных процессов — один из основных факто­ ров, ограничивающих использование их в крановом электроприводе. Кроме того, они могут создавать не­ допустимые динамические нагрузки в механизме и при­ водить к раскачиванию груза, так как пусковой и макси­ мальный тормозной моменты (при переключении с выс­ шей скорости на низшую в двигателе с изменяемым числом пар полюсов) трудно регулируются.

Принципиально возможно регулирование скорости этих двигателей в широком диапазоне двумя способами:' питанием их от регулируемого преобразователя частоты и изменением числа пар полюсов. Наиболее экономич­ ным способом регулирования скорости асинхронных дви­ гателей является частотный. Этот метод позволяет плав­ но регулировать скорость в любых режимах (двигатель­ ном, тормозном). Жесткость механических характеристик достаточна для крановых установок.

Для обеспечения постоянной перегрузочной спо­ собности двигателя и ограничения его перегрева при

За рубежом находит применение двухчастотная си­ стема регулирования, когда при работе с номинальной скоростью двигатель питается от сети, а для получения пониженной скорости он подключается к специальному

чила распространения в нашей стране из-за своей слож­ ности, высокой стоимости и потребности в специальной аппаратуре или дополнительных вращающихся машинах, которые понижают надежность системы и затрудняют ее обслуживание.

Наиболее перспективными являются системы со стати­ ческими преобразователями частоты на тиристорах, от­ личающимися быстродействием, высоким к. п. д., неболь­ шими габаритами установки. В настоящее время пред­ ложено много схем преобразователей частоты как со звеном постоянного тока, так и 'непосредственного пре­ образования. Как пример можно указать на преобразо­ ватель частоты о управлением от трехфазного датчика синусоидального напряжения [Л. 67], предлагаемый для питания двигателей подъемных устройств. На выходе преобразователя достигается плавное изменение частоты в диапазоне 0—20 гц при частоте питания 50 гц. Дви­ гатель, подключенный к такому преобразователю, надеж­ но работает как в двигательном, так и в генераторном, режимах. В качестве трехфазного датчика используется регулируемый синхронный генератор мощностью около 1 ва с усилителем мощности, состоящим из 12 тиристо­ ров, включенных по встречно-параллельной схеме. Одна­ ко сложность схемы управления, большое число элемен­ тов не позволяют пока рекомендовать эти схемы для широкого внедрения на крановых механизмах.

Так как крановые механизмы допускают ступенчатое регулирование скорости, они могут быть оборудованы многоскоростными асинхронными двигателями с пере­ ключаемым числом пар полюсов. При этом может быть повышена допустимая частота включений механизма [Л. 101], и пониженная скорость использована для повы­ шения точности остановки. Диапазон регулирования ско­ рости зависит от исполнения обмоток. Так, двигатели серии МТК обеспечивают при номинальном моменте диапазоны 2,2:1; 3:1; 4,5:1 при достаточно жестких механических характеристиках в двигательном и тормоз­ ном режимах.

Для уменьшения момента при разгоне на время пу­ ска в цепь обмотки статора целесообразно вводить активные сопротивления. Тем же путем можно достичь ограничения тормозного момента при переходе с номи­ нальной скорости на пониженную; однако в этом случае сильно уменьшается и пусковой момент двигателя, так что при работе на подъем и переводе на малую скорость последний может остановиться и даже разогнаться гру­ зом в режиме противовключения до разноса [Л. 5]. В меньшей степени снижается пусковой момент при введении в линии статора индуктивных сопротивлений

для ограничения генераторного момента. Развитием это­ го способа является схема [Л. 37], в которой на время переходного процесса быстроходная обмотка статора включается последовательно с тихоходной. При этом быстроходная обмотка играет роль индуктивности, ве­ личина которой меняется в функции скольжения, и при синхронной скорости, соответствующей быстроходной обмотке, результирующий момент двигателя близок к нулю. Однако такие переключения обмоток усложняют схему и часто сводят к минимуму основные достоинства короткозамкнутых двигателей — простоту эксплуатации и надежность.

За рубежом имеется опыт применения короткозам­ кнутых двигателей, особенно с повышенным скольже­ нием для привода крановых механизмов [Л. 109]. Корот­ козамкнутые двигатели применяются, например, для привода 'всех механизмов, мостового монтажного крана 250/32 тс в ФРГ Они устанавливаются также на ряде металлургических кранов [Л. 97]. Для регулирования мо­ мента механизма передвижения, приводимого двумя или четырьмя двигателями, используются неодинаковые схе­ мы включения отдельных машин. Так, при двухдвига­ тельном приводе можно получить четыре ступени мо­ мента (от 22,5% до 100%), если применить комбинацию включения статорных обмоток двигателей в нормальную схему и в схему открытого треугольника. Как указывает­ ся в [Л. 97], такая система не уступает по плавности ре­ гулирования момента реостатному управлению асинхрон­ ного двигателя с кольцами.

В нашей стране выпускаются стандартные силовые контроллеры типа НТ-53, НТ-63, ККТ-63 для управления короткозамкнутыми двигателями механизмов кранов. Опыт эксплуатации показал, что главным для успешной работы этих машин является их правильный выбор с учетом особенностей самого двигателя и условий рабо­ ты кранов. При легком режиме работы (нерегулярная, редкая работа крана), когда требуемая мощность при­ вода не превышает 20—25 кет, а скорость подъема 5— 6 м/мин, нет повышенных требований в отношении плав­ ности пуска и торможения (особенно в пожароопасных, взрывоопасных помещениях) для механизмов подъема группы I могут быть использованы обычные короткоза­ мкнутые двигатели, для кранов группы II — двигатели с переключаемым числом пар полюсов.