Эксплуатация крановых тиристорных электроприводов - Электропривод с двухдвигательным механизмом подъема

Большинство мостовых кранов грузоподъемностью свыше 10 т имеют два независимых механизма подъема с соотношением грузоподъемностей от 1:3 до 1:5. До 80 % таких мостовых кранов используется в машиностроительных отраслях производства. У этих кранов механизм наибольшей грузоподъемности (главный подъем) используется эпизодически при перемещении грузов массой от 70 до 100 % номинальной грузоподъемности, а постоянная работа осуществляется либо главным подъемом при грузоподъемности менее 70 % номинальной, либо механизмом меньшей грузоподъемности (вспомогательным подъемом). При этом ресурс главного подъема почти не расходуется, тогда как у остальных механизмов расход ресурса идет независимо от главного подъема. Ко времени капитального ремонта все механизмы, кроме главного подъема, безусловно подлежат ремонту, а главный подъем также ремонтируется, хотя в этом нет особой нужды.
Из-за постоянного недоиспользования механизма главного подъема, а также с целью снижения массы механизмов на тележке, и размеров подхода тележек со стороны лебедки вспомогательного подъема, было принято решение объединить оба механизма подъема в один со скоростными параметрами более высокими, чем у каждого из механизмов в отдельности. Новый механизм подъема компонуется следующим образом.
Лебедка подъема имеет один барабан с канатом, полиспастом и крюком наибольшей грузоподъемности, на большом крюке укрепляется также крюк малой грузоподъемности. Редуктор связывает барабан с главным двигателем. Главный двигатель имеет синхронную частоту вращения 750 об/мин. На муфте, соединяющей двигатель с редуктором, располагается тормоз с приводом от гидротолкателя. Второй конец вала основного двигателя соединен муфтой с валом двухскоростного короткозамкнутого электродвигателя, имеющего синхронные частоты вращения 1500/250 об/мин. Таким образом, на одном валу расположены: основной электродвигатель с фазным ротором на 750 об/мин и двухскоростной короткозамкнутый двигатель на 1500/250 об/мин.
Каждый из двигателей управляется своей панелью управления: двигатель с фазным ротором с помощью панели управления П6503 или П6506, обеспечивающей импульсно- ключевое регулирование на малой скорости подъема, динамическое торможение на положениях спуска и работу на естественных характеристиках с выведенными роторными резисторами при подъеме и при спуске; двухскоростной короткозамкнутый двигатель управляется с помощью панели управления Б5701. Поскольку оба двигателя работают поочередно или совместно на один входной вал механизма, командоконтроллеры, управляющие каждым из двигателей, отличаются от штатных исполнений таблицей замыкания контактов. Управление объединенным механизмом наиболее удобно осуществлять одной рукой, поэтому командоконтроллеры имеют общий привод от одной рукоятки. Каждый командоконтроллер имеет по пять рабочих положений каждого направления движения с тем, чтобы согласовать в пределах рабочих положений необходимые подключения обмоток двигателей, редукторов и других элементов схем.

