|
В грузоподъемных машинах применяют
электропривод с двигателями постоянного и переменного тока. Основным
преимуществом двигателей постоянного тока является возможность регулирования
скорости в широких пределах и получения механических характеристик, наиболее
полно удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к работе грузоподъемных
машин. Кроме того, двигатели постоянного тока обладают большей перегрузочной
способностью и более напряженным режимом работы.
Электропривод с двигателем переменного тока по сравнению с
приводом постоянного тока обладает более низкой стоимостью и меньшими
затратами при эксплуатации, вследствие более простой и надежной конструкции.
Кроме того, электродвигатели переменного тока получают электроэнергию
непосредственно из сети, а для электродвигателей постоянного тока требуются
индивидуальные или цеховые преобразовательные устройства.
В грузоподъемных машинах используют специальные крановые,
металлургические двигатели и двигатели общепромышленного назначения.
Специальные крановые двигатели отличаются от двигателей общепромышленного
применения повышенной перегрузочной способностью и надежностью работы при
частых пусках и остановках.
Для крановых электродвигателей переменного тока
коэффициент составляет 2,5—3,4, а двигателей постоянного тока в пределах
2,5—-4,0. Крановые двигатели имеют повышенную механическую прочность, могут
работать с частыми перегрузками, а также с частотой вращения, превышающей в
2,5 раза номинальную. В электроприводе грузоподъемных машин применяют
крановые асинхронные двигатели серии MTKF и металлургические двигатели серии
МТКН с короткозамкнутым ротором и серий MTF и МТН с фазным ротором,
рассчитанные на номинальное напряжение 220, 380 и 500 В, и крановые двигатели
постоянного тока серий МП, ДП, КПДН с номинальным напряжением 110, 220 и 440 В.
Широкое применение находят также асинхронные короткозамкнугые двигатели
общепромышленного назначения серии 4АС с повышенным скольжением, серии 4АР с
повышенным пусковым моментом и асинхронные фазные двигатели серий АК и АСК.
Свойства электродвигателей и их пригодность для привода
тех или иных механизмов грузоподъемных машин оценивают по паспортным данным
двигателей, т. е. по их номинальной мощности, частоте вращения, напряжению и
силе тока, перегрузочной способности, пусковому моменту и режиму работы (для
крановых двигателей). Электродвигатели должны эксплуатироваться в таких
условиях, которые соответствуют их паспортным данным. Кроме того, должны быть
учтены пуско-регулировочные свойства электродвигателей, т. е. возможность
осуществления разгона по требуемому закону, возможность изменения частоты
вращения при различных нагрузках
рабочих механизмов, легкость реверсирования и возможность
работы в различных режимах (двигательном и тормозных).
Момент и сила тока / короткозамкнутого двигателя при пуске
значительно превосходят номинальные значения. Поскольку момент
короткозамкнутого двигателя при пуске изменяется от начального (пускового) МИ
до номинального МН по сложному закону, то для определения времени разгона
механизма с этими двигателями используют понятие среднеэффективного (или просто
среднего) значения пускового момента.
Под средним пусковым моментом понимают такое постоянное
значение пускового момента, при котором обеспечивается разгон механизма до
номинальной частоты вращения при действии номинальной нагрузки за то же
время, что и фактический переменный момент. Значения средних пусковых
моментов крановых асинхронных короткозамкнутых двигателей составляют 0,7-—0,8
максимального момента.
Асинхронные короткозамкнутые двигатели применяют для
привода лебедок, талей, монорельсовых тележек, однобалочных мостовых кранов,
легких кранов и тихоходных подъемников, т. е. в тех случаях, когда не
требуется регулирования скорости и имеет место невысокое число включений в
час. При применении короткозамкнутых двигателей в механизмах передвижения необходимо
проверить отсутствие пробуксовки приводных колес при разгоне.
Таким образом, номинальную частоту вращения асинхронного
двигателя можно изменять путем изменения числа пар полюсов статора.
Двигатели, в которых использован такой способ изменения частоты вращения,
называют многоскоростными. В грузоподъемных машинах применяют двухскоростные
асинхронные короткозамкну- тые двигатели с двумя независимыми обмотками на
статоре, каждая из которых имеет определенное число пар полюсов. Наиболее
часто находят применение двигатели с отношением (большей номинальной частоты
вращения к меньшей номинальной) 2; 8/3; 3; 10/3; 4. Применение в
грузоподъемных машинах привода с двухскоростным короткозамкнутым асинхронным
двигателем целесообразно в тех случаях, когда для получения точной остановки
механизма крана или машины необходимо снижение скорости перед остановкой.
Асинхронный двигатель с фазным ротором в отличие от
коротко- замкнутого двигателя позволяет регулировать скорости приводного
механизма, что достигается изменением сопротивления в цепи ротора двигателя.
При введении резисторов в цепь ротора механическая характеристика ( 3.2)
асинхронного двигателя трансформируется так, что максимум момента смещается в
сторону меньших значений частоты вращения, причем чем больше сопротивление
резисторов, тем больше это смещение. С увеличением сопротивления цепи ротора
частота вращения двигателя (при постоянном моменте) уменьшается, а
механические характеристики становятся менее жесткими. Регулировочные
свойства асинхронного двигателя с фазным ротором способствуют более плавному
разгону механизма по сравнению с короткозамкнутым двигателем. При этом пусковой
ток значительно снижается.
Переход с характеристики на характеристику, т. е. с одной
ступени на другую ступень роторного резистора, производится вручную или автоматически.
Разгон
двигателя начинается на характеристике 1. После увеличения
частоты вращения до пг двигатель переключается на характеристику 2. На этой
характеристике частота вращения возрастает до п2, а на характеристике 3 — до
п3. Переключение роторных резисторов происходит тогда, когда значение момента
двигателя уменьшается до значения М±. При частоте вращения п3 из цепи ротора
двигателя выводятся все пусковые резисторы и двигатель переходит на работу по
естественной характеристике 4, на которой частота вращения возрастает до
номинального значения п„ (при моменте сопротивления на валу двигателя, равном
номинальному моменту двигателя Мп). Если к валу двигателя приложить некоторый
внешний вращающийся момент, равный Мя, то двигатель перейдет в режим генераторного
торможения, причем его частота вращения будет равна п„.
Регулирование скорости асинхронного двигателя путем
изменения роторных сопротивлений производят также для получения промежуточных
скоростей движения механизма (от нулевого значения до номинального). При
работе асинхронного двигателя с пониженной частотой вращения мощность,
потребляемая двигателем, равна номинальной мощности двигателя (при
номинальной нагрузке), а мощность, затрачиваемая на полезную работу
механизма, пропорциональна частоте вращения двигателя. Разница между
мощностью, потребляемой двигателем, и мощностью на валу двигателя поглощается
в роторном реостате, что приводит к сильному его нагреванию. Поэтому работа
асинхронного двигателя с пониженной частотой вращения весьма неэкономична.
Асинхронный двигатель с фазным ротором, кроме работы в
двигательном режиме и режиме генераторного торможения, может быть использован
для работы в режиме противовключения (противотока) и режиме динамического
торможения. В режиме противовключения двигатель развивает момент, действующий
в сторону, противоположную направлению вращения ротора. Режим
противовключения используется для осуществления торможения механизмов
передвижения и поворота кранов и иногда для опускания груза с пониженной
скоростью. Однако этот режим работы асинхронного двигателя неэкономичен, так
как на торможение механизма используется незначительная доля мощности,
потребляемой двигателем.
Режим динамического торможения используется для торможения
механизмов передвижения и поворота кранов от максимальной скорости до
скорости, равной (0,1—0,2) номинальной, а также для опускания грузов с
пониженными скоростями.
Асинхронный двигатель с фазным ротором находит наиболее
широкое применение в кранах. Его используют для привода всех крановых механизмов,
при длительной работе с пониженными скоростями.
Свойства электропривода с двигателем постоянного тока
зависят от способа подключения обмоток возбуждения. Для привода
грузоподъемных машин применяют двигатели параллельного возбуждения
(шунтовые), двигатели последовательного возбуждения (сериесные) и двигатели
смешанного возбуждения (компаундные).
Регулирование скорости двигателя параллельного возбуждения
производится либо изменением сопротивления в цепи якоря, либо изменением
сопротивления в цепи обмотки возбуждения, либо изменением напряжения,
подводимого к двигателю. Первые два способа регулирования применяют при
питании двигателя от общей сети постоянного тока, а последний — при питании
двигателя от отдельного источника постоянного тока с регулируемым
напряжением, например от отдельного генератора.
семейство механических характеристик шунтовых
двигателей при различных сопротивлениях в цепи якоря и постоянном
максимальном возбуждении двигателя. Жесткость механических характеристик понижается
с увеличением сопротивления в якорной цепи. При полностью введенном
сопротивлении момент изменяется по искусственной характеристике 3, при
частично введенном сопротивлении — по характеристике 2, при полностью
выведенном сопротивлении — по характеристике 1, которую называют
естественной. При пуске двигателя его момент изменяется от максимального
значения Мтах до значения М.г, при котором происходит переключение пускового
реостата.
Двигатели параллельного возбуждения допускают
применение всех тормозных режимов работы: генераторного с рекуперацией
электроэнергии в сеть, противовключения и динамического торможения. В режиме
динамического торможения можно снизить скорость механизма до весьма малого
значения, что уменьшает работу механического тормоза, в функции которого
входит при этом только окончательная остановка механизма и аварийное
торможение при внезапном перерыве в подаче электроэнергии. Двигатели
постоянного тока с параллельным возбуждением чаще используют для привода
механизмов передвижения и поворота, а также для тех механизмов подъема и
привода лебедок, в которых недопустимы значительные колебания скорости.
При питании двигателя параллельного возбуждения от
специального генератора постоянного тока образуется так называемая система
«генератор—двигатель» (система Г—Д). Эта система обладает наилучшими
регулировочными свойствами по сравнению с другими системами электропривода,
но имеет весьма большую стоимость при изготовлении. Применение системы Г—Д
обеспечивает очень плавное регулирование скорости в пределах 1 : 10, а при
использовании специальных возбудителей (например, электромашинных или
магнитных усилителей) предел регулирования скорости может быть увеличен до 1
: 120. Поэтому привод Г—Д предназначен для ответственных крановых механизмов
и скоростных лифтов, для которых требуется широкое и частое регулирование
скорости.
Двигатели последовательного возбуждения приводятся в
действие с помощью пусковых резисторов в цепи якоря так, что по мере
увеличения частоты вращения поочередно выводятся секции реостата.
Особенностью сериесных двигателей является мягкость их естественной и
искусственной механических характеристик ( 3.4), причем эта мягкость
увеличивается при уменьшении момента. Чем большее сопротивление введено
последовательно с якорем, тем ниже расположена характеристика.
Двигатели последовательного возбуждения чаще используют
для привода механизмов подъема кранов. Так как масса поднимаемых грузов
изменяется в широких пределах, подъем грузов большой массы механизмом с
двигателем последовательного возбуждения происходит с меньшей скоростью, а подъем
грузов малой массы — с большей скоростью. Это способствует увеличению
производительности грузоподъемных машин. Ввиду того, что частота вращения
двигателя (см. 3.4) последовательного возбуждения при уменьшении нагрузки
возрастает, механизм с таким двигателем должен всегда иметь некоторую
нагрузку во избежание достижения двигателем недопустимо высокой частоты
вращения. Двигатели последовательного возбуждения могут работать во всех
тормозных режимах: генераторном, противовключения и динамического торможения.
Свойства двигателей смешанного возбуждения являются
промежуточными между двигателями параллельного и последовательного
возбуждения. Обычно скорость частоты вращения регулируют изменением внешнего
сопротивления в цепи якоря. Двигатели смешанного возбуждения предназначены
для привода механизмов передвижения и поворота кранов.
Расчет мощности электродвигателя имеет важное значение,
так как по мощности выбирают двигатель. Установка двигателя завышенной
мощности приводит к увеличению первоначальных затрат и эксплуатационных
расходов, так как при недогрузке двигателя в большинстве случаев снижается
его КПД, а у асинхронных двигателей также и коэффициент мощности. Установка
двигателя недостаточной мощности вызывает перегрев и преждевременный выход
двигателя из строя. Мощность двигателя грузоподъемных машин определяют,
исходя из следующих условий:
1. При работе двигателя в заданном режиме двигатель не
должен нагреваться выше определенной температуры, зависящей от свойств
электроизоляционных материалов двигателя, так как при
перегреве срок службы изоляции резко сокращается.
2. Двигатель должен развивать момент, достаточный для
обеспечения разгона механизма с заданным ускорением или для обеспечения
торможения с заданным замедлением (при применении торможения двигателем).
Мощность двигателя всегда соответствует определенному
режиму работы. Установлено три номинальных режима работы электродвигателей:
продолжительный, кратковременный и повторно-кратко- временный. Если за время
непрерывной работы двигатель успевает нагреться до установившейся
температуры, то этот режим называют продолжительным. Если за время работы
двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время
паузы успевает охладиться до температуры окружающей среды, то этот режим
называют кратковременным.
Повторно-кратковременный режим работы характеризуется
чередованием работы двигателя и паузами, когда двигатель отключен от сети,
причем за время работы двигатель не успевает нагреться до установившейся
температуры, а за время паузы не успевает охладиться до температуры
окружающей среды. Основной характеристикой повторно-кратковременного режима
работы является относительная продолжительность включения ПВ в %. Для
двигателей повторно-кратковременного режима установлены стандартные значения
ПВ 15, 25, 40 и 60 %. Причем время одного цикла не должно превышать 10 мин.
Если время одного цикла работы двигателя превышает 10 мин, то его режим
работы считают продолжительным (ПВ = 100 %). В приводе грузоподъемных машин
крановые двигатели в основном работают в повторно-кратковременном режиме.
При расчете мощности могут иметь место три случая работы
кранового двигателя в повторно-кратковременном режиме. В первом случае режим
работы приводного двигателя полностью соответствует одному из стандартных
режимов по ПВ и механизм работает с неизменной нагрузкой. В этом случае по
каталогу выбирают двигатель, мощность которого при заданном ПВ равна
требуемой. При отсутствии в каталоге двигателя, номинальная мощность которого
равна требуемой мощности, выбирают двигатель ближайшей большей мощности.
Проверку двигателя по условию обеспечения разгона
механизма с заданным ускорением производят по данным, приведенным в расчетах
соответствующих механизмов.
Управление приводными электродвигателями грузоподъемных
машин (включение двигателей в сеть, реверсирование, разгон до номинальной
частоты вращения, отключение и т. д.) производят с помощью магнитных
пускателей, контакторов, контроллеров или ре- лейно-конгакторных систем
управления, называемых магнитными контроллерами. Магнитные пускатели и
отдельные контакторы применяют для управления асинхронными короткозамкнутыми
двигателями электроталей, лебедок, однобалочных мостовых кранов и
подъемников. Включение и отключение магнитных пускателей осуществляется с помощью
кнопочных постов управления. Управление двигателями электроталей,
однобалочными мостовыми кранами и иногда лебедками производится двухкнопочным
постом управления, имеющим кнопки «вперед» (или «подъем») и «назад» (или
«спуск»). Остановка двигателя происходит после отпускания кнопки. В трех-
кнопочном посте управления имеется еще кнопка «стоп» для остановки двигателя.
Управление с тремя кнопками применяют для лебедок и подъемников.
Для управления двигателями всех типов механизмов кранов
используют силовые контроллеры с ручным управлением, устанавливаемые
непосредственно в кабине крановщика. Включение и отключение двигателей, а
также разгон или электрическое торможение механизмов производится поворотом
штурвала контроллера. Контроллеры бывают двух типов: барабанные и более
совершенные кулачковые.
Контроллерное управление механизмами кранов имеет ряд
недостатков по сравнению с контакторным (при помощи магнитных контроллеров):
невозможность применения их для управления двигателями большой мощности и при
большой частоте включения, необходимость приложения крановщиком значительных
усилий, невозможность автоматизации процессов пуска, торможения и
регулирования скорости. Вследствие этого для управления двигателями средней
(более 10 кВт) и большой мощности с напряженным режимом работы применяют
магнитные контроллеры. Основными электрическими аппаратами магнитного
контроллера являются контакторы, осуществляющие переключения в главных цепях
двигателя и коман- доконтроллер, производящий переключения в цепях управления.
Командоконтроллер расположен в кабине крановщика, а остальная аппаратура
управления — вне кабины на металлоконструкции крана.
Тиристорное управление электродвигателями в
последнее время находит все более широкое применение.
Тиристорный электропривод обладает такими важными
качествами, как надежность работы, высокий КПД, малые размеры и масса,
небольшая мощность управления тиристорами.
Тиристоры применяют для управления двигателями как
переменного, так и постоянного тока. Регулирование частоты вращения
асинхронного двигателя осуществляется включением тиристоров в цепь статора
или ротора. В первом случае с помощью тиристоров возможно изменение амплитуды
или частоты напряжения переменного тока на обмотках статора и, следовательно,
электромагнитного момента двигателя. Путем включения тиристоров в цепь ротора
асинхронного двигателя можно плавно, практически бесступенчато, изменять
сопротивление цепи ротора и, таким образом, регулировать его частоту
вращения.
Использование тиристоров позволяет подключать двигатели
постоянного тока непосредственно к сети переменного тока, а благодаря
применению различных схем их включения можно получить механические
характеристики, подобные характеристикам двигателя в системе Г—Д.
Автоматическая защита и блокировка предназначена для
безопасной эксплуатации грузоподъемных машин с электроприводом. Согласно
правилам Госгортехнадзора системы управления должны содержать по меньшей мере
следующие виды автоматических защит и блокировок: защиту от. максимальных
токов и токов короткого зямыкания; нулевую защиту; концевую защиту; защиту от
превышения допустимой грузоподъемности и ряд других видов защит, специфичных
для определенных типов грузоподъемных машин; блокировку, исключающую
включение двигателей одновременно в двух противоположных направлениях;
блокировку, исключающую пуск крана при открытых дверях кабины и некоторые
другие специфичные блокировки.
Нулевая защита заключается в том, что при любой аварийной
остановке грузоподъемной машины, в том числе при отсутствии напряжения в
сети, после устранения причины этой остановки ни один механизм не должен
оказаться включенным без соответствующего действия крановщика или оператора.
Нулевая защита в кранах осуществляется путем включения в цепь защиты машины
нулевых контактов комакдоконтроллеров или контроллеров.
Тскоподвод к грузоподъемным машинам или механизмам кранов
осуществляется о помощью гибких кабелей, троллеев и кольцевых токоприемников,
Токоподвод гибким кабелем применяют для тех машин, передвижение которых
является установочным (нерабочим), либо производится с малой скоростью, а
также для машин, работающих в химически агрессивной среде (не допускается
применение троллеев). Гибкий кабель подвешивают на подвижные кольца или
наматывают на специальный кабельный барабан с помощью пружин или противовеса.
Токосъем с кабельного барабана осуществляется кольцевыми токоприемниками,
состоящими из барабана с медными кольцами, выполненными изолированными
относительно друг друга от корпуса и обойм со щетками. С помощью кольцевых
токоприемников подводится ток к вращающимся кабинам кранов и двигателям,
расположенным на поворотных платформах.
Троллеи для подвода тока к кранам и их тележкам
изготовлены из стального проката — полос, уголков, швеллеров или рельса, В
качестве токосъемников применяют чугунные башмаки, выполненные скользящими по
поверхности троллеев. Для машин с маломощными двигателями троллеи выполнены
из круглой стальной проволоки. Для круглых троллеев применяют роликовые или
скользящие токосъемники.
Управление передвижными грузоподъемными машинами
производится из закрепленных на них кабин или с пола. В последнем случае
управление производится при помощи кнопочных постов, подвешенных на гибком
кабеле.
|