Распечатать

Электропривод

Преобразователи частоты: через тернии к звездам

12.05.2011

Источник: Драйвика

Особенности использования частотного привода в подъемных кранах

Работа крана характеризуется частыми пусками его механизмов. Соответственно, крановые электродвигатели отличает кратковременный (S2) и повторно-кратковременный (S3) режимы работы. Для подъема груза и перемещения устройства захвата кранов сегодня используются различные типы моторов: асинхронные с фазным ротором, асинхронные с короткозамкнутым ротором, а также двигатели постоянного тока. Рассмотрим их преимущества и недостатки.

Типы двигателей для крановых приводов

Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют небольшие пусковые токи за счет включения в цепь ротора сопротивления (реостатный пуск), разгон двигателей происходит в функции времени посредством реле времени. К недостаткам использования двигателей данного типа относятся: наличие большого количества контактной аппаратуры требующей обслуживания, резисторы в цепи ротора, имеющие большие габариты и выделяющие тепло, и до недавнего времени отсутствие возможности плавного регулирования скорости. Сегодня современные цифровые тиристорные приводы (например, JL\JLX фирмы Sprint Electric) позволяют плавно регулировать скорость двигателей с фазным ротором. При этом резисторы подключаются в цепь ротора автоматически, посредством дискретных выходов того же привода, а при торможении двигатателя происходит рекуперация энергии в питающую сеть.

Двигатели постоянного тока применяют там, где требуется плавное и глубокое регулирование скорости вращения вала двигателя (например, при высотном строительстве). Регулирование скорости в этом случае осуществляется тиристорным преобразователем. К недостаткам двигателя данного типа можно отнести сложность его конструкции, большую массу, стоимость и потребность в периодическом обслуживании щеточного узла.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором использовались, как правило, в приводах, не требующих регулирования скорости. Основным их недостатком являлся пусковой ток, который в 6–7 раз превышал номинальный. Асинхронные двигатели имеют простую конструкцию, надежны в эксплуатации, не требует обслуживания. Появление частотных преобразователей, позволяющих регулировать скорость вращения асинхронных электродвигателей, позволило применять их на всех механизмах крана. Частотные преобразователи позволяют плавно разгонять и останавливать двигатели по заданному закону, регулировать скорость перемещения тележки, крана, подъема груза в процессе работы.

Требования к преобразователям частоты

К частотным преобразователям, применяемым в крановом оборудовании, предъявляются определенные требования. В первую очередь это должны быть модели с векторным управлением для обеспечения динамичной работы привода, способные поддерживать требуемый момент на валу асинхронных двигателей даже на малых частотах вращения. Также это должны быть устройства, способные противостоять вибрациям (механическая конструкция крана склонна к колебаниям), имеющие набор специальных функций, высокую перегрузочную способность и широкий диапазон рабочих температур.

Возможность регулирования скорости вращения двигателей с помощью частотных преобразователей позволяет решать следующие задачи, характерные для подъемно-транспортного оборудования (ПТО):

Простота организации системы управления приводами

Стандартные дискретные и аналоговые сигналы управления заводятся напрямую из контроллера в частотные преобразователи. Все ПЧ можно объединить в одну сеть (например, Profibus, DeviceNet), при этом оператор будет получать широкий спектр диагностических сообщений.

Плавный разгон и останов механизмов крана

Снижаются механические нагрузки и удары на конструкцию крана. Законы разгона и торможения программируются непосредственно в частотных преобразователях.

Компенсация смещения, перемещение по кривым траекториям.

В случае обширной зоны работы траектория движения обеих ходовых частей крана может изменяться. Тогда ходовые части приводятся в движение от раздельных частотных преобразователей, которые обеспечивают одно и то же заданное значение скорости. Смещение компен- Крановые асинхронные электродвигатели сируется за счет подачи на частотный преобразователь одной из ходовых частей дополнительного задания, величина которого вычисляется математически либо с помощью лазерных датчиков.

Управление электромеханическим тормозом

Преобразователи, применяемые в кранах, должны иметь эту функцию. Все двигатели ходовой части снабжены электромеханическим тормозом, который накладывается сразу после ее останова.

