Penggerak listrik otomatis dari mekanisme derek dengan kontrol thyristor

Sistem modern penggerak listrik mekanisme derek terutama diimplementasikan menggunakan motor asinkron, yang kecepatannya dikendalikan oleh metode kontaktor relai dengan memasukkan resistansi ke dalam sirkuit rotor. Penggerak listrik semacam itu memiliki rentang kontrol kecepatan yang kecil dan ketika memulai dan berhenti menciptakan tendangan dan akselerasi yang besar, yang berdampak buruk pada kinerja struktur derek, menyebabkan beban berayun dan membatasi penggunaan sistem tersebut pada derek dengan peningkatan ketinggian dan pengangkatan. kapasitas .

Perkembangan teknologi semikonduktor daya memungkinkan untuk memperkenalkan solusi baru yang fundamental dalam struktur penggerak listrik otomatis instalasi derek. Saat ini, penggerak listrik yang dapat disesuaikan dengan motor DC yang digerakkan oleh konverter thyristor yang kuat digunakan pada mekanisme pengangkatan dan pemindahan derek menara dan derek jembatan - sistem TP - D.

Kecepatan motor dalam sistem tersebut diatur dalam kisaran (20 ÷ 30): I dengan mengubah tegangan jangkar. Pada saat yang sama, selama proses transien, sistem memastikan bahwa akselerasi dan tendangan diperoleh dalam norma yang ditentukan.

Kualitas pengaturan yang baik juga dimanifestasikan dalam penggerak listrik asinkron, ketika konverter thyristor dihubungkan ke sirkuit stator motor asinkron (AM). Mengubah tegangan stator motor dalam ACS tertutup memungkinkan membatasi torsi awal, mencapai percepatan (perlambatan) penggerak yang mulus dan rentang kendali kecepatan yang diperlukan.

Penggunaan konverter thyristor dalam penggerak listrik otomatis mekanisme derek semakin banyak digunakan dalam praktik domestik dan asing. Untuk mengenal prinsip operasi dan kemungkinan instalasi semacam itu, mari kita bahas secara singkat dua varian skema kontrol untuk motor DC dan AC.

Dalam gambar. 1 menunjukkan diagram skematik kontrol thyristor dari motor DC yang dieksitasi secara independen untuk mekanisme pengangkatan derek jembatan. Dinamo motor diumpankan oleh konverter thyristor reversibel, yang terdiri dari trafo daya Tr, yang berfungsi untuk menyesuaikan tegangan konverter dan beban, dua kelompok thyristor T1 — T6 dan T7 — ​​​​​​Reaktor penghalus 1UR dan 2UR yang keduanya merupakan reaktor penghalus dibuat tidak .

Beras. 1. Skema penggerak listrik derek menurut sistem TP-D.

Grup thyristor T1 — T6 berfungsi sebagai penyearah saat mengangkat dan inverter saat menurunkan beban berat, karena arah arus di sirkuit angker motor untuk mode ini adalah sama. Kelompok kedua thyristor T7 — ​​T12, memberikan arah berlawanan dari arus angker, bekerja sebagai penyearah selama daya mati dan dalam mode transien menghidupkan motor untuk menurunkan rem, sebagai inverter saat berhenti dalam proses mengangkat beban atau kait.

Tidak seperti mekanisme untuk memindahkan derek, di mana kelompok thyristor harus sama, untuk mekanisme pengangkatan, kekuatan thyristor dari kelompok kedua dapat diambil kurang dari yang pertama, karena arus motor selama daya turun sangat kecil dibandingkan saat mengangkat dan menurunkan beban berat. beban.

Pengaturan tegangan yang diperbaiki dari konverter thyristor (TC) dilakukan dengan menggunakan sistem kontrol fase-pulsa semikonduktor yang terdiri dari dua blok SIFU-1 dan SIFU-2 (Gbr. 1), yang masing-masing memasok dua pulsa tembak ke yang sesuai thyristor diimbangi 60 °.

Untuk menyederhanakan sistem kontrol dan meningkatkan keandalan penggerak listrik, skema ini menggunakan kontrol terkoordinasi dari TP reversibel. Untuk itu, karakteristik pengelolaan dan sistem pengelolaan kedua kelompok tersebut harus terkait erat. Jika pulsa pembuka disuplai ke thyristor T1 — T6, menyediakan mode operasi korektif grup ini, maka pulsa pembuka disuplai ke thyristor T7 — ​​T12 sehingga grup ini disiapkan untuk operasi oleh inverter.

Sudut kontrol α1 dan α2 untuk setiap mode operasi TP harus diubah sedemikian rupa sehingga tegangan rata-rata grup penyearah tidak melebihi tegangan grup inverter, mis. jika kondisi ini tidak terpenuhi, maka arus penyamaan yang diperbaiki akan mengalir di antara dua kelompok thyristor, yang juga memuat katup dan trafo dan juga dapat menyebabkan proteksi tersandung.

Namun, bahkan dengan pencocokan yang benar dari sudut kontrol α1 dan α2 dari thyristor dari kelompok penyearah dan inverter, aliran arus penyeimbang bolak-balik dimungkinkan karena ketidaksetaraan nilai sesaat dari tegangan UαB dan UαI. Untuk membatasi arus ekualisasi ini, digunakan reaktor ekualisasi 1UR dan 2UR.

Arus angker motor selalu melewati salah satu reaktor, yang karenanya riak arus ini berkurang, dan reaktor itu sendiri sebagian jenuh. Reaktor kedua, yang melaluinya arus penyama hanya mengalir, tetap tidak jenuh dan membatasi iyp.

Penggerak derek listrik thyristor memiliki sistem kontrol loop tunggal (CS) yang dibuat menggunakan penguat magnet penjumlahan bolak-balik SMUR berkecepatan tinggi, yang diumpankan oleh generator tegangan persegi panjang dengan frekuensi 1000 Hz. Di hadapan kegagalan daya, sistem kontrol seperti itu memungkinkan diperolehnya karakteristik statis yang memuaskan dan proses transien berkualitas tinggi.

Sistem kontrol penggerak listrik berisi umpan balik negatif untuk tegangan dan arus motor intermiten, serta umpan balik positif yang lemah untuk tegangan Ud.Sinyal dalam rangkaian kumparan penggerak SMUR ditentukan oleh perbedaan antara tegangan referensi Uc yang berasal dari resistor R4 dan tegangan umpan balik αUd yang diambil dari potensiometer POS. Nilai dan polaritas sinyal perintah, yang menentukan kecepatan dan arah putaran penggerak, diatur oleh pengontrol KK.

Tegangan balik Ud terputus menggunakan dioda silikon zener yang dihubungkan secara paralel dengan belitan utama SMUR. Jika perbedaan tegangan Ud - aUd lebih besar dari Ust.n, maka dioda zener mengalirkan arus dan tegangan kumparan kontrol menjadi sama dengan Uz.max = Ust.n.

Mulai saat ini, perubahan sinyal aUd ke penurunan tidak mempengaruhi arus di belitan utama SMUR, yaitu. umpan balik negatif untuk tegangan Ud tidak bekerja, yang biasanya terjadi pada arus motor Id> (1,5 ÷ 1,8) Id .n.

Jika sinyal umpan balik aUd mendekati sinyal referensi Uz, maka tegangan pada dioda zener menjadi kurang dari Ust.n dan arus tidak mengalir melaluinya. Arus di belitan utama SMUR akan ditentukan oleh perbedaan tegangan U3 - aUd dan dalam hal ini umpan balik tegangan negatif berperan.

Sinyal umpan balik arus negatif diambil dari dua kelompok transformator arus TT1 - TT3 dan TT4 - TT8, bekerja dengan kelompok thyristor T1 - T6 dan T7 - ​​​​​T12, masing-masing. Dalam pemutus arus BTO, tegangan bolak-balik tiga fase U2TT ≡ Id yang diperoleh pada resistor R diperbaiki, dan melalui dioda zener, yang bertindak sebagai tegangan referensi, sinyal Uto.s diumpankan ke belitan arus SMUR , menurunkan hasil yang dihasilkan pada input amplifier.Ini mengurangi tegangan konverter Ud dan membatasi Id arus rangkaian jangkar dalam mode statis dan dinamis.

Untuk mendapatkan faktor pengisian yang tinggi dari karakteristik mekanis ω = f (M) dari penggerak listrik dan untuk mempertahankan percepatan (perlambatan) yang konstan dalam mode transien, selain sambungan yang tercantum di atas, umpan balik positif diterapkan di sirkuit oleh tegangan.

Faktor penguatan koneksi ini dipilih kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. sesuai dengan bagian awal karakteristik Ud = f (Uy) konverter, tetapi dengan urutan lebih kecil dari koefisien α umpan balik negatif pada Ud. Efek dari hubungan ini terutama dimanifestasikan dalam zona diskontinuitas saat ini, memberikan bagian fitur yang menukik tajam.

Dalam gambar. 2, a menunjukkan karakteristik statis penggerak hoist untuk nilai tegangan referensi U3 yang berbeda sesuai dengan posisi pengontrol yang berbeda.

Sebagai pendekatan pertama, dapat diasumsikan bahwa dalam mode transisi start, reverse dan stop, titik operasi pada sumbu koordinat ω = f (M) bergerak sepanjang karakteristik statis. Maka percepatan sistem:

di mana ω adalah kecepatan sudut, Ma adalah momen yang dikembangkan oleh motor, Mc adalah momen hambatan beban bergerak, ΔMc adalah momen kerugian pada roda gigi, J adalah momen inersia yang direduksi menjadi poros motor.

Jika kerugian transmisi kita abaikan, maka syarat persamaan akselerasi saat menghidupkan mesin naik turun, serta saat berhenti dari atas dan bawah adalah persamaan momen dinamis penggerak listrik, yaitu Mdin.p = Mdin.s.Untuk memenuhi kondisi ini, karakteristik statis penggerak hoist harus asimetris terhadap sumbu kecepatan (Mstop.p> Mstop.s) dan memiliki bagian depan yang curam di wilayah nilai momen pengereman (Gbr. 2, a) .

Beras. 2. Karakteristik mekanis penggerak listrik menurut sistem TP-D: a — mekanisme pengangkatan, b — mekanisme gerakan.

Untuk penggerak mekanisme perjalanan derek, sifat reaktif dari momen hambatan, yang tidak bergantung pada arah perjalanan, harus diperhitungkan. Pada nilai torsi motor yang sama, torsi resistansi reaktif akan memperlambat proses start dan mempercepat proses stop drive.

Untuk menghilangkan fenomena ini, yang dapat menyebabkan selip pada roda penggerak dan keausan cepat pada transmisi mekanis, perlu untuk mempertahankan akselerasi yang kira-kira konstan selama memulai, mundur, dan berhenti dalam mekanisme penggerak. Ini dicapai dengan memperoleh karakteristik statis ω = f (M) yang ditunjukkan pada Gambar. 2, b.

Jenis karakteristik mekanis tertentu dari penggerak listrik dapat diperoleh dengan memvariasikan koefisien umpan balik arus negatif Id dan umpan balik tegangan positif Ud.

Skema kontrol lengkap dari penggerak listrik yang dikendalikan oleh thyristor dari derek overhead mencakup semua koneksi yang saling mengunci dan sirkuit perlindungan yang dibahas dalam diagram yang diberikan sebelumnya.

Saat menggunakan TP dalam penggerak listrik mekanisme derek, perhatian harus diberikan pada catu dayanya.Sifat non-sinusoidal yang signifikan dari arus yang dikonsumsi oleh konverter menyebabkan distorsi bentuk gelombang tegangan pada input konverter. Distorsi ini memengaruhi pengoperasian bagian daya konverter dan sistem kontrol fase pulsa (SPPC). Distorsi bentuk gelombang tegangan saluran menyebabkan penggunaan motor yang kurang signifikan.

Distorsi tegangan suplai memiliki efek yang kuat pada SPPD, terutama dengan tidak adanya filter input. Dalam beberapa kasus, distorsi ini dapat menyebabkan thyristor terbuka penuh secara acak. Fenomena ini paling baik dihilangkan dengan memberi makan SPPHU dari gerobak terpisah yang terhubung ke trafo yang tidak memiliki beban penyearah.

Cara yang mungkin menggunakan thyristor untuk mengontrol kecepatan motor asinkron sangat beragam - ini adalah konverter frekuensi thyristor (inverter otonom), pengatur tegangan thyristor yang termasuk dalam rangkaian stator, pengatur impuls resistansi dan arus di sirkuit listrik, dll. .

Penggerak listrik derek terutama menggunakan pengatur tegangan thyristor dan pengatur pulsa, karena relatif sederhana dan andal.Namun, penggunaan masing-masing pengatur ini secara terpisah tidak sepenuhnya memenuhi persyaratan untuk penggerak listrik mekanisme derek.

Faktanya, ketika hanya pengatur resistansi pulsa yang digunakan dalam rangkaian rotor motor induksi, dimungkinkan untuk menyediakan zona pengaturan yang dibatasi oleh alami dan sesuai dengan karakteristik mekanis rheostat impedansi, yaitu.zona penyesuaian sesuai dengan mode motor dan mode oposisi dengan pengisian kuadran I dan IV atau III dan II yang tidak lengkap dari bidang karakteristik mekanis.

Penggunaan pengatur tegangan thyristor, terutama yang dapat dibalik, pada dasarnya menyediakan zona kontrol kecepatan yang mencakup seluruh bagian kerja bidang M, ω dari -ωn ke + ωn dan dari — Mk ke + Mk. Namun, dalam hal ini, akan ada kerugian selip yang signifikan pada mesin itu sendiri, yang mengarah pada kebutuhan untuk melebih-lebihkan daya terpasangnya secara signifikan dan, karenanya, dimensinya.

Dalam hubungan ini, sistem penggerak listrik asinkron untuk mekanisme derek dibuat, di mana motor dikendalikan oleh kombinasi pengaturan pulsa dari resistansi pada rotor dan perubahan tegangan yang disuplai ke stator. Ini mengisi empat kuadran kinerja mekanis.

Diagram skematis dari kontrol gabungan tersebut ditunjukkan pada Gambar. 3. Sirkuit rotor mencakup sirkuit kontrol pulsa resistansi di sirkuit arus yang diperbaiki. Parameter sirkuit dipilih untuk memastikan pengoperasian motor di kuadran I dan III di area antara rheostat dan karakteristik alami (pada Gambar 4, diarsir dengan garis vertikal).

Beras. 3. Diagram penggerak listrik derek dengan pengatur tegangan stator thyristor dan kontrol impuls resistansi rotor.

Untuk mengontrol kecepatan di area antara karakteristik rheostat dan sumbu kecepatan yang diarsir oleh garis horizontal pada gambar. 4, serta untuk membalikkan motor, pengatur tegangan thyristor digunakan, terdiri dari pasangan thyristor anti-paralel 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12.Pengubahan tegangan yang disuplai ke stator dilakukan dengan mengatur sudut bukaan pasangan thyristor 1-2, 6-7, 11-12-untuk satu arah putaran dan 4-5, 6-7, 8-9-untuk lainnya arah putaran.

Beras. 4. Aturan untuk kontrol gabungan motor induksi.

Untuk mendapatkan karakteristik mekanis yang kaku dan untuk membatasi torsi motor, rangkaian memberikan kecepatan dan umpan balik arus rotor yang diperbaiki yang disediakan oleh tachogenerator TG dan transformator DC (penguat magnet) TPT

Lebih mudah untuk mengisi seluruh kuadran I dengan menghubungkan kapasitor dengan resistansi R1 secara seri (Gbr. 3). Dalam hal ini, resistansi ekuivalen dalam arus rotor yang diperbaiki dapat bervariasi dari nol hingga tak terhingga dan dengan demikian arus rotor dapat dikontrol dari nilai maksimum hingga nol.

Kisaran pengaturan kecepatan motor dalam skema seperti itu meluas ke sumbu ordinat, tetapi nilai kapasitansi kapasitor ternyata sangat signifikan.

Untuk mengisi seluruh kuadran I pada nilai kapasitansi yang lebih rendah, resistansi resistor R1 dibagi menjadi langkah-langkah terpisah. Pada tahap pertama, kapasitansi diperkenalkan secara berturut-turut, yang dinyalakan pada arus rendah. Langkah-langkah tersebut dihilangkan dengan metode pulsa, diikuti dengan korsleting masing-masing melalui thyristor atau kontaktor. Mengisi seluruh kuadran I juga dapat diperoleh dengan mengombinasikan perubahan tahanan yang berdenyut dengan operasi motor yang berdenyut. Skema seperti itu ditunjukkan pada gambar. 5.

Di area antara sumbu kecepatan dan karakteristik rheostat (Gbr. 4), motor beroperasi dalam mode pulsa.Pada saat yang sama, pulsa kontrol tidak disuplai ke thyristor T3 dan tetap tertutup sepanjang waktu. Sirkuit yang menyadari mode pulsa motor terdiri dari thyristor T1 yang berfungsi, thyristor tambahan T2, kapasitor switching C dan resistor R1 dan R2. Ketika thyristor T1 terbuka, arus mengalir melalui resistor R1. Kapasitor C dibebankan ke tegangan yang sama dengan penurunan tegangan pada R1.

Ketika pulsa kontrol diterapkan ke thyristor T2, tegangan kapasitor diterapkan berlawanan arah dengan thyristor T1 dan menutupnya. Pada saat yang sama, kapasitor sedang diisi ulang. Kehadiran induktansi motor mengarah pada fakta bahwa proses pengisian ulang kapasitor bersifat osilasi, akibatnya thyristor T2 menutup sendiri tanpa memberikan sinyal kontrol, dan rangkaian rotor terbuka. Kemudian pulsa kontrol diterapkan ke thyristor T1 dan semua proses diulangi lagi.

Beras. 5. Skema kontrol gabungan impuls dari motor asinkron

Jadi, dengan suplai periodik sinyal kontrol ke thyristor, untuk beberapa bagian periode, arus mengalir di rotor, ditentukan oleh resistansi resistor R1. Di bagian lain periode tersebut, rangkaian rotor ternyata terbuka, torsi yang dikembangkan oleh motor adalah nol, dan titik operasinya berada pada sumbu kecepatan. Dengan mengubah durasi relatif thyristor T1 selama periode tersebut, dimungkinkan untuk memperoleh nilai rata-rata torsi yang dikembangkan oleh motor dari nol ke nilai maksimum yang sesuai dengan pengoperasian karakteristik rheostat ketika rotor R1 dimasukkan ke dalam sirkuit

Dengan menggunakan berbagai umpan balik, dimungkinkan untuk memperoleh karakteristik tipe yang diinginkan di wilayah antara sumbu kecepatan dan karakteristik rheostat. Transisi ke wilayah antara rheostat dan karakteristik alami mengharuskan thyristor T2 tetap tertutup setiap saat dan thyristor T1 tetap terbuka setiap saat. Dengan memendekkan resistansi R1 menggunakan sakelar dengan thyristor utama T3, dimungkinkan untuk mengubah resistansi di sirkuit rotor dengan lancar dari nilai R1 ke 0, sehingga memberikan karakteristik alami motor.

Mode impuls motor komutasi di sirkuit rotor juga dapat dilakukan dalam mode pengereman dinamis. Dengan menggunakan umpan balik yang berbeda, dalam hal ini pada kuadran II dapat diperoleh karakteristik mekanik yang diinginkan. Dengan bantuan skema kontrol logika, dimungkinkan untuk melakukan transisi otomatis mesin dari satu mode ke mode lainnya dan mengisi semua kuadran karakteristik mekanis.