23. Регулювання швидкості конвеєрних установок

На рис.4.9 зображений стрічковий конвеєр зі стрічкою, що рухається зі швидкістю х. Рух стрічки передається від двигуна Д через редуктор Р і барабан Б.

і)

Момент на валу приводного двигуна конвеєра:

РЯ

*тѵ >

р ‘р

де Я — радіус барабана; Р ~ зусилля на приводному барабані.

Зусилля на барабані має дві складові:

Р = Р« + Рі

0 в’

де Р₀ - зусилля, затрачуване на переміщення стрічки конвеє­ра; Р_в - зусилля необхідне для переміщення вантажу.

Коли вантаж на конвеєрі відсутній, двигун розвиває момент неробочого ходу:

^о= —

«До*

дегц - ККД редуктора, що відповідає зусиллю Р₀.

З огляду на властивості механічних передач, залежність момен­ту на валу двигуна від зусилля на барабані

М,=М₀.+(і-М₀,)і>

^де~~ИГ' ~тг; К~ номінальний момент на

^ Н ^ Н вн

валу двигуна необхідний для переміщення стрічки і номінального вантажу при номінальній швидкості; і^г_вн - складова тягового зу­силля Р в органі конвеєра, виникаюча за рахунок переміщення лише номінального корисного вантажу.

Складова тягового зусилля і швидкість переміщення стрічки V конвеєра визначають його продуктивність:

^

£ _ V

де2* - 0_Н - номінальна продуктивність конвеєра; - ~р~;

У_н і V— відповідно, номінальна і фактична швидкості руху стрічки.

При постійній номінальній швидкості конвеєра (К = 1):

кутова швидкість на валу двигуна.

Аналіз залежності показує, що коли знижується продук­тивність ефективність роботи конвеєра зменшується, оскільки зро­стає відносна частка потужності, що витрачається на подолання моменту неробочого ходу Л/₀. Очевидно, що при недовантаженні конвеєра більш економічним по витратах енергії є режим роботи зі змінною швидкістю, що забезпечує ту саму продуктивність, але при сталості складової зусилля Р_в. = 1. Відповідно до 0* = Р_Ъ.Ѵ_Щ швидкість у цьому випадку повинна змінюватися за законом:

На рис.4.10 показані залежності потужності на валу двигуна для конвеєра з моментом неробочого ходу Л/₀ = 0,3 М_н для постійної (^=соп5і) і регульованої (/^сопзі) швидкостей стрічки.

потужність, що розвивається двигуном на валу: Р* - М,со, - М₀, + (і - М₀. ,

;со, = — = 1;со =

со,

<о

н

; Р, со — номінальна потужність і

со.= К=<2*,

якому відповідає потужність на валу двигуна

К=М. со, = [м₀. + (і - М₀. )]0, = а-

Рис.4.10

Заштрихована зона відповідає економії потужності, одержу­ваній за рахунок регулювання швидкості

АР.=Л-Я=М₀.(і-Є.>

Таким чином, ефект від регулювання швидкості тим вище, чим більший момент неробочого ходу і чим значніше знижується про­дуктивність конвеєра.

2.4. Регулювання швидкості вантажопідйомних машин

Для механізмів вантажопідйомних машин (кранів, ліфтів) за­стосовуються різні системи асинхронного привода, які можна поділити на дві групи. Перша реалізується на основі релейно- контакторної апаратури з використанням реостатного регулю­вання, динамічного гальмування, багатошвидкісних двигунів тощо. Друга група виконується з напівпровідниковими пристро­ями: з перетворювачами напруги, частоти, імпульсними регу­ляторами. Для кранів і ліфтів масового призначення дотепер в основному знаходять застосування системи електроприводів першої групи, у яких відсутні керовані напівпровідникові пере­

творювачі. Однак релейно-контакторні системи керування ча­сто не забезпечують бажаних енергетичних показників і якості регулювання координат в електроприводах розглянутого класу. Хому є потреба розробки більш досконалих електроприводів другої групи.

Вибір системи електропривода для даних механізмів залежить від вартості, масогабаритних, енергетичних показників, надійності устаткування й істотно визначається умовами і рівнем експлуатації. Оскільки вантажопідйомні машини мають масове застосування, то для них часто вимагаються максимально прості й дешеві електро­приводи, що мали б за можливості просте схемне виконання і ра­зом з тим необхідні технічні показники. Однією з таких систем є система перетворювач напруги — асинхронний двигун.

Приводні двигуни кранових і ліфтових механізмів працю­ють у повторно-короткочасному режимі. При цьому основну час­тину робочого часу (60-70% і більше) приводний двигун обертаєть­ся з високою частотою близькою до номінальної і приблизно до 15% - зі зниженою частотою. У процесі роботи на високій частоті АД найкраще підключати безпосередньо до мережі. Отже, протя­гом більшої частини робочого часу між мережею живлення і ста­тором АД ніякий перетворювач не потрібний. Протягом же неве­ликої частини робочого часу керований перетворювач електрич­ної енергії необхідний як для забезпечення зниженої частоти обертання ротора, так і для належного формування перехідних процесів пуску і гальмування.

Як керований перетворювач найкраще підходить ПЧ, оскіль­ки він забезпечує вищу якість регулювання координат АД (швидкість, момент, струм). При роботі на високій швидкості більше підходить ТРН, тому що при нульовому куті керування ти­ристори повністю відкриті, і мережа не завантажується вищими гармоніками. У випадку ж використання ПЧ при роботі на високій швидкості (і номінальній частоті) виникають певні проблеми, по­в’язані або з відомими труднощами щодо забезпечення генератор­ного режиму з рекуперацією енергії в мережу (такий режим є ха­рактерною рисою для розглянутого класу механізмів) за наявності інвертора напруги, або з погіршенням коефіцієнта потужності при наявності інвертора струму.

Основним режимом роботи системи ТРН-АД є фазовий. Дослідження показують, що технічні можливості цієї системи мож­на значно розширити за рахунок спеціальних режимів АД: квазі- частотного і крокового.

При здійсненні квазічастотного керування частоти значи­мих гармонік виражаються у вигляді:

у _ /„і К +ІМі +Л2О2 + ¹і)Я₂

(щ+Ояі+(щ+^)я2

ДЄ

/„1 =/м

т 1—*-

К

;/л2=/«

Г_т (т₂+/₂)

7ут: /я,, /,, т₂, І_ѵ д₂ — параметри квазічастотного керування;

^ - частота мережі; /_т — мінімальний час такту перемикання; к₂ = 0,1,2,...-цілі числа, що задовольняють нерівності, Г_м — період мережі:

^к\Я\ +Мг ^2[(ш, + /,)?і +(т₂ +/₂)9₂]^г-

М

Частоту/_п значимої гармоніки напруги можна наблизити до будь-якої заданої частоти в зоні між^, \/_п2. Отже, змінивши пара­метри квазичастотного керування, можна здійснити в широкому діапазоні плавне регулювання частоти значимої гармоніки.

Рис А11

На рис. 4.11 наведена схема керування АД, у якій забезпечуєть­ся як квазічастотний, так і фазовий режими керування. Система

імпульсно-фазового керування СІФУ має два входи: вхід керуван­ня і релейний вхід блокування, до якого приєднаний блок квазі- частотного керування БКЧУ. При зміні і/ здійснюється регулю­вання амплітуд значимих гармонік напруги на статорі АД, а при зміні параметрів квазичастотного керування — регулювання час­тоти цих гармонік.

На рис. 4.12 зображені два сімейства експериментальних ме­ханічних характеристик 1-5 і 6-8, що отримані при здійсненні за­значеного способу. Нарисунку: 1-т=2, /,=6; 2- /я,=2, /,=6, <7,=3, т= 3, 1=6, <?₂=1; 3 - т~ 2, 1=6, ?=1, 3, 1=6, ?=1; 4- т = 2,

/,=6, <7,=1, /и₂=3, /₂=6, #₂=3; 5— т₂=3,1 = 6; 6— /я,=4, /,=12; 7—т = 4, /,=12, #,=2, т₂=5, /₂=12, #₂=1; т₂=5, /₂=12; 9- природна харак­

теристика.

оУссь

м/м_н

Рис. 4.12

У кожному з цих сімейств механічні характеристики розташо­вані близько одна до одної, що говорить про високу плавність ре­гулювання швидкості.

Квазичастотне керування має такі переваги: забезпечення ста­більної зниженої швидкості в розімкнутій системі керування, ре­гулювання моменту в широкому діапазоні з плавним переходом з Рушійного режиму АД в гальмівний, здійснення електричного гальмування у визначеній зоні швидкостей.

Крім переваг таке керування має і недоліки: труднощі забез­печення гальмування поблизу синхронної швидкості, а також на­явність шуму і вібрацій АД. Останній недолік є найбільш істотним.

Разом з тим, квазичастотне керування становить значний інтерес для віброприводів, у яких робочий орган робить коливальний рух. Квазічастотний режим становить інтерес і як спеціальний режим роботи електропривода, виконаного за системою ТРН-АД. Раці­ональне поєднання квазічастотного, крокового і фазового режимів значно розширює функціональні можливості цієї системи. На базі системи ТРН-АД розроблені електроприводи механізму пересу­вання однобалкових мостових кранів і тельферів.

Значний інтерес становить використання ТРН для керування низькошвидкісними лінійними асинхронними двигунами (ЛАД), що, на відміну від АД, мають ряд особливостей. Через підвище­ний повітряний зазор у ЛАД великий намагнічувальний струм, а струм індуктора мало залежить від швидкості (ковзання). Тому електричні втрати в первинних обмотках ЛАД при живленні від ПЧ чи ТРН не так різко відрізняються між собою, як у АД. Також через підвищений повітряний зазор швидше згасають електро­магнітні перехідні процеси, і має місце більш висока стійкість ро­боти електропривода в замкнутих системах регулювання. У систе­мах ТРН-ЛАД при фазовому керуванні зі зворотним зв’язком по швидкості забезпечується без коригувальних пристроїв регулюван­ня в діапазоні до (150-200): 1, а при квазічастотному - керуванні в розімкнутій системі регулювання швидкості здійснюється в діа­пазоні (10-15): 1 і вище при плавному переході з рушійного режи­му в гальмівний. Система ТРН-ЛАД, зокрема, може бути викори­стана для реалізації безредукторного електропривода кабіни ліфта.

З ВИБІР РАЦІОНАЛЬНОГО СПОСОБУ РЕГУЛЮВАННЯ ШВИДКОСТІ ЗАЛЕЖНО ВІД ХАРАКТЕРУ ЗМІНИ НАВАНТАЖЕННЯ