В случае с механизмом подъема тормоз должен открываться в точке, когда создается достаточно большой момент, необходимый для удержания груза, но недостаточный для ускорения.

Рекуперация энергии

При торможении ходовой, поворотной части лебедки асинхронные двигатели работают в генераторном режиме. При этом может выделяться достаточно большое количество энергии (особенно при опускании тяжелого груза с большой высоты). Эту энергию можно либо рассеять на тормозных резисторах (преобразователь частоты должен иметь возможность его подключения), либо вернуть обратно в сеть электропитания. Нужно отметить, что процесс рекуперации энергии в сеть (для этого необходимо использовать специальный преобразователь частоты либо дополнительный преобразователь частоты, работающий в режиме рекуперации) требует значительных вложений. И при проектировании системы управления крана следует оценить экономический эффект от внедрения.

Также для повышения КПД крановой установки, преобразователи частоты можно объединить по шине постоянного тока, при этом привод, работающий в генераторном режиме, будет отдавать свою энергию приводам, работающим в двигательном режиме.

Разработка преобразователей частоты, специализированных для крановых применений, не стоит на месте, современные модели позволяют управлять все большим количеством вспомогательных устройств крана (что дает возможность в некоторых случаях отказаться от внешнего контроллера), используют специальные алгоритмы, предотвращающие раскачивание груза, регулирования скорости в зависимости от нагрузки, выбор слабины каната и т. д.

Павел Зайцев, технический директор, ООО "Драйвика"

Фотографии предоставлены: ОАО НИИПТЭМ (1), ОАО Балткран (2)

Мнение 23.08.2017 Минпромторг России утвердил методику отбора российских машиностроителей для включения в вендор-листы международных инжиниринговых компаний. Цель отбора – оценить способности компаний выполнить поставку продукции и сформировать реестр квалифицированных претендентов.
Электропривод 23.08.2017 Американское подразделение компании YASKAWA выпустило мотор-редукторы на базе сервосистемы серии Sigma-7. Новая серия позволит обеспечить точность уже известных и активно применяемых серводвигателей Yaskawa для более широкого круга задач автоматизации.
Электропривод 21.08.2017 Компания "Инстарт" анонсировала выпуск новой серии преобразователей частоты SDI. В неё вошли одни из самых компактных и простых устройств в управлении электродвигателями в линейке преобразователей частоты INSTART.
Электропривод 21.08.2017 LINAK расширила линейку подъемных колонн DESKLINE новой моделью DL19 - колонной со встроенным двигателем. По данным производителя, новая трехступенчатая подъемная колонна предлагает плавное перемещение и простой монтаж.
Автоматизация 18.08.2017 У штаб-квартиры Mitsubishi Electric новый офис в российской столице. В августе компания перебралась в бизнес-центр «Вивальди Плаза» у метро «Павелецкая».
Электропривод 15.08.2017 Компания «Веспер» начала производство новой серии преобразователей частоты Е5 с пилотной модели Е5-8200. Векторный преобразователь Е5-8200 является продолжением самой популярной серии Е2-8300 и совмещает в себе её технические возможности с бюджетной стоимостью.
Электропривод 04.08.2017 Японская Nidec Corporation приобрела немецкого производителя компрессоров для холодильников Secop Group и итальянскую компанию LGB Elettropompe S.r.l., выпускающую насосы и электромоторы, и планирует укрепить свои позиции на рынке коммерческих и бытовых электроприборов.
Электропривод 31.07.2017 Bonfiglioli выпустила линейку планетарных редукторов 300М промышленного назначения с высокой интенсивностью крутящего момента и повышенный КПД при компактных габаритах. Серия представлена в 20 типоразмерах с выходным крутящим моментом в диапазоне от 1,3 до 1300 кНм.
Электропривод 25.07.2017 Yaskawa Electric Corporation сообщила о создании первого в мире серводвигателя со встроенным усилителем на нитрид-галлиевых полупроводниках. Серводвигатель Σ-7 F вдвое меньше по размеру традиционных приводов, что предоставляет возможность создавать более компактные и эффективные решения.