הנעה חשמלית אוטומטית של מנגנוני מנוף עם בקרת תיריסטורים

מערכות מודרניות של כוננים חשמליים של מנגנוני מנוף מיושמות בעיקר באמצעות מנועים אסינכרוניים, שמהירותם נשלטת על ידי שיטת ממסר-מגע על ידי החדרת התנגדויות למעגל הרוטור. כוננים חשמליים כאלה הם בעלי טווח בקרת מהירות קטן ובעת התנעה ועצירה יוצרים בעיטות ותאוצות גדולות, מה שמשפיע לרעה על ביצועי מבנה העגורן, מוביל להתנדנדות העומס ומגביל את השימוש במערכות כאלה על מנופים בעלי גובה והרמה מוגברת. קיבולת .

הפיתוח של טכנולוגיית מוליכים למחצה הספק מאפשר להציג פתרונות חדשים מהותית במבנה ההנעה החשמלית האוטומטית של התקנות עגורנים. נכון לעכשיו, כונן חשמלי מתכוונן עם מנועי DC המונעים על ידי ממירי תיריסטורים רבי עוצמה משמש במנגנוני ההרמה וההזזה של מנופי מגדל ומנופי גשר - מערכת TP - D.

מהירות המנוע במערכות כאלה מווסתת בטווח (20 ÷ 30): I על ידי שינוי מתח האבזור. יחד עם זאת, במהלך תהליכים חולפים, המערכת מבטיחה שמתקבלות האצות ובעיטות במסגרת הנורמות שצוינו.

איכויות ויסות טובות מתבטאות גם בכונן חשמלי אסינכרוני, כאשר ממיר תיריסטור מחובר למעגל הסטטור של מנוע אסינכרוני (AM). שינוי מתח הסטטור של המנוע ב-ACS סגור מאפשר הגבלת מומנט ההתנעה, השגת האצה חלקה (האטה) של הכונן וטווח בקרת המהירות הדרוש.

השימוש בממירי תיריסטורים בהנעה חשמלית אוטומטית של מנגנוני עגורן נמצא בשימוש יותר ויותר בפרקטיקה מקומית וזר. על מנת להכיר את עקרון הפעולה ואת האפשרויות של מתקנים כאלה, הבה נתעכב בקצרה על שתי גרסאות של תוכניות בקרה עבור מנועי DC ו-AC.

באיור. 1 מציג תרשים סכמטי של בקרת תיריסטור של מנוע DC נרגש באופן עצמאי עבור מנגנון הרמת מנוף גשר. אבזור המנוע מוזן על ידי ממיר תיריסטור הפיך, המורכב משנאי כוח Tr, המשמש להתאים את המתח של הממיר והעומס, שתי קבוצות של תיריסטורים T1 - T6 ו-T7 - ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​, כורי החלקה 1UR ו- 2UR, ששניהם כורי החלקה עשויים בלתי רוויים .

אורז. 1. תכנית ההנעה החשמלית של העגורן לפי מערכת TP-D.

קבוצת התיריסטורים T1 - T6 פועלת כמיישר בעת הרמה וכמהפך בעת הורדת עומסים כבדים, שכן כיוון הזרם במעגל האבזור של המנוע במצבים אלה זהה. הקבוצה השנייה של תיריסטורים T7 - ​​T12, המספקת את הכיוון ההפוך לזרם האבזור, פועלת כמיישר בזמן הפסקת חשמל ובמצבים חולפים של הפעלת המנוע להורדת הבלמים, כמהפך בעת עצירה בתהליך הרמה עומסים או וו.

בניגוד למנגנונים להזזת מנופים, בהם קבוצות תיריסטורים חייבות להיות זהות, עבור מנגנוני הרמה, ניתן לקחת את הכוח של תיריסטורים מהקבוצה השנייה פחות מהראשון, מכיוון שזרם המנוע בזמן הפסקת ההפעלה קטן מאוד מאשר בהרמה והורדה כבדים. המון.

ויסות המתח המיושר של ממיר התיריסטור (TC) מתבצע באמצעות מערכת בקרת פעימות-פאזות מוליכים למחצה המורכבת משני בלוקים SIFU-1 ו-SIFU-2 (איור 1), שכל אחד מהם מספק שני פולסי ירי לתאים המתאימים. תיריסטור מאופיין ב-60 מעלות.