 
Рис. 7. Силовая схема двухдвигательного электропривода подъема:
КМЛ — линейный контактор; КМ1.КМ2 - контакторы направления вращения главного двигателя; КМЗ — контактор тормоза; КМб — контактор динамического торможения; КМ7-КМ10- контакторы ускорения; КМ11, КМ12 - контакторы направления вращения вспомогательного двигателя; КМ 13 — контактор большой скорости; КМ14, КМ15 — контакторы малой скорости; МГ — главный двигатель; MB — вспомогательный двигатель; ТО — тихоходная обмотка вспомогательного двигателя; БО — быстроходная обмотка вспомогательного двигателя; 177 — тормоз; P1-P1S — пуско-тормозные резисторы главного двигателя; UZ — выпрямитель динамического торможения; VS — тиристорный импульсно-ключевой коммутатор

Если традиционные электроприводы подъема с системой динамического торможения способом самовозбуждения   имели известный и существенный недостаток - на первых трех положениях спуска легкие грузы, не преодолевающие потерь на трение в механизме, не могли опускаться с малой скоростью и спуск таких грузов происходил лишь с номинальной, практически нерегулируемой скоростью, то в новом электроприводе
при совместном включении динамического торможения основного двигателя и малой частоты вращения вспомогательного двигателя спуск грузов любой массы может осуществляться с малой скоростью при гарантированной безопасности этой операции. Силовая схема двухдвигательного электропривода подъема приведена на рис. 7, а совмещенные механические характеристики электродвигателей, включенных по этой схеме, на рис. 8. В рабочем положении 1 подъема основной двигатель с фазным ротором подключается к питающей сети. В его роторную цепь включен резистор с наибольшим сопротивлением, а роторная цепь замыкается тиристорным импульсно-ключевым коммутатором, состоящим из двух полумостов: первого с тремя тиристорами и второго с тремя диодами. Импульсно-ключевой регулятор настраивается на режим включения в зоне роторных напряжений от номинального до 85-90 % номинального, благодаря чему обеспечивается малая частота вращения вала двигателя (около 100 об/мин) независимо от

Рис. 8. Механические характеристики электропривода по схеме рис.7
нагрузки до значения пускового момента, равного 70 % номинального момента основного двигателя. В этом же положении у второго двигателя к сети подключается тихоходная обмотка с частотой вращения холостого хода 250 об/мин и пусковым моментом, равным примерно 50 % номинального момента основного двигателя. Таким образом, при совместном включении суммарный пусковой момент на первом положении составит 120 % номинального и поэтому будет обеспечиваться подъем с малой скоростью любых грузов вплоть до максимальной грузоподъемности.
В положении 2 подъема вспомогательный двигатель отключается, а у двигателя с фазным ротором отключается импульсно-ключевой коммутатор и выводится одна ступень резистора. Появляется возможность разгона. В положении 3, 4 подъема завершается разгон основного двигателя до номинальной частоты вращения, равной примерно 700 об/мин при подъеме любых грузов вплоть до номинальных значений при отключенном вспомогательном двигателе. При переводе рукоятки контроллеров в положение 5 подъема происходит отключение от сети основного двигателя, а у вспомогательного двигателя подключается к сети быстроходная обмотка. При грузе массой, равной не более 30 % номинальной грузоподъемности, электропривод разгоняется до частоты вращения около 1400 об/мин. При ошибочной установке контроллера в положение 5 подъема при максимальном грузе привод вначале разгоняется до частоты вращения 700 об/мин, а затем либо будет медленно замедляться до остановки, либо "застрянет" на частоте вращения около 700 об/мин до срабатывания защитных тепловых реле вспомогательного двигателя. Для обеспечения необходимой безопасности в случае ошибочных действий оператора расчетное значение пускового момента вспомогательного двигателя не должно быть ниже 85 % номинального момента основного двигателя.
При возвращении контроллера в сторону снижения скорости подъема происходит электрическое торможение от 1500 до 750 об/мин основного двигателя, а от 750 об/мин до 250 об/мин - торможение вспомогательного двигателя. Таким образом, механический тормоз не несет тормозной нагрузки и выделение энергии на его тормозных поверхностях не превышает нескольких ватт.
В положениях 1-3 спуска основной двигатель отключается от сети и включается по схеме электродинамического торможения способом самовозбуждения с шунтировкой контура самовозбуждения ступенью пускового резистора. При таком включении достигается ограничение тормозного момента значением, приемлемым для механической прочности редуктора, муфт и валов.
Для обеспечения движения груза, не преодолевающего трения механизма, тихоходная обмотка вспомогательного двигателя в положении 2 подключается к сети. Оба двигателя работают одновременно, причем вспомогательный - в режиме частоты вращения около 100 об/мин в двигательном режиме (близком к пусковому моменту). Основной двигатель работает в режиме динамического торможения, развивая тормозной момент, равный сумме пускового момента вспомогательного двигателя и момента от груза.
В положениях 3, 4 спуска вспомогательный двигатель отключается от сети и основной двигатель работает в режиме динамического торможения (положение 3); в положении 4 спуска основной двигатель подключается к сети и происходит опускание любых грузов в режиме рекуперативного торможения на сверхсинхронной скорости с частотой вращения около 800 об/мин.
В положении 5 осуществляется спуск с повышенной скоростью любых грузов. При этом к сети подключается как основной двигатель, так и быстроходная обмотка вспомогательного двигателя. Основной двигатель используется в режиме импульсно-ключевого включения с максимальным значением сопротивления пускового резистора.
При частоте вращения до 1400 об/мин (сверхсинхронная частота вращения 650 об/мин) тиристорный коммутатор в роторной цепи разомкнут и вспомогательный двигатель разгоняет привод без участия основного двигателя. Если при этом на крюке висит груз максимальной массы, вспомогательный двигатель может его не удержать, но при частоте вращения выше 1400 об/мин (напряжение на роторе близко к номинальному) замыкается цепь тиристорного коммутатора и основной электродвигатель переходит в режим сверхсинхронного рекуперативного торможения и создает дополнительный тормозной момент не менее 50 % номинального. При сложении тормозных моментов основного и вспомогательного двигателей гарантируется безопасный спуск любого поднятого краном груза при электрическом торможении, т.е. без нагрева и износа тормозных поверхностей механического тормоза.
Из сказанного следует, что при выборе двигателей для конкретных параметров кранов необходимо соблюдать соотношение номинальных и пусковых моментов главного и вспомогательного двигателей.
Кроме того, вспомогательный двигатель требуется проверить на условия необходимого количества разгонов и торможений.
Для режимной группы 5К вспомогательный двигатель должен обеспечить 120 пусков с частоты вращения 750 об/мин до 1500 об/мин, 120 торможений с частоты вращения 750 об/мин до 250 об/мин при моменте инерции, равном 1,3 суммарного момента инерции обоих двигателей. Расчеты показывают, что эти условия соблюдаются при мощности вспомогательного двигателя не меньше 60 % мощности основного двигателя, хотя для подъема груза массой равной 1/4 номинальной грузоподъемности, такая мощность является избыточной. При соотношении частот вращения основного и вспомогательного двигателя 1000 и 1500 об/мин мощность вспомогательного двигателя может быть снижена до 50 - 60 % мощности основного двигателя, но условие соотношения пускового момента вспомогательного двигателя не менее 85 % номинального момента основного двигателя должно сохраняться. Это подтверждается положительными многолетними результатами эксплуатации механизмов подъема башенных кранов КБ405, где основной двигатель имеет мощность 55 кВт, а вспомогательный, двухскоростной, 30 кВт.
При описанных механических характеристиках двухдвигательных электроприводов подъема реализуются следующие скоростные показатели:
Частота вращения, об/мин:
при подъеме номинального груза                700
при подъеме груза массой равной 25 % номинальной грузоподъемности; и порожнего крюка           1480—1500
при подъеме с малой скоростью любых грузов               100—180
при спуске с малой скоростью любых грузов                   100—130
при спуске любых грузов, включая порожний крюк                  1500—1550
Таким образом, электроприводом обеспечивается общий диапазон регулирования до 1:15. Средняя скорость движения груза за цикл у нового электропривода составляет 175 % номинальной скорости подъема груза максимальной массы. Поэтому производительность крана при номинальной грузоподъемности повышается не менее чем на 20 %, а при массе груза, равной 25 % номинальной грузоподъемности, повышается на 5-7 %.
При имеющихся в номенклатуре крановых электродвигателях электроприводы описанного типа могут иметь следующий ряд параметров: