книги / Электрооборудование лифтов массового применения
..pdfРис. 36. Электромеханические харак- |
Рис. 37. Кусочно-линейная аппрокси- |
||
теристикн асинхронного двигателя |
мация нагрузочной диаграммы пуско- |
||
типа МТКВ411-6: |
вого тока асинхронного двигателя: |
||
J — механическая; 2 — скоростная |
т------------------------о к а ; |
нагрузочная |
диаграмма |
|
кусочно-линейная на |
||
|
грузочная диаграмма тока |
|
2)в качестве расчетной принята упрощенная трапецеидаль ная диаграмма скорости с временем пуска и замедления, рав ным 1,4 с; с точки зрения нагрузок эта диаграмма мало отли чается от оптимальной;
3)момент сопротивления Мс и момент инерции системы J
определены по формулам (4) и (5) применительно к лифту гру
зоподъемностью |
1000 кг при скорости движения кабины 1,4 м/с; |
они оказались |
равными соответственно Л4С« 0,5 Мп и / = |
= 3/д (Ми и / д— номинальный момент и момент инерции рото ра двигателя);
4) превышение момента сопротивления при трогании над расчетным моментом сопротивления в расчетах не учитыва лось;
5) коэффициент момента /гм, входящий в формулу момента динамического торможения, зависит от параметров двигателя следующим образом (см. п. 3.3) :
/гм % (1 + Х о /Х ^2.
Полученные нагрузочные диаграммы асинхронного двига теля лифта при тиристорном фазовом управлении показывают, что при правильном выборе асинхронного двигателя возможно помимо оптимизации движения кабины лифта обеспечить бла гоприятный тепловой режим двигателя. Необходимую точность остановки кабины можно обеспечить, в частности, путем пере вода двигателя в двигательный режим.
Для оценки теплового состояния двигателя целесообразно использовать метод эквивалентного тока; последний для задан-
ной продолжительности включения ПВ определяют по формуле: при принудительной вентиляции двигателя
г |
1f |
^п.э^п+ tyy+ М?.э*т # |
э ~ |
V |
tn + ty + t? |
при самовентиляции двигателя
