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 13.02.2019 Создание более легкого электромобиля предполагает снижение веса двигателя. Один из возможных вариантов - использование армированных полимерных материалов. И это не единственное преимущество новой концепции исследователей из «Института химической технологии» Fraunhofer ICT.
Электропривод 12.02.2019 Компания «Данфосс» запускает онлайн-портал DrivesHub, который должен помочь правильно эксплуатировать приводную технику. Зарегистрировав частотник на сайте, клиент компании получит доступ ко всем данным о своем устройстве - от технической документации до обновлений ПО.
Электропривод 11.02.2019 Компания ООО «Электропривод» расширила линейку блоков управления коллекторными двигателями постоянного тока с напряжением питания до 24 В. По сравнению с предыдущей моделью у контроллера BMD-40DIN номинальный ток вырос с 12 до 40 А, пусковой - с 16 до 100 А
Электропривод 05.02.2019 Решения для бесперебойного питания электродвигателя с частотным регулированием представила компания Danfoss Drives. Его основой является низковольтное комплектное устройство VEDAUPS, обеспечивающее подключение накопителя энергии к звену постоянного тока преобразователя.
Электропривод 04.02.2019 Японская компания Nidec объявила о приобретении 70 % акций немецкой DESCH Antriebstechnik и ее дочерних структур в Германии и Китае, специализирующихся на производстве мощных высокоточных редукторов.
Электропривод 31.01.2019 Компания KEB Automation и производитель электродвигателей Brusatori Motori Elettrici объявили о партнерстве, основанном на приобретении KEB тридцати процентов акций итальянской фирмы. Сервомоторы и двигатели с высоким крутящим моментом Brusatori помогут KEB стать интегральным поставщиком приводных
Электропривод 30.01.2019 Bosch получает полный контроль над EM-motive, «одним из самых успешных» производителей электродвигателей в Европе. Компания была создана Bosch и Daimler на паритетных началах, как совместное предприятие. С 2007 года она выпустила около 450 000 электродвигателей.
Электропривод 28.01.2019 Компания Rockwell Automation представила на российском рынке обновленный ряд модульных преобразователей частоты PowerFlex 755T. Теперь эти приводы могут эксплуатироваться с двигателями мощностью от 7,5 до 4 500 кВт.
Электропривод 25.01.2019 Концерн Danfoss заключил окончательное соглашение о слиянии с UQM Technologies, в соответствии с которым американская компания станет частью Danfoss Power Solutions. UQM занимает ведущие позиции в сегменте двигателей и инверторов в диапазоне мощностей до 250 кВт.
Электропривод 22.01.2019 Немецкая компания КТР заслужила известность у российских потребителей прежде всего своими муфтами. В последнее время серьезно расширился и ассортимент тормозных систем. Подробностями с нами поделился Вячеслав Зюбин, глава российского подразделения КТР.