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)

Электропривод 10.09.2019 Компания ABB выиграла заказы на сумму более 140 миллионов долларов от швейцарского производителя поездов Stadler на поставку современного тягового оборудования для поездов и локомотивов в США и нескольких европейских странах.
Электропривод 02.09.2019 Преобразователь частоты компании Danfoss получил возможность мониторинга и прогнозирование технического состояния систем с частотным регулированием. VLT AutomationDrive FC 302 позволяет заблаговременно обнаруживать неполадки в приводной системе.
Автоматизация 29.08.2019 Министр промышленности и торговли Российской Федерации Денис Мантуров направил приветствие в адрес участников, гостей и организаторов международной политехнической выставки «Технофорум-2019».
Электропривод 27.08.2019 Cуществует несколько эффективных технологичных мероприятий, позволяющих ускорить процесс внедрения высокоэнергоэффективных двигателей. Одно из них заключается в заливке ротора медным сплавом, обладающим высокой электрической проводимостью, и, следовательно, снижающим потери в обмотке ротора.
Электропривод 15.08.2019 В России в ближайшее время могут появиться обязательные нормы энергоэффективности для электродвигателей. Совет Евразийской экономической комиссии принял технический регламент ЕАЭС «О требованиях к энергетической эффективности энергопотребляющих устройств», устанавливающий классы энергоэффективности
Электропривод 09.08.2019 Единый инструмент для программирования и настройки преобразователей частоты и открытых систем промышленной автоматизации представили компании «Данфосс» и Beckhoff Automation.