Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования 10
Общие сведения 10
Обзор существующих электроприводов механизмов горизон тального передвижения грузоподъёмных кранов 12
Электроприводы с асинхронным двигателем с фазным ротором и торможением противовключением 12
Электроприводы с импульсно-ключевыми коммутаторами в цепи ротора асинхронных фазных электродвигателей 16
Электропривод с противо-ЭДС в цепи ротора асинхронного двигателя 24
Электроприводы с импульсными и импульсно-ключевыми коммутаторами в цепи ротора асинхронных фазных электродвигателей совместно с режимом динамического торможения с самовозбуждением 29
Выводы по главе 1 42
ГЛАВА 2. Разработка методики расчёта статических механических характеристик асинхронного двигателя, работающего в режиме динамического торможения с самовозбуждением 44
Постановка задачи 44
Методика расчёта минимальной частоты вращения асинхронного двигателя, работающего в режиме динамического торможения с самовозбуждением 45
Методика расчёта механических характеристик АД, работающего в режиме динамического торможения с самовозбуждением 50
Расчёт статических механических характеристик асинхронного двигателя, работающего в режиме динамического торможения с самовозбуждением 53
Разработка программы «avtomcolcDD.exe» автоматизированного расчёта статических механических характеристик асинхронной машины в режиме конденсаторного торможения с самовозбуждением 58
Выводы по главе 2 66
ГЛАВА 3. Разработка математической модели асинхронного двигателя с фазным ротором, работающим в режиме динамического торможения с электролитическим конденсатором в выпрямленнойцени ротора 67
Особенности конденсаторного торможения асинхронной машины с фазным ротором 67
Разработка математической модели асинхронной машины с фазным ротором, работающей в режиме конденсаторного торможения 68
Описание особенностей построения структурной схемы в программе «Matlab 6.5» 72
1 Определение индуктивности намагничивания и электромагнитной постоянной времени ротора 72
2 Подсистема формирования обратной связи потоку 76
3 Подсистема «Aperiodicheskiy uzel» 78
4 Решение уравнения движения 81
Разработка математической модели, позволяющей исследовать переходные процессы, описывающие процесс возбуждения электролитическим конденсатором асинхронного двигателя с фазным ротором, работающим в режиме конденсаторного торможения 85
Выводы по главе 3 105
ГЛАВА 4. Аналитические исследования переходного процесса при автоматическом переходе асинхронного двигателя из двигательного режима в режим конденсаторного торможения 106
1 Условия перехода асинхронной машины из двигательного режима в режим конденсаторного торможения 106
2 Определение условий самовозбуждения асинхронной машины, работающей в режиме конденсаторного торможения 108
3 Выбор параметров электролитических конденсаторов 114
Выводы по главе 4 124
ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования асинхронной машины, работающей в режиме конденсаторного торможения 125
1 Цель экспериментальных исследований 125
2 Описание экспериментального стенда и методика испытаний... 125
3 Результаты экспериментальных исследований 133
Выводы по главе 5 147
Заключение 148
Литература 150
Акт внедрения основных научных результатов диссертационнойработы 157
Приложение 1 158
Приложение 2 1.64
- Электроприводы с асинхронным двигателем с фазным ротором и торможением противовключением
- Методика расчёта минимальной частоты вращения асинхронного двигателя, работающего в режиме динамического торможения с самовозбуждением
- Определение индуктивности намагничивания и электромагнитной постоянной времени ротора
- Определение условий самовозбуждения асинхронной машины, работающей в режиме конденсаторного торможения
Введение к работе
Актуальность исследования. Значительная роль в проблеме осуществления научно-технического прогресса отводится подъемно-транспортному машиностроению, перед которым поставлена задача широкого внедрения во всех областях народного хозяйства комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, ликвидации ручных погрузочно-разгру-зочных работ и исключения тяжелого ручного труда при выполнении основных и вспомогательных технологических операций.
Жизненно необходимым является увеличение производства прогрессивных средств механизации подъемно-транспортных работ. Автоматизация технологических процессов на предприятиях народного хозяйства стала в условиях перехода России к рыночной экономике одним из основных факторов повышения эффективности производства. Поэтому подъемно-транспортное оборудование в настоящее время превратилось в один из основных решающих факторов, определяющих эффективность производства. Насыщенность производства средствами механизации трудоемких и тяжелых работ, уровень механизации технологического процесса определяют собой степень совершенства технологического процесса.
Повышение производительности и эффективного использования грузоподъёмных кранов может быть достигнуто с помощью реализации стабильных доводочных скоростей и повышения общего диапазона регулирования не только для специальных кранов со скоростями передвижения 1,6 - 2,0 м/с, но и для массовых кранов со скоростями передвижения до 1,0 м/с. В настоящее время стабильное регулирование скорости передвижения крана обеспечивается посредством применения системы импульсно-ключевого или фазо-импульсного регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором.
Импульсно-ключевой или фазоимпульсный способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя в сочетании с режимом конденса-
торного торможения с конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора позволяет получить достаточно жёсткие механические характеристики как в двигательном, так и тормозном режимах. Наличие таких характеристик позволяет осуществлять передвижение крана с постоянной скоростью как в двигательном, так и тормозном режимах. Это необходимо, так как кран обладает парусностью, и момент сопротивления на валу двигателя может менять направление своего действия в зависимости от направления ветра. При встречном ветре момент сопротивления - реактивный, а при попутном ветре -активный.
В существующих электроприводах переход из двигательного режима в тормозной и наоборот с целью поддержания скорости передвижения краиа производится машинистом, что усложняет управление краном. При попутном ветре момент сопротивления на валу двигателя снижается, а при малой его величине частота вращения двигателя, согласно его механической характеристике, резко возрастает, а с ней возрастает и скорость передвижения крана. Для предотвращения возрастания скорости передвижения машинист переводит двигатель в тормозной режим, а с уменьшением скорости он вновь переключает его в двигательный режим, тем самым поддерживая постоянство скорости. Всякий переход из одного режима в другой сопровождается бросками тока, а следовательно, и момента, что отрицательно сказывается на механической части привода и крана, а также приводит к раскачиванию груза.
Повысить срок службы механической части крана и исключить режим раскачивания груза можно путём плавного перехода из одного режима в другой, реализацией системы автоматического перехода из двигательного режима в тормозной и наоборот при изменении направления действия момента сопротивления без участия машиниста. Поэтому обоснование параметров электропривода переменного тока с конденсаторным торможением позволяет обеспечить плавный переход из двигательного режима в тормозной и наоборот, что является актуальной научной задачей.
Целью работы является установление зависимостей и обоснование параметров, характеризующих работу асинхронного двигателя в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора.
Идея работы заключается в снижении динамических нагрузок, возникающих в электромеханической системе привода механизма передвижения грузоподъёмных кранов при переходе из двигательного режима в тормозной, путём выбора оптимальных параметров электролитического конденсатора.
Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:
математическая модель асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения, отличающаяся наличием электролитического конденсатора в цепи выпрямленного тока ротора;
зависимость диапазона регулирования частоты вращения и минимальной нагрузки асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора от её номинальной мощности;
зависимость тока разряда электролитического конденсатора, включённого в цепь выпрямленного тока ротора, от его ёмкости и напряжения заряда при различной частоте вращения ротора асинхронной машины.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использованием в работе математического аппарата, математического моделирования и удовлетворительной сходимостью экспериментальных данных с данными, полученными при компьютерном моделировании исследуемых процессов (расхождение в пределах 10-15%).
Значение работы.
Научное значение работы состоит:
в разработке математической модели асинхронной машины, работаю
щей в режиме электродинамического торможения с электролитическим
конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, положенной в основу расчёта переходных процессов и позволяющей определить рациональные его параметры;
установлении зависимости тока разряда электролитического конденсатора, включённого в цепь выпрямленного тока ротора, от его ёмкости и напряжения заряда при разной частоте вращения ротора асинхронной машины, позволяющей определить область существования режима электродинамического торможения с самовозбуждением;
установлении зависимости диапазона регулирования частоты вращения и минимальной нагрузки асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, от его номинальной мощности. Данные зависимости отличны от существующих аналогичных зависимостей режима динамического торможения с независимым возбуждением тем, что диапазон регулирования частоты вращения меньше, а минимальная нагрузка асинхронной машины больше. Практическое значение работы заключается:
в разработке методики расчёта механических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, и интерактивной компьютерной программы к ней;
разработке принципиальной электрической схемы управления электроприводом механизма передвижения грузоподъёмного крана, обеспечивающей автоматической переход из двигательного режима в тормозной и обратно при изменении направления ветровой нагрузки.
Реализация результатов работы. Разработанная принципиальная электрическая схема электропривода грузоподъёмных кранов, обеспечивающая автоматический переход из двигательного режима в тормозной и обратно в зависимости от ветровой нагрузки; методика расчёта механических характе-
9 ристик электрической машины, работающей в режиме конденсаторного торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, и интерактивная компьютерная программа к ней приняты к использованию ОАО «СКТБ БК» при проектировании.
Разработанная методика расчёта механических характеристик асинхронной машины, работающей в режиме конденсаторного торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, используется в учебном процессе на кафедре «Электрификация и энергоэффективность горных предприятий» Московского государственного горного университета.
Апробация работы: Основные результаты работы докладывались и были одобрены:
- на научных симпозиумах: "Неделя горняка-2005" (г. Москва, МГГУ,
2005 г.); "Неделя горняка-2006" (г. Москва, МГГУ, 2006 г.);
- на научных семинарах кафедры "Электрификация и энергоэффектив
ность горных предприятий" МГГУ (г. Москва, 2004 - 2006 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных статей и по
лучен патент на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит 60 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 63 наименований.
Электроприводы с асинхронным двигателем с фазным ротором и торможением противовключением
Подъёмные краны общего назначения используются во всех отраслях промышленности при технологических, погрузочно-разгрузочных, монтажных, складских и др. работах. Применение таких машин уменьшает объём использования тяжёлых ручных операций и способствует резкому повышению производительности труда. Автоматизация грузоподъёмных машин позволяет включить её в поточную линию, а универсальность использования -сделать составным элементом автоматизированного производства. Они имеют большую номенклатуру типоразмеров и исполнения. Широко используются краны грузоподъёмностью от 5 до 320 тонн. Современное кра-ностроение характеризуется совершенствованием конструкций, применением новых материалов, внедрением более современных методов расчёта, позволяющих снизить габариты крана, повысить их надёжность. Создаваемая машина должна соответствовать действующим ГОСТам и обладать требуемой прочностью, долговечностью и надёжностью. Вместе с тем, она должна быть создана при отсутствии избыточных запасов прочности, при соблюдении экономии в расходовании конструктивных материалов, что снижает стоимостные показатели. Большую роль в снижении и улучшении технологических показателей играет правильный выбор электропривода.
Крановой электропривод работает в специфических условиях, определяемых особенностями работы: ? изменение нагрузки в больших диапазонах и изменение направления действия; ? широкий диапазон изменения скоростей; ? работа двигателя при большом включении в час; ? высокая вероятность перегрузок; ? различные внешние воздействия на оборудование, находящееся на движущихся частях крана; высокая влажность воздуха и резкие колебания температуры окру жающей среды. В соответствии с вышеизложенным к электроприводу предъявляются следующие требования: ? регулирование скорости и момента двигателя в соответствии с определённым набором механических характеристик; ? повышение надёжности и безопасности работы крановых установок; ? простота управления с целью уменьшения утомляемости крановщиков. Соответственно этому применяемые системы крановых электроприводов характеризуются большим разнообразием. Наиболее широко для электроприводов крановых механизмов используются асинхронные двигатели (свыше 90%) с фазным или короткозамкнутым ротором, в меньшей степени - двигатели постоянного тока с последовательным и независимым возбуждением. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором обычно применяются при небольшой мощности для крановых механизмов, не требующих регулирования скорости или допускающих ступенчатое регулирование скорости. В последнем случае применяются двух- или трёх скоростные асинхронные двигатели. Для обеспечения плавности пуска и торможения в крановых приводах с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором иногда применяют регулируемые резисторы или тиристорные регуляторы напряжения в ста-торной цепи, а в зарубежной практике - также гидромуфты или электромагнитные муфты [16]. Гораздо большие возможности в отношении регулирования координат крановых электроприводов даёт применение асинхронных двигателей с фазным ротором. При этом наиболее широко используется реостатный способ регулирования с добавочным сопротивлением в роторной цепи, переключение ступеней которых производится либо с помощью силовых контроллеров, либо дистанционно с помощью релейно-контакторной аппаратуры и командо-аппаратов. Первая система наиболее проста и дешева, отличается несложностью наладки, но имеет невысокие эксплуатационные характеристики и недостаточный ресурс работы. Электроприводы с силовыми контроллерами предназначены для механизмов небольшой мощности при лёгком и среднем режимах работы. Комплектные крановые электроприводы с магнитными контроллерами охватывают диапазон номинальных мощностей двигателя от И до 180 кВт для механизмов подъёма и от 3,5 до 100 кВт для механизмов передвижения [16]. Электроприводы с асинхронным фазным двигателем и торможением противовключением для механизмов горизонтального передвижения до последнего времени, благодаря простоте реализации, находят наиболее широкое применение для крановых элетсгроприводов. Комплектные электроприводы выполняют на основе применения асинхронных крановых двигателей с фазным ротором при управлении от силовых контроллеров ККТ60 и панелей управления переменного тока с автоматическим пуском (ТА), дуплексных панелей переменного тока с автоматическим пуском (ДТА), панелей с переменным током по силе и постоянным по управлению (К), дуплексных панелей с переменным током по силе и постоянным по управлению (ДК). Электроприводы с силовыми кулачковыми контроллерами и панелями ТА, ДТА с цепями управления на переменном токе применяют для кранов общего назначения, а с панелями К, ДК с цепями управления на постоянном токе - для кранов металлургического производства. Особенности использования определяют и некоторые различия в построении указанных панелей. Панели К имеют индивидуальную защиту, в то время как для панелей ТА основной является схема с общей защитой, вынесенной на отдельную защитную панель; в панелях ДК для двух- и многодвигательных электроприводов предусмотрено разделение силовых цепей двигателей для повышения надежности работы системы. Имеются также и другие различия.
Методика расчёта минимальной частоты вращения асинхронного двигателя, работающего в режиме динамического торможения с самовозбуждением
Конденсаторное торможение является наиболее экономичным тормозным режимом асинхронной машины (AM) с фазным ротором [32], так как в этом случае для создания тормозного режима она не потребляет электроэнергию из сети переменного тока в период работы. Потребление электроэнергии идёт только на заряд электролитической ёмкости, что не сопоставимо с мощностью, которая расходуется в схемах динамического торможения (ДТ) с независимым возбуждением [11, 50] или динамического торможения с изменяющейся структурой [49, 51].
В момент времени, когда происходит переход из двигательного режима в режим конденсаторного торможения, осуществляется отключение AM от сети переменного тока и подключение её обмоток статора к обкладкам электролитического конденсатора. Процесс самовозбуждения AM происходит благодаря разряду конденсатора, создающего начальный ток возбуждения, который в свою очередь, создаёт начальный магнитный поток. Начальный магнитный поток наводит во вращающемся роторе ЭДС, которая, выпрямляясь через неуправляемый выпрямитель, собранный по трёхфазной мостовой схеме, служит источником постоянного тока для обмоток статора. Выпрямленная ЭДС ротора создаёт постоянный ток, поступающий в обмотки статора, только при условии, когда выпрямленная ЭДС станет больше напряжения на обкладках электролитического конденсатора. При появлении выпрямленного тока, протекающего по обмоткам статора, наступает лавинообразный процесс возбуждения асинхронной машины, так как ток ротора выполняет
положительную обратную связь. Переход в тормозной режим может происходить при различных начальных скоростях, различной ёмкости электролитического конденсатора и различных напряжениях заряда электролитического конденсатора. Это обстоятельство приводит к необходимости изучения процесса разряда конденсатора при переходе асинхронной машины из двигательного режима в режим конденсаторного торможения.
Поэтому данная глава посвящена разработке математической модели асинхронного двигателя с фазным ротором, работающим в режиме конденсаторного торможения. Данная математическая модель позволяет исследовать переходный процесс конденсаторного торможения с целью его изучения и определения условий, при которых начинается процесс самовозбуждения.
При математическом описании асинхронной машины с фазным ротором воспользуемся методом пространственного вектора и теорией обобщенной электрической машины [13,22, 24, 25,45]. Суть метода пространственного вектора состоит в том, что мгновенные значения симметричных трёхфазных переменных состояния (напряжений, токов, потокосцеплений) молено математически преобразовать так, чтобы они были представлены одним пространственным вектором. Обобщенная электрическая машина - это двухполюсная двухфазная симметричная идеализированная машина, имеющая две пары обмоток на роторе н статоре. В нашем случае статор асинхронной машины получает питание от источника постоянного тока, которым служит собственный ротор вместе с неуправляемым выпрямителем, собранным по трёхфазной мостовой схеме. Из этого следует отсутствие постоянства тока статора (// Ф const). Ток статора зависит от выпрямленной ЭДС ротора. ЭДС ротора, в свою очередь, зависит от; основного п ото ко сцепления намагничивания; S частоты вращения ротора относительно статора; мощности нагрузки, Питание AM является независимым от внешних источников. Тогда коэффициент обратной связи по току будет равен: где 1экв -линейный трёхфазный ток статора, эквивалентный по МДС к постоянному току возбуждения /e = Id, А; 1 2 - ток ротора, приведённый к статору, А; ld - выпрямленный ток ротора, А; Вывод уравнений динамической механической характеристики динамического торможения AM ведётся по законам и формулам асинхронной машины, заменив постоянный ток, подаваемый в статор, на эквивалентный по МДС трёхфазный ток. Это допустимо. Действительно, в момент пуска двигателя вращающееся с синхронной скоростью поле статора пересекает проводники неподвижного ротора (яри динамическом торможении то же по форме поле неподвижно), но вращается ротор, и при его синхронной скорости происходит такое же пересечение поля проводниками ротора. Сравниваемые режимы будут и при других частотах вращения ротора, считая численно равными скольжение в режиме двигателя и относительную частоту вращения в режиме динамического торможения. При математическом описании асинхронной машины, работающей в режиме динамического торможения, приняты следующие допущения: У электрическая машина ненасыщенна; У остаточное намагничивание отсутствует; потери в стали пренебрежительно малы; магнитное поле обмоток синусоидально; влияние формы пазов отсутствует; асимметрия в фазах статора и ротора отсутствует; воздушный зазор равномерен; вентили в роторном выпрямителе идеальны. Такая асинхронная машина имеет круговое поле в воздушном зазоре.
Определение индуктивности намагничивания и электромагнитной постоянной времени ротора
В результате получен ток больше 2,5 А (при 800 мин !) и 1,73 А (при 1000 мин1) с электролитическом конденсатором ёмкостью 5 мкФ и более. Снижение начальной частоты до 600 мин1 приводит к увеличению амплитудного значения выпрямленного ЭДС ротора до 122 В (рис.4.9). Для получения режима конденсаторного торможения при переходе с начальной частоты вращения 600 мин необходимо, чтобы эквивалентный ток, полученный при разряде электролитического конденсатора, успел достичь величины более 4 А. При 600 мин необходимый ток в момент разряда электролитического конденсатора на статор будет получен при применении электролитического конденсатора с ёмкостью больше 200 мкФ, что видно из рис.4.9. Необходимости принудительно осуществлять предварительный заряд электролитического конденсатора от внешнего источника напряжения нет, но если осуществить предварительный заряд электролитического конденсатора от внешнего источника напряжения, то в результате имеем ток больше 4 А с электролитическим конденсатором ёмкостью 10 мкФ и более (рис.4.9). Эффект от предварительной зарядки электролитического конденсатора выбранным источником напряжения приводит к уменьшению минимального значения ёмкости в 20 раз, что значительно снижает стоимость электролитического конденсатора. Если начальную частоту вращения уменьшить до 400 мин1, то эквивалентный ток, полученный при разряде электролитического конденсатора должен достичь величины 7,7 А . Если первоначальный заряд электролитического конденсатора произвести амплитудным значением выпрямленной ЭДС ротора равной 183 В, когда асинхронный двигатель работает в двигательном режиме с ЭДС ротора равной 0,6 (при 400 мин1) от номинальной ЭДС ротора, то необходимый ток в момент разряда электролитического конденсатора на статор будет получен при применении электролитического конденсатора с ёмкостью больше 175 мкФ, что видно из рис.4.10. Не обязательно осуществлять предварительный заряд электролитического конденсатора от внешнего источника напряжения, но если осуществить предварительный заряд электролитического конденсатора от внешнего источника напряжения, то получаем ток больше 7,7 А при применении электролитического конденсатора с ёмкостью больше 50 мкФ (рис.4.10). Благодаря предварительной зарядке электролитического конденсатора амплитудным фазным напряжением статора минимальный уровень значения ёмкости электролитического конденсатора уменьшается в 3,5 раза, что снижает стоимость электролитического конденсатора. На рис.4.11 показана зависимость ic,.JKe=j{UCQ, С) перехода с начальной частоты вращения 200 мин1. Для возникновения режима конденсаторного торможения необходимо, чтобы эквивалентный ток, полученный при разряде электролитического конденсатора, успел достичь величины более 24 А . Если предварительный заряд электролитического конденсатора произвести амплитудным значением выпрямленного напряжения ротора равным 244 В, когда асинхронный двигатель работает в двигательном режиме с ЭДС ротора равной 0,8 (при 200 мин1) от номинальной ЭДС ротора, то необходимый ток в момент разряда электролитического конденсатора на статор получен не будет, что видно из рис.4.11. Возникает необходимость принудительно осуществлять предварительный заряд электролитического конденсатора от внешнего источника напряжения. При исследовании принимаем амплитудное фазное напряжение статора равным 312 В и в результате получаем ток больше 24 А при применении электролитического конденсатора с ёмкостью больше 380 мкФ. 1. Определены условия, при которых наступает режим электродинамического торможения с самовозбуждением асинхронной машины. 2. Получена зависимость "-/(4.эте) частоты вращения асинхронной машины от эквивалентного тока статора, являющейся границей областей двух режимов (область возможного и невозможного режима конденсаторного торможения с самовозбуждением). 3. Показано, что величина выпрямленного тока ротора при постоянной начальной частоте вращения практически не влияет на величину максимального момента асинхронной машины, а сказывается лишь на времени наступления режима электродинамического торможения с самовозбуждением. Причём, чем меньше ток, тем меньше время запаздывания. 4. Получены зависимости /с 1т = f{C, Ucfi) эквивалентного тока статора от ёмкости С и напряжения заряда ил электролитического конденсатора при разной частоте вращения ротора асинхронной машины, позволяющие определить при заданной начальной частоте вращения параметры конденсатора, обеспечивающие надёжный переход в режим конденсаторного торможения. 5. Определена оптимальная величина частоты вращения асинхронной машины, обеспечивающей наилучшие динамические характеристики при переходе из двигательного режима в режим конденсаторного торможения.
Определение условий самовозбуждения асинхронной машины, работающей в режиме конденсаторного торможения
Подключение двигателя Ml к сети сопровождается включением реле времени КТ1 и замыканием его контакта KTI.J, подключающим второе реле времени КТ2 также к источнику питания. Одновременно с этим замыкается контакт КТ1.2, подключающий неотключаемую часть пускового резистора R к однофазному мостовому выпрямителю UZ3. Ток, протекающий через пусковые резисторы, создаёт падение напряжения в неотключаемой части, которое после её выпрямления подаётся на потенциометр R5 и далее на один из входов компаратора U1. На другой вход компаратора U1 подается напряжениє заданого тока с потенциометра R8. Разность этих напряжений положительна и транзистор VTI открывается. Ток, протекающий через коллектор-эмиттер транзистора VT1 и оптосимистора VS2, вызывает его отпирание в цепи питания промежуточного реле К1. Включение реле времени КТ2 и размыкание его контакта КТ2 в цепи промежуточного реле К1 не приводит к его обесточиванию, так как он зашунтирован оптосимистором VS2. В случае снижения нагрузки на валу двигателя (попутный ветер) его момент снижается, а с ним уменьшается и ток ротора. При токе ротора І2=0,01-І2„Ом (где Ьиом - номинальный ток ротора) падение напряжения, снимаемого с неотклю-чаемой части резистора R, становится меньше. Разность напряжений на компараторе U1 становится отрицательной и транзистор VT1 запирается, а вместе с ним размыкается цепь питания промежуточного реле К!.. Якорь реле К1 отпадает, его контакт К1.2 размыкается и двигатель отключается от сети. Одновременно с этим замыкается контакт К1.1 и контактор динамического торможения КМд получает питание, срабатывает и замыкает свои контакты КМ& подключая трёхфазный мостовой выпрямитель UZ1 к двум обмоткам статора двигателя Ml. Электролитический конденсатор С1 разряжается на эти обмотки, создавая неподвижное в пространстве магнитное поле, которое во вращающемся роторе наводит ЭДС. Эта ЭДС создает ток, а следовательно, и тормозной момент. Двигатель переходит в режим электродинамического торможения с самовозбуждением без участия машиниста. Электропривод при этом работает согласно механической характеристике 1, изображённой во втором квадранте (рис.5.8). Выпрямленный ток ротора, протекающий по обмотке реле тока КА1, вызывает его включение и размыкание контакта/641 в цепи питания промежуточного реле К1. С отключением двигателя обесточиваются катушки реле времени КТ1 и КТ2, которые переводят свои контакты в исходное положение. Замыкание контакта КТ2 не восстанавливает цепь питания промежуточного реле К1, так как контакты КЛ1 и КМ3.2 - разомкнуты.
В случае, когда момент сопротивления вновь становится реактивным, ток, протекающий через обмотку реле тока КА1, снижается и вызывает отпадание его якоря. Это приводит к замыканию контакта КА1 и к подключению катушки промежуточного реле KI к источнику питание. Его контакты возвращаются в положение, соответствующее двигательному режиму, т.е. контактор динамического торможения КМд отключается, а линейный контактор КМ1 или КМ2 включается и электропривод вновь переходит в двигательный режим и начинает работать согласно механической характеристике 1, расположенной в первом квадранте (рис.5.8). При переводе рукоятки командоконтроллера в позицию 2 включается контактор КМ4, замыканием контактов которого шунтируется первая ступень пускового резистора R и двигатель переходит на новую механическую характеристику 2, При этом размыкается блок-контакт КМ4.2 и катушка контактора динамического торможения КМд2 обесточивается, а его контакт КМд2 размыкается, вводя в цепь выпрямленного тока ротора резистор Rd. При переходе двигателя в режим электродинамического торможения его механическая характеристика 2 изображается во втором квадранте (рис.5.8).
Разработанная электрическая схема автоматического управления электроприводом механизма передвижения грузоподъёмных кранов имеет следующие достоинства: - хорошие регулировочные свойства электропривода, сравнимые со свойствами электропривода постоянного тока по системе «тиристор-ный преобразователь - двигатель» с раздельным управлением при од-нозонном регулировании; - благоприятные условия работы двигателя, способствующие увеличению его надежности и срока службы; - возможность получения без применения тахогенератора жёстких промежуточных характеристик и устойчивой пониженной скорости двигателя независимо от величины знака момента нагрузки на валу; - формирование оптимальных переходных процессов электропривода, обеспечивающих минимальную продолжительность производственного цикла; - задание по желанию оператора различных ускорений при ограничении рывка с целью устранения раскачивания груза; - ограничение колебаний электромагнитного момента двигателя на начальном участке путём реализации предварительного включения статора с целью уменьшения динамических нагрузок в механических передачах и металлоконструкциях; - уменьшение влияния колебаний напряжения сети на перегрузочную способность двигателя, так как поддержание тока ротора на заданном уровне в режиме токоограничения приводит к пропорциональности момента не квадранту, а первой степени питающего напряжения; - повышение энергетических показателей электропривода как за счёт применения торможения с самовозбуждением, так и за счёт уменьшения числа включений, вследствие более точного управления электроприводом; - уменьшение переменных нагрузок в металлоконструкциях крана с многодвигательным электроприводом, как результат согласования скоростей двигателей; - работу в тормозном режиме на жёсткой механической характеристике в широком диапазоне моментов (от нуля до максимального значения); - работу без постоянно подключенного источника подпитки во время тормозного режима, что так же приводит к дополнительной экономии электроэнергии.
