CC BY
368
УДК 621.87
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ДЛЯ АВТОКРАНА КС-4562
В.С. Щербаков, В.Е. Беляков
В статье рассматривается возможность применения частотного пуска и дроссельного управления асинхронного двигателя в автокранах. Производится моделирование частотного пуска, дроссельного управления в программе МаНаЪ пакета Бішиїтк
Ключевые слова: электропривод, частотное и дроссельное управление, математическое моделирование систем управления
Технологические режимы многих производственных механизмов на разных этапах работы требуют движения исполнительного органа с различной скоростью, что обеспечивается путем регулирования скорости электропривода. В большинстве случаев регулирование скорости механизма обеспечивается заданием различной скорости двигателя, поддержанием ее на заданном уровне, изменением во времени по требуемым законам с определенной точностью [2,6].
Получение низких посадочных скоростей, низких скоростей при выборе канатов, низких скоростей для точной остановки крановых механизмов с асинхронными электродвигателями остаётся актуальной задачей.
В настоящее время существует множество электроприводов решающих поставленную задачу.
Одним из таких электроприводов является электропривод с торможением про-тивовключением [4,7]. Здесь имеет место большая зависимость от выбора начального пускового момента. С одной стороны, желательно уменьшить этот момент с целью снижения толчков момента. С другой стороны, снижение пускового момента может привести к опусканию тяжелых грузов на позициях подъема и возникновение чрезмерных скоростей на позициях спуска.
Пуск электроприводов может производиться при различных условиях [1]. Пуск может быть нормальным, когда по производственным условиям не требуется быстрого ускорения. Это справедливо для редко пускаемых приводов. В этих случаях пики тока и момента могут быть небольшими.
Щербаков Виталий Сергеевич - СибАДИ, д-р техн. наук, профессор, тел. (3812) 650455 Беляков Виталий Евгеньевич - СибАДИ, аспирант, тел. 8 904 327 3574
Пуск может быть форсированным, когда требуется быстрое ускорение привода. Такое ускорение требуется для часто пускаемых приводов. В этом случае необходимо задаваться максимально допустимыми пиками тока и момента
Возможно, для электропривода потребуется осуществлять плавный пуск. Для этого необходимо, чтобы разность между пиками момента и моментами переключения была небольшой. Задача формирования пускотормозных режимов осложняется факторами, ограничивающими предельные нагрузки двигателей [3,5]. Кратковременные перегрузки незначительно сказываются на эквивалентной нагрузке, в то же время резко повышают температуру обмоток. Так при номинальной нагрузке температура ротора и статора повышается со скоростью 0,2°/с, а при нагрузке 0,8 от максимальной, скорость повышения температуры увеличивается в 30 раз. В результате следует ограничивать предельные нагрузки на уровне 1,7 от номинальной для двигателей с фазным ротором, при максимальном пусковом моменте не более 2,5 момента номинального [8] .
Слишком большое начальное ускорение приводит к рывкам и вследствие этого опасному раскачиванию груза.
Требования к ускорениям механизмов крана определяются следующими условиями. Максимальное ускорение не должно превосходить значений, при которых нарушается условия сцепления колес с грунтом, и возникают не допустимые раскачивания груза. Раскачивание груза может быть небезопасно для персонала и снижает производительность механизмов. Для уменьшения раскачивания груза рекомендуется уменьшать приращение скорости, путем увеличения количества ступеней разгона или торможения, то есть, более плавного изменения скорости. Другим методом снижения раскачивания груза предлагается переход
на другие механические характеристики с небольшими скоростями. Применение дросселей для создания пуско-тормозных режимов позволило полностью исключить проблему выбора соотношения моментов переключения и пиками моментов. Разгон или торможение будет осуществляться по одной характеристики, обусловленной параметрами дросселя.
Рис. 1. Схема управления асинхронным двигателем с пусковыми резисторами
-Ц50Ги
Рис. 2. Схема управления асинхронным двигателем с дросселем в роторной цепи
Традиционным средством ограничения пусковых токов асинхронных электродвигателей с фазным ротором является введение в цепь ротора пусковых сопротивлений (рис.1). Сопротивления ускорения Я1У, Я2У ограничивают роторный ток при пуске электродвигателя и контакторами КМ3 и КМ4 при пуске последовательно выводятся из роторной цепи электродвигателя. При торможении проти-вовключением (противотоком) в роторную цепь отключением контактора КМ5 дополни-
тельно вводится ступень противовключения Ип.
Из рис.1 видно, что для пуска и торможения электродвигателя необходима коммутационная аппаратура, усложняющая схему электропривода и требующая обслуживания. Эксплуатационный персонал всегда приветствует любое упрощение схемы управления. Такое упрощение схемы пуска имеет место при использовании дросселей, включенных в цепь ротора асинхронных электродвигателей.
Дроссель представляет собой активноиндуктивное сопротивление, значение которого за счет изменения величины и частоты тока ротора автоматически уменьшается при пуске от исходного значения до практически нулевого значения. Тогда исключается вся коммутационная аппаратура роторной цепи электродвигателя (рис. 2).
Рис. 3. Функциональная схема ротора электродвигателя
Дроссельный регулируемый электропривод включает в себя дроссель пусковой типа ДПД, регулятор скорости тиристорный типа РСТ05 и устройство вывода на естественную характеристику типа РСТ05-В (УВЕХ) (рис.3). Для выполнения отдельных функций на основе дросселя каждое из устройств может работать самостоятельно.
При наличии регулятора к кольцам ротора подключается блок силовой БС регулятора с тиристорами У8Л, У8Б, У8С (рисунок 4). Панель управления ПУ контролирует напряжение на кольцах ротора, которое характеризует скорость электродвигателя. При разгоне электродвигателя при снижении напря-
жения на роторе ниже заданного (при превышении заданного значения скорости ротора) ПУ формирует управляющие сигналы на тиристоры БС. Длительность включенного состояния тиристоров при завершении пуска. ПУ получает питание со статорной цепи при замыкании контакторов КМ1 и КМ2.
Рис. 4. Схема функциональная дроссельного электропривода с регулятором
Для исследования построим математическую модель (рис. 5).
Рис. 5. Математическая модель электропривода автокрана КС 4562
Рис. 6. Результаты моделирования работы механизма подъема автокрана КС 4562
Анализируя результаты моделирования, видно, что перерегулирование составляет 50 %, время задержки разгона 0,01 с, и время переходного процесса 0,4 с.
дроссельного пуска двигателя с фазным ротором
Рис. 8. Результаты моделирования дроссельного пуска двигателя с фазным ротором
Рис. 9. Схема электрическая принципиальная системы управления электропривода
механизма подъема крана КС 4562
Выводы:
Составив математическую модель электропривода с дроссельным управлением, видно, что перерегулирование исчезло совсем, время переходного процесса не изменилось, время задержки разгона фактически не изменилось.
На основании всего выше изложенного, была разработана схема электрическая принципиальная (рис.9). Как видно, что управление микропроцессорное (фирма ‘АшеГ), составлен алгоритм работы (рис. 10).
Рис. 10. Алгоритм работы системы автоматизации
• дроссель с массивными (в ферромагнитном понимании) сердечниками создает активно-индуктивное сопротивление, величина которого автоматически уменьшается с ростом скорости электродвигателя при пуске;
• при включении дросселя в роторную цепь уменьшение пускового тока идет в большей мере, чем соответствующее уменьшение пускового момента;
• механические характеристики дроссельного электропривода по внешнему виду приближаются к "экскаваторным" характеристикам, являющиеся желаемыми для плавного пуска электродвигателя;
• рабочая часть механических характеристик дроссельного электропривода несколько мягче, чем естественные характеристики, что снижает статическую скорость механизма на 3%-8%. Этот недостаток можно устранить шунтированием колец ротора электродвигателя контактором после завершения пуска;
• дроссельный электропривод с тиристорным регулятором скорости обеспечивает все требуемые режимы работы механизмов подъема крановых механизмов, включая реа-реализацию режимов выбора слабины канатов и низкие посадочные скорости;
• опыт показал эффективность использования дросселей в приводах крановых механизмов, упрощая схемы управления и резко повышая их эксплуатационную надежность.
Литература
1. Яуре А.Г., Певзнер Е.Н. Крановый электропривод: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988. -344 с.
2. Соколов М.М. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов, М.: «Энергия», 1969, -544 с.
3. Крановое электрооборудование: Справочник / Алексеев Ю.В., Богословский А.П., Певзнер Е.М. и др.; Под ред. Рабиновича А. А. -М.: Энергия, 1979.
4. Певзнер Е. М., Яуре А.Г. Эксплуатация крановых тиристорных электроприводов. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
5. Москаленко В. В. Электрический привод: Учеб. для электротехн. спец. вузов.-М.: Высш. шк.,1991, -430 с.
6. Башарин А. В. и др. Управление электроприводами / Учеб. пособие для вузов по спец. "Электропривод и автоматизация пром. установок и технол. комплексов".- Л. :Энергоатомиздат,1982 - 392 с.
7. Андреев В. П., Сабинин Ю. А. Основы электропривода - 2-е изд., перераб.- М.: Л.: Госэнергоиздат, 1963, - 772 с.
8. Масандилов Л.Б., Москаленко В.В. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергия, 1978 - 96 с.
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
PERSPECTIVE CONTROL SYSTEMS OF ELECTRIC DRIVES V.S. Scherbakov, V.E. Belyakov
In the article possibility of application of the frequency starting and choke management of asynchronous engine is examined in truck cranes. The design of the frequency starting is produced, choke management in the program Matlab of package of Simulink
Key words: system of modelling, control systems of electric drives