כדי לפשט את מערכת הבקרה ולהגביר את האמינות של הכונן החשמלי, תכנית זו משתמשת בבקרה המתואמת של ה-TP הפיך. לשם כך, יש לקשר הדוק בין מאפייני הניהול ומערכות הניהול של שתי הקבוצות. אם פעימות הפתיחה מסופקות לתיריסטורים T1 - T6, המספקים את אופן הפעולה המתקן של קבוצה זו, אז פולסי הפתיחה מסופקים לתיריסטורים T7 - ​​T12 כך שקבוצה זו מוכנה לפעולה על ידי המהפך.

יש לשנות את זוויות הבקרה α1 ו-α2 עבור כל מצבי פעולה של ה-TP באופן שהמתח הממוצע של קבוצת המיישרים לא יעלה על המתח של קבוצת הממירים, כלומר. אם תנאי זה לא יתקיים, זרם האיזון המיושר יזרום בין שתי קבוצות התיריסטורים, מה שמעמיס בנוסף את השסתומים והשנאי ויכול גם לגרום לכדיעת ההגנה.

עם זאת, אפילו עם התאמה נכונה של זוויות הבקרה α1 ו- α2 מהתיריסטורים של קבוצות המיישרים והמהפך, זרימת זרם השוויון לסירוגין אפשרי בגלל אי ​​השוויון של הערכים המיידיים של המתחים UαB ו-UαI. כדי להגביל את זרם ההשוואה הזה, נעשה שימוש בכורי השוואה 1UR ו-2UR.

זרם האבזור של המנוע עובר תמיד דרך אחד הכורים, שבגללו מצטמצמים אדוות הזרם הזה, והכור עצמו רווי חלקית. הכור השני, שדרכו זורם כיום רק זרם השוויון, נותר בלתי רווי ומגביל את ה-iyp.

לכונן העגורן החשמלי של תיריסטור יש מערכת בקרת לולאה אחת (CS) העשויה באמצעות מגבר מגנטי מסכם מהיר הפיך SMUR, המוזן על ידי מחולל מתח מלבני בתדר של 1000 הרץ. בנוכחות הפסקת חשמל, מערכת בקרה כזו מאפשרת קבלת מאפיינים סטטיים מספקים ואיכות גבוהה של תהליכים חולפים.

מערכת בקרת הכונן החשמלי מכילה משוב שלילי עבור מתח המנוע והזרם לסירוגין, כמו גם משוב חיובי חלש עבור המתח Ud.האות במעגל של סלילי הכונן SMUR נקבע על ידי ההבדל בין מתח הייחוס Uc המגיע מהנגד R4 לבין מתח המשוב αUd שנלקח מהפוטנציומטר POS. הערך והקוטביות של אות הפקודה, הקובע את מהירות וכיוון הסיבוב של הכונן, מווסתים על ידי בקר KK.

המתח ההפוך Ud מנותק באמצעות דיודות זנר סיליקון המחוברות במקביל לפיתולים הראשיים של SMUR. אם הפרש המתח Ud — aUd גדול מ-Ust.n, אזי דיודות הזנר מוליכות זרם והמתח של סלילי הבקרה הופך להיות שווה ל-Uz.max = Ust.n.

מנקודה זו ואילך, השינוי באות aUd לירידה אינו משפיע על הזרם בפיתולים הראשיים של ה-SMUR, כלומר. המשוב השלילי עבור המתח Ud לא עובד, מה שקורה בדרך כלל בזרמי מנוע Id> (1.5 ÷ 1.8) Id .n.

אם אות המשוב aUd מתקרב לאות הייחוס Uz, אזי המתח על דיודות הזנר הופך פחות מ-Ust.n והזרם אינו זורם דרכן. הזרם בפיתולים הראשיים של ה-SMUR ייקבע על ידי הפרש המתח U3 — aUd ובמקרה זה משוב המתח השלילי נכנס לפעולה.

אות משוב הזרם השלילי נלקח משתי קבוצות של שנאי זרם TT1 - TT3 ו-TT4 - TT8, עובדים עם קבוצות של תיריסטורים T1 - T6 ו-T7 - T12, בהתאמה. במפסק זרם BTO, מתח החילופין התלת פאזי U2TT ≡ Id המתקבל על הנגדים R מתוקן, ובאמצעות דיודות הזנר, הפועלות כמתח ייחוס, האות Uto.s מוזן לפיתולי הזרם של ה-SMUR , הורדת התוצאה המתקבלת בכניסה של המגבר.זה מפחית את מתח הממיר Ud ומגביל את זרם מעגל האבזור Id במצבים סטטיים ודינמיים.

על מנת להשיג מקדם מילוי גבוה של המאפיינים המכניים ω = f (M) של הכונן החשמלי וכדי לשמור על תאוצה (האטה) קבועה במצבי חולף, בנוסף לחיבורים המפורטים לעיל, מופעל משוב חיובי ב- מעגל לפי מתח.

גורם ההגבר של חיבור זה נבחר kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. בהתאם לקטע הראשוני של המאפיין Ud = f (Uy) של הממיר, אך בסדר הקטן ממקדם α של המשוב השלילי על Ud. ההשפעה של מערכת יחסים זו באה לידי ביטוי בעיקר באזור האי-רציפות הנוכחי, ומספקת קטעים בעלי טבילה תלולה של התכונה.

באיור. 2, א מציג את המאפיינים הסטטיים של כונן ההרמה עבור ערכים שונים של מתח הייחוס U3 התואמים למיקומים שונים של הבקר.

כקירוב ראשון, ניתן להניח שבמצבי המעבר של התחלה, הפוך ועצירה, נקודת הפעולה בצירי הקואורדינטות ω = f (M) נעה לאורך המאפיין הסטטי. ואז האצה של המערכת:

כאשר ω היא המהירות הזוויתית, Ma הוא המומנט שפותח על ידי המנוע, Mc הוא רגע ההתנגדות של העומס הנע, ΔMc הוא רגע ההפסדים בהילוכים, J הוא מומנט האינרציה המופחת לציר המנוע.

אם נתעלם מאיבודי הילוכים, אזי התנאי לשוויון התאוצה בעת התנעת המנוע מעלה ומטה, וכן בעת ​​עצירה מלמעלה ומטה, הוא שוויון המומנטים הדינמיים של ההנעה החשמלית, כלומר Mdin.p = Mdin.s.כדי לקיים תנאי זה, המאפיינים הסטטיים של כונן ההרמה חייבים להיות אסימטריים ביחס לציר המהירות (Mstop.p> Mstop.s) ולהיות בעלי חזית תלולה באזור ערך מומנט הבלימה (איור 2, א). .

אורז. 2. מאפיינים מכניים של הכונן החשמלי לפי מערכת TP-D: א - מנגנון הרמה, ב - מנגנון תנועה.

עבור כוננים של מנגנוני נסיעה במנוף, יש לקחת בחשבון את האופי התגובתי של מומנט ההתנגדות, שאינו תלוי בכיוון הנסיעה. באותו ערך של מומנט המנוע, מומנט ההתנגדות התגובתי יאט את תהליך ההתנעה ויאיץ את תהליך העצירה של הכונן.

כדי לחסל תופעה זו, העלולה להוביל להחלקה של הגלגלים המניעים ולשחיקה מהירה של תמסורות מכניות, יש צורך לשמור על תאוצות קבועות בקירוב במהלך התנעה, נסיעה לאחור ועצירה במנגנוני הנהיגה. זה מושג על ידי השגת המאפיינים הסטטיים ω = f (M) המוצגים באיור. 2, ב.

ניתן להשיג את סוגי המאפיינים המכניים שצוינו של הכונן החשמלי על ידי שינוי בהתאם של המקדמים של משוב זרם שלילי ID ומשוב מתח חיובי Ud.

ערכת הבקרה המלאה של ההנעה החשמלית הנשלטת על ידי תיריסטור של העגורן העילי כוללת את כל החיבורים המשתלבים ומעגלי ההגנה שנדונו בתרשימים שניתנו קודם לכן.

בעת שימוש ב-TP בכונן החשמלי של מנגנוני מנוף, יש לשים לב לאספקת החשמל שלהם.האופי הלא-סינוסואידי המשמעותי של הזרם הנצרך על ידי הממירים גורם לעיוות של צורת גל המתח בכניסה של הממיר. עיוותים אלה משפיעים על פעולת קטע הספק של הממיר ומערכת בקרת פאז הדופק (SPPC). עיוות של צורת גל מתח הקו גורם לחוסר ניצול משמעותי של המנוע.

לעיוות מתח האספקה ​​יש השפעה חזקה על SPPD, במיוחד בהיעדר מסנני כניסה. במקרים מסוימים, עיוותים אלה יכולים לגרום לתיריסטורים להיפתח באופן אקראי במלואו. ניתן לחסל את התופעה הזו בצורה הטובה ביותר על ידי הזנת ה-SPPHU מעגלות נפרדות המחוברות לשנאי שאין לו עומס מיישר.

הדרכים האפשריות להשתמש בתיריסטורים כדי לשלוט במהירות של מנועים אסינכרוניים מגוונות מאוד - אלה הם ממירי תדר תיריסטורים (ממירים אוטונומיים), ווסתי מתח תיריסטורים הכלולים במעגל הסטטור, ווסתי דחף של התנגדות וזרמים במעגלים חשמליים, וכו '.

בהנעים חשמליים מנוף משתמשים בעיקר בווסתי מתח תיריסטורים ובווסת דופק, וזאת בשל פשטותם ואמינותם היחסית, אולם השימוש בכל אחד מהווסתים הללו בנפרד אינו עומד במלוא הדרישות להנעים חשמליים של מנגנוני מנוף.

למעשה, כאשר משתמשים רק בווסת התנגדות דופק במעגל הרוטור של מנוע אינדוקציה, ניתן לספק אזור ויסות מוגבל על ידי טבעי ומתאים למאפיינים המכניים של ריאוסטט העכבה, כלומר.אזור ההתאמה מתאים למצב המנוע ולמצב האופוזיציה עם מילוי לא שלם של רביעים I ו-IV או III ו-II של מישור המאפיינים המכניים.

השימוש בווסת מתח תיריסטור, במיוחד הפיך, מספק בעצם אזור בקרת מהירות המכסה את כל החלק העובד של המישור M, ω מ -ωn ל + ωn ומ - Mk ל + Mk. עם זאת, במקרה זה, יהיו הפסדי החלקה משמעותיים במנוע עצמו, מה שמוביל לצורך להפריז באופן משמעותי את ההספק המותקן שלו ובהתאם לכך גם את מידותיו.

בהקשר זה נוצרות מערכות הנעה חשמליות אסינכרוניות למנגנוני עגורן, כאשר המנוע נשלט על ידי שילוב של ויסות פועם של ההתנגדות ברוטור ושינויים במתח המסופק לסטטור. זה ממלא את ארבעת הרבעים של ביצועים מכניים.

תרשים סכמטי של בקרה משולבת כזו מוצג באיור. 3. מעגל הרוטור כולל מעגל בקרת דופק התנגדות במעגל הזרם המיושר. הפרמטרים של המעגל נבחרים כדי להבטיח את פעולת המנוע ברביעים I ו-III באזורים שבין הריאוסטט לבין המאפיינים הטבעיים (באיור 4, מוצל בקווים אנכיים).

אורז. 3. תרשים של כונן חשמלי מנוף עם ווסת תיריסטור של מתח הסטטור ובקרת דחפים של התנגדות הרוטור.

על מנת לשלוט במהירות באזורים שבין מאפייני הריאוסטט לבין ציר המהירות המוצל בקווים אופקיים באיור. 4, כמו גם להיפוך המנוע, נעשה שימוש בווסת מתח תיריסטור, המורכב מזוגות של תיריסטורים אנטי-מקבילים 1-2, 4-5, 6-7, 8-9, 11-12.שינוי המתח המסופק לסטטור מתבצע על ידי התאמת זווית הפתיחה של צמדי תיריסטורים 1-2, 6-7, 11-12-לכיוון סיבוב אחד ו-4-5, 6-7, 8-9-לאחר כיוון הסיבוב.

אורז. 4. כללים לשליטה משולבת של מנוע אינדוקציה.

כדי להשיג מאפיינים מכניים קשיחים ולהגבלת מומנטים של המנוע, המעגל מספק מהירות ומשוב זרם רוטור מתוקן המסופק על ידי טכוגנרטור TG ושנאי DC (מגבר מגנטי) TPT

קל יותר למלא את כל הרביע I על ידי חיבור קבל עם התנגדות R1 בסדרה (איור 3). במקרה זה, ההתנגדות המקבילה בזרם הרוטור המיושר יכולה להשתנות מאפס עד אינסוף וכך ניתן לשלוט בזרם הרוטור מהערך המרבי לאפס.

טווח ויסות מהירות המנוע בסכימה כזו משתרע על ציר הקודקוד, אך ערך קיבול הקבל מתברר כמשמעותי מאוד.

כדי למלא את כל הרביע I בערכי קיבול נמוכים יותר, ההתנגדות של הנגד R1 מחולקת לשלבים נפרדים. בשלב הראשון, הקיבול מוצג ברציפות, המופעל בזרמים נמוכים. השלבים מוסרים בשיטת דופק, ולאחר מכן קצר חשמלי של כל אחד מהם דרך תיריסטורים או מגע. מילוי כל רביע ה-I יכול להתקבל גם על ידי שילוב של שינויים פולסים בהתנגדות עם פעולת פעימה של המנוע. סכימה כזו מוצגת באיור. 5.

באזור שבין ציר המהירות לבין המאפיין של הריאוסטט (איור 4), המנוע פועל במצב דופק.יחד עם זאת, פולסי בקרה אינם מסופקים לתיריסטור T3 והוא נשאר סגור כל הזמן. המעגל שמממש את מצב הדופק של המנוע מורכב מתריסטור T1 עובד, תיריסטור עזר T2, קבל מיתוג C ומנגדים R1 ו-R2. כאשר תיריסטור T1 פתוח, זרם זורם דרך הנגד R1. קבל C נטען למתח השווה למפל המתח על פני R1.

כאשר דופק בקרה מופעל על תיריסטור T2, מתח הקבל מופעל בכיוון ההפוך לתיריסטור T1 וסוגר אותו. במקביל, הקבל נטען מחדש. הנוכחות של השראות מנוע מובילה לעובדה שתהליך הטעינה מחדש של הקבל הוא בעל אופי תנודתי, וכתוצאה מכך תיריסטור T2 נסגר מעצמו מבלי לתת אותות בקרה, ומעגל הרוטור מתברר כפתוח. לאחר מכן מופעל דופק בקרה על התיריסטור T1 וכל התהליכים חוזרים על עצמם שוב.

אורז. 5. תכנית של שליטה משולבת בדחף של מנוע אסינכרוני

לפיכך, עם אספקה ​​תקופתית של אותות בקרה לתיריסטורים, במשך חלק מהתקופה, זורם זרם ברוטור, שנקבע על ידי ההתנגדות של הנגד R1. בחלק השני של התקופה, מסתבר שמעגל הרוטור פתוח, המומנט שפיתח המנוע הוא אפס, ונקודת הפעולה שלו נמצאת על ציר המהירות. על ידי שינוי משך הזמן היחסי של התיריסטור T1 במהלך התקופה, ניתן לקבל את הערך הממוצע של המומנט שפותח על ידי המנוע מאפס לערך המרבי המתאים לפעולת מאפיין הריאוסטט כאשר הרוטור R1 מוכנס לתוך מעגל חשמלי

באמצעות משובים שונים ניתן לקבל מאפיינים מהסוג הרצוי באזור שבין ציר המהירות למאפיין הריאוסטט. המעבר לאזור שבין הריאוסטט למאפיינים הטבעיים מחייב את תיריסטור T2 להישאר סגור כל הזמן ואת תיריסטור T1 להישאר פתוח כל הזמן. על ידי קצר את ההתנגדות R1 באמצעות מתג עם התיריסטור הראשי T3, ניתן לשנות בצורה חלקה את ההתנגדות במעגל הרוטור מהערך R1 ל-0, ובכך לספק מאפיין טבעי של המנוע.

מצב הדחף של המנוע המומת במעגל הרוטור יכול להתבצע גם במצב בלימה דינמית. על ידי שימוש במשובים שונים, במקרה זה, ברביע II, ניתן לקבל את המאפיינים המכניים הרצויים. בעזרת ערכת הבקרה הלוגית, ניתן לבצע מעבר אוטומטי של המנוע ממצב אחד למשנהו ולמלא את כל הרבעים של המאפיינים המכניים.