Tristör kontrollü vinç mekanizmalarının otomatik elektrikli tahriki

Vinç mekanizmalarının modern elektrikli tahrik sistemleri, esas olarak, hızı rotor devresine dirençler getirerek röle-kontaktör yöntemiyle kontrol edilen asenkron motorlar kullanılarak gerçekleştirilir. Bu tür elektrikli tahrikler, küçük bir hız kontrol aralığına sahiptir ve çalıştırma ve durdurma sırasında, vinç yapısının performansını olumsuz yönde etkileyen, yükün sallanmasına yol açan ve bu tür sistemlerin yüksekliği ve kaldırması yüksek olan vinçlerde kullanımını sınırlayan büyük tekmeler ve ivmeler oluşturur. kapasite

Güç yarı iletken teknolojisinin geliştirilmesi, vinç kurulumlarının otomatik elektrikli tahrik yapısında temelde yeni çözümler getirmeyi mümkün kılar. Şu anda, kule vinçlerin ve köprü vinçlerin kaldırma ve hareket mekanizmalarında güçlü tristör dönüştürücüler tarafından tahrik edilen DC motorlara sahip ayarlanabilir bir elektrikli sürücü kullanılmaktadır - TP sistemi - D.

Bu tür sistemlerde motor hızı, armatür voltajını değiştirerek (20 ÷ 30): I aralığında düzenlenir. Aynı zamanda geçici süreçlerde sistem, ivme ve vuruşların belirlenen normlar dahilinde elde edilmesini sağlar.

Bir asenkron motorun (AM) stator devresine bir tristör konvertörü bağlandığında, asenkron bir elektrikli sürücüde iyi düzenleme nitelikleri de kendini gösterir. Kapalı bir ACS'de motor stator voltajının değiştirilmesi, başlatma torkunun sınırlandırılmasına, sürücünün yumuşak bir şekilde hızlanmasına (yavaşlamasına) ve gerekli hız kontrol aralığına ulaşılmasına olanak tanır.

Tristör dönüştürücülerin vinç mekanizmalarının otomatik elektrikli tahrikinde kullanımı yerli ve yabancı uygulamada giderek daha fazla kullanılmaktadır. Çalışma prensibini ve bu tür kurulumların olanaklarını tanımak için, DC ve AC motorlar için iki kontrol şeması varyantı üzerinde kısaca duralım.

İncirde. Şekil 1, bir köprü vinci kaldırma mekanizması için bağımsız olarak uyarılan bir DC motorun tristör kontrolünün şematik bir diyagramını göstermektedir. Motorun armatürü, dönüştürücünün voltajını ve yükü eşleştirmeye yarayan bir güç trafosu Tr'den, iki grup tristör T1 - T6 ve T7'den oluşan ters çevrilebilir bir tristör dönüştürücü tarafından beslenir. her ikisi de doymamış hale getirilmiş yumuşatma reaktörleri olan 1UR ve 2UR yumuşatma reaktörleri .

Pirinç. 1. TP-D sistemine göre vincin elektrikli tahrikinin şeması.

T1 - T6 tristör grubu, kaldırma sırasında bir doğrultucu ve ağır yükleri indirirken bir invertör olarak çalışır, çünkü bu modlar için motorun armatür devresindeki akımın yönü aynıdır. Armatür akımının ters yönünü sağlayan ikinci tristör grubu T7 - ​​​​T12, güç kesintisi sırasında ve frenleri indirmek için motoru çalıştırmanın geçici modlarında, kaldırma işleminde dururken bir invertör olarak bir doğrultucu olarak çalışır. yükler veya kanca.

Tristör gruplarının aynı olması gereken hareketli vinç mekanizmalarından farklı olarak, kaldırma mekanizmaları için ikinci grubun tristörlerinin gücü birinciden daha az alınabilir, çünkü güç kapatma sırasındaki motor akımı, ağır kaldırma ve indirme sırasındaki motor akımından çok daha azdır. yükler.

Tristör dönüştürücünün (TC) doğrultulmuş voltajının düzenlenmesi, her biri karşılık gelen iki ateşleme darbesi sağlayan iki blok SIFU-1 ve SIFU-2'den (Şekil 1) oluşan yarı iletken bir darbe fazlı kontrol sistemi kullanılarak gerçekleştirilir. tristör 60 ° ofset.

Kontrol sistemini basitleştirmek ve elektrikli sürücünün güvenilirliğini artırmak için bu şema, tersine çevrilebilir TP'nin koordineli kontrolünü kullanır. Bunun için iki grubun yönetim özellikleri ve yönetim sistemlerinin birbirine sıkı sıkıya bağlı olması gerekir. Kilit açma darbeleri, bu grubun düzeltici çalışma modunu sağlayan T1 - T6 tristörlerine verilirse, kilit açma darbeleri T7 - ​​​​T12 tristörlerine verilir, böylece bu grup inverter tarafından çalışmaya hazırlanır.

TP'nin herhangi bir çalışma modu için kontrol açıları α1 ve α2, doğrultucu grubunun ortalama voltajı evirici grubunun voltajını aşmayacak şekilde değiştirilmelidir, yani. bu koşul karşılanmazsa, düzeltilmiş eşitleme akımı iki tristör grubu arasında akacaktır, bu da valfleri ve transformatörü ek olarak yükler ve ayrıca korumanın açılmasına neden olabilir.

Bununla birlikte, doğrultucu ve invertör gruplarının tristörlerinden α1 ve α2 kontrol açılarının doğru eşleşmesiyle bile, UαB voltajlarının anlık değerlerinin eşitsizliği nedeniyle alternatif bir eşitleme akımının akışı mümkündür. ve UαI. Bu dengeleme akımını sınırlamak için 1UR ve 2UR dengeleme reaktörleri kullanılır.

Motorun armatür akımı her zaman reaktörlerden birinden geçer, bu akımın dalgalanmaları azalır ve reaktörün kendisi kısmen doymuş olur. Halihazırda içinden yalnızca dengeleme akımının aktığı ikinci reaktör doymamış kalır ve iyp'yi sınırlar.

Tristörlü elektrikli vinç tahriki, 1000 Hz frekanslı dikdörtgen bir voltaj üreteci tarafından beslenen, yüksek hızlı ters çevrilebilir toplam manyetik amplifikatör SMUR kullanılarak yapılan tek döngülü bir kontrol sistemine (CS) sahiptir. Bir elektrik kesintisi durumunda, böyle bir kontrol sistemi, tatmin edici statik özellikler ve yüksek kalitede geçici süreçlerin elde edilmesini sağlar.

Elektrikli sürücü kontrol sistemi, aralıklı motor voltajı ve akımı için negatif geri beslemenin yanı sıra Ud voltajı için zayıf bir pozitif geri besleme içerir.SMUR sürücü bobinlerinin devresindeki sinyal, R4 direncinden gelen referans voltajı Uc ile POS potansiyometresinden alınan geri besleme voltajı αUd arasındaki farkla belirlenir. Sürücünün dönüş hızını ve yönünü belirleyen komut sinyalinin değeri ve polaritesi, KK kontrolörü tarafından düzenlenir.

Ters gerilim Ud, SMUR ana sargılarına paralel bağlanmış silikon zener diyotlar kullanılarak kesilir. Ud — aUd gerilim farkı Ust.n'den büyükse, zener diyotları akımı iletir ve kontrol bobinlerinin gerilimi Uz.max = Ust.n'ye eşit olur.

Bu noktadan itibaren, aUd sinyalinin azalması SMUR'un ana sargılarındaki akımı etkilemez, yani. Ud gerilimi için negatif geri besleme çalışmaz, bu genellikle Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n motor akımlarında olur.

Geri besleme sinyali aUd referans sinyali Uz'ye yaklaşırsa, zener diyotlarındaki voltaj Ust.n'den daha az olur ve akım içlerinden akmaz. SMUR'un ana sargılarındaki akım, U3 — aUd gerilim farkı tarafından belirlenecektir ve bu durumda negatif gerilim geri beslemesi devreye girer.

Negatif akım geri besleme sinyali, sırasıyla T1 - T6 ve T7 - ​​​T12 tristör gruplarıyla çalışan iki grup akım trafosu TT1 - TT3 ve TT4 - TT8'den alınır. BTO akım kesicide, R dirençleri üzerinde elde edilen üç fazlı alternatif gerilim U2TT ≡ Id doğrultulur ve referans gerilim görevi gören zener diyotları aracılığıyla Uto.s sinyali SMUR'un akım sargılarına beslenir. , amplifikatörün girişinde ortaya çıkan sonucu düşürür.Bu, konvertör voltajını Ud azaltır ve statik ve dinamik modlarda armatür devre akımı Id'yi sınırlar.

Elektrikli sürücünün mekanik özellikleri ω = f (M) için yüksek bir doldurma faktörü elde etmek ve geçici modlarda sabit bir ivmeyi (yavaşlamayı) korumak için, yukarıda listelenen bağlantılara ek olarak, pozitif bir geri besleme uygulanır. gerilim ile devre.

Bu bağlantının kazanç faktörü kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd olarak seçilir. dönüştürücünün Ud = f (Uy) karakteristiğinin ilk bölümüne göre, ancak Ud üzerindeki negatif geri beslemenin α katsayısından daha küçük bir mertebe ile. Bu ilişkinin etkisi esas olarak özelliğin dik eğimli kesitlerini sağlayan mevcut süreksizlik bölgesinde kendini gösterir.

İncirde. Şekil 2, a, kontrolörün farklı konumlarına karşılık gelen U3 referans voltajının farklı değerleri için kaldırma tahrikinin statik özelliklerini gösterir.

İlk yaklaşım olarak, başlatma, geri alma ve durdurma geçiş modlarında, ω = f (M) koordinat eksenlerindeki çalışma noktasının statik karakteristik boyunca hareket ettiği varsayılabilir. Ardından sistemin ivmesi:

burada ω açısal hızdır, Ma motor tarafından geliştirilen momenttir, Mc hareketli yükün direnç momentidir, ΔMc dişlilerdeki kayıp momentidir, J motor miline indirgenen atalet momentidir.

Şanzıman kayıplarını göz ardı edersek, motoru yukarı ve aşağı çalıştırırken ve ayrıca yukarı ve aşağı dururken hızlanma eşitliği koşulu, elektrikli tahrikin dinamik momentlerinin eşitliğidir, yani Mdin.p = Mdin.s.Bu koşulu sağlamak için, kaldırma tertibatının statik karakteristikleri hız eksenine göre asimetrik olmalı (Mstop.p> Mstop.s) ve fren momenti değeri bölgesinde dik bir cepheye sahip olmalıdır (Şekil 2, a) .

Pirinç. 2. Elektrikli sürücünün TP-D sistemine göre mekanik özellikleri: a — kaldırma mekanizması, b — hareket mekanizması.

Vinç hareket mekanizmalarının tahrikleri için, hareket yönüne bağlı olmayan direnç momentinin reaktif doğası dikkate alınmalıdır. Aynı motor torku değerinde, reaktif direnç torku, sürücünün başlama sürecini yavaşlatacak ve durma sürecini hızlandıracaktır.

Tahrik tekerleklerinin kaymasına ve mekanik transmisyonların hızlı aşınmasına yol açabilecek bu olguyu ortadan kaldırmak için, tahrik mekanizmalarında çalıştırma, geri gitme ve durma sırasında yaklaşık olarak sabit hızlanmaların sağlanması gerekir. Bu, Şekil 1'de gösterilen statik özellikler ω = f (M) elde edilerek elde edilir. 2, b.

Elektrikli tahrikin belirtilen mekanik karakteristik türleri, negatif akım geri beslemesi Id ve pozitif voltaj geri beslemesi Ud'nin katsayılarının uygun şekilde değiştirilmesiyle elde edilebilir.

Havai vincin tristör kontrollü elektrikli tahrikinin tam kontrol şeması, daha önce verilen şemalarda tartışılan tüm kilitleme bağlantılarını ve koruma devrelerini içerir.

TP'yi vinç mekanizmalarının elektrikli tahrikinde kullanırken, güç kaynaklarına dikkat edilmelidir.Dönüştürücüler tarafından tüketilen akımın sinüzoidal olmayan önemli doğası, dönüştürücünün girişindeki gerilim dalga biçiminin bozulmasına neden olur. Bu bozulmalar, dönüştürücü güç bölümünün ve darbeli faz kontrol (SPPC) sisteminin çalışmasını etkiler. Hat voltajı dalga formunun bozulması, motorun önemli ölçüde yetersiz kullanılmasına neden olur.

Besleme gerilimi bozulmasının, özellikle giriş filtrelerinin yokluğunda SPPD üzerinde güçlü bir etkisi vardır. Bazı durumlarda, bu bozulmalar tristörlerin rastgele tamamen açılmasına neden olabilir. Bu fenomen, SPPHU'yu doğrultucu yükü olmayan bir transformatöre bağlı ayrı arabalardan besleyerek en iyi şekilde ortadan kaldırılabilir.

Asenkron motorların hızını kontrol etmek için tristör kullanmanın olası yolları çok çeşitlidir - bunlar tristör frekans konvertörleri (otonom invertörler), stator devresine dahil olan tristör voltaj regülatörleri, elektrik devrelerindeki direnç ve akım darbe regülatörleri vb.

Vinç elektrikli tahriklerinde, göreceli basitlikleri ve güvenilirliklerinden dolayı esas olarak tristör voltaj regülatörleri ve darbe regülatörleri kullanılır, ancak bu regülatörlerin her birinin ayrı ayrı kullanılması, vinç mekanizmalarının elektrikli tahrikleri için gereklilikleri tam olarak karşılamaz.

Aslında, bir endüksiyon motorunun rotor devresinde yalnızca bir darbe direnci regülatörü kullanıldığında, empedans reostasının doğal ve mekanik özelliklerine karşılık gelen, yani reosta ile sınırlı bir düzenleme bölgesi sağlamak mümkündür.ayar bölgesi, mekanik özellikler düzleminin eksik doldurma I ve IV veya III ve II kadranları ile motor moduna ve muhalefet moduna karşılık gelir.

Bir tristör voltaj regülatörünün, özellikle tersinir olanın kullanılması, temel olarak -ωn'den + ωn'ye ve - Mk'den + Mk'ye kadar M, ω düzleminin tüm çalışma kısmını kapsayan bir hız kontrol bölgesi sağlar. Bununla birlikte, bu durumda, motorun kendisinde önemli kayma kayıpları olacaktır, bu da kurulu gücünü ve buna bağlı olarak boyutlarını önemli ölçüde abartma ihtiyacına yol açar.

Bu bağlamda, vinç mekanizmaları için asenkron elektrikli tahrik sistemleri oluşturulur; burada motor, rotordaki direncin darbeli düzenlemesi ve statora sağlanan voltajdaki değişiklikler kombinasyonu tarafından kontrol edilir. Bu, mekanik performansın dört çeyreğini doldurur.

Böyle bir birleşik kontrolün şematik bir diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir. 3. Rotor devresi, doğrultulmuş akım devresinde bir dirençli darbe kontrol devresi içerir. Devrenin parametreleri, reosta ile doğal özellikler arasındaki alanlarda (Şekil 4'te dikey çizgilerle gölgelenmiş) I ve III kadranlarında motorun çalışmasını sağlayacak şekilde seçilir.

Pirinç. 3. Stator voltajının bir tristör regülatörü ve rotor direncinin dürtü kontrolü ile bir vinç elektrikli tahrikinin şeması.

Reosta karakteristikleri ile hız ekseni arasındaki alanlarda hızı kontrol etmek için Şekil 2'de yatay çizgilerle gölgelenmiştir. 4, motorun tersine çevrilmesinin yanı sıra, 1-2, 4-5, 6-7, 8-9, 11-12 anti-paralel tristör çiftlerinden oluşan bir tristör voltaj regülatörü kullanılır.Statora verilen voltajın değiştirilmesi, bir dönüş yönü için 1-2, 6-7, 11-12 tristör çiftlerinin ve diğer dönüş yönü için 4-5, 6-7, 8-9 tristör çiftlerinin açılma açısı ayarlanarak gerçekleştirilir. dönüş yönü.

Pirinç. 4. Asenkron motorun birleşik kontrolü için kurallar.

Sert mekanik özellikler elde etmek ve motor torklarını sınırlamak için devre, bir TG takojeneratör ve bir DC trafo (manyetik amplifikatör) ​​TPT tarafından sağlanan hız ve doğrultulmuş rotor akımı geri bildirimi sağlar

Seri olarak R1 direncine sahip bir kondansatör bağlayarak tüm I çeyreğini doldurmak daha kolaydır (Şekil 3). Bu durumda doğrultulmuş rotor akımındaki eşdeğer direnç sıfırdan sonsuza kadar değişebilir ve böylece rotor akımı maksimum değerden sıfıra kadar kontrol edilebilir.

Böyle bir şemadaki motor hızı düzenleme aralığı, ordinat eksenine kadar uzanır, ancak kapasitör kapasitans değeri çok önemlidir.

Tüm I kadranını daha düşük kapasitans değerlerinde doldurmak için, direnç R1'in direnci ayrı adımlara bölünür. İlk aşamada, düşük akımlarda açılan kapasitans art arda tanıtılır. Adımlar, bir darbe yöntemiyle kaldırılır, ardından her birinin tristörler veya kontaktörler aracılığıyla kısa devresi gelir. Tüm I çeyreğinin doldurulması, dirençteki darbeli değişiklikler ile motorun darbeli çalışması birleştirilerek de elde edilebilir. Böyle bir şema, Şek. 5.

Hız ekseni ile reosta karakteristiği arasındaki alanda (Şekil 4), motor darbe modunda çalışır.Aynı zamanda, tristör T3'e kontrol darbeleri verilmez ve her zaman kapalı kalır. Motorun darbe modunu gerçekleştiren devre, çalışan bir tristör T1, bir yardımcı tristör T2, bir anahtarlama kondansatörü C ve dirençler R1 ve R2'den oluşur. Tristör T1 açıkken, akım R1 direncinden akar. Kondansatör C, R1 üzerindeki voltaj düşüşüne eşit bir voltajla şarj edilir.

T2 tristörüne bir kontrol darbesi uygulandığında, kondansatör gerilimi T1 tristörüne ters yönde uygulanır ve onu kapatır. Aynı zamanda, kapasitör yeniden şarj ediliyor. Motor endüktansının varlığı, kondansatörü yeniden şarj etme işleminin salınımlı bir yapıya sahip olmasına yol açar, bunun sonucunda T2 tristörü kontrol sinyalleri vermeden kendi kendine kapanır ve rotor devresi açık hale gelir. Ardından tristör T1'e bir kontrol darbesi uygulanır ve tüm işlemler tekrarlanır.

Pirinç. 5. Bir asenkron motorun impuls kombine kontrol şeması

Böylece, tristörlere periyodik olarak kontrol sinyalleri tedarik edildiğinde, periyodun bir kısmı için, rotorda R1 direncinin direnci tarafından belirlenen bir akım akar. Periyodun diğer kısmında ise rotor devresi açık çıkar, motorun ürettiği tork sıfırdır ve çalışma noktası hız ekseni üzerindedir. Periyot boyunca tristör T1'in bağıl süresini değiştirerek, motor tarafından geliştirilen torkun ortalama değerini sıfırdan, rotor R1 rotora sokulduğunda reosta karakteristiğinin çalışmasına karşılık gelen maksimum değere elde etmek mümkündür. devre

Çeşitli geri beslemeler kullanılarak hız ekseni ile reostat karakteristiği arasındaki bölgede istenilen tipte karakteristikler elde edilebilmektedir. Reosta ile doğal özellikler arasındaki bölgeye geçiş, T2 tristörünün her zaman kapalı kalmasını ve T1 tristörünün her zaman açık kalmasını gerektirir. Ana tristör T3 ile bir anahtar kullanarak R1 direncini kısa devre yaparak, rotor devresindeki direnci R1 değerinden 0'a yumuşak bir şekilde değiştirmek mümkündür, böylece motorun doğal bir özelliği sağlanır.

Rotor devresindeki komütasyonlu motorun impuls modu, dinamik frenleme modunda da gerçekleştirilebilir. Farklı geri beslemeler kullanılarak bu durumda II kadranında istenilen mekanik özellikler elde edilebilir. Mantık kontrol şemasının yardımıyla, motorun bir moddan diğerine otomatik geçişini gerçekleştirmek ve mekanik özelliklerin tüm kadranlarını doldurmak mümkündür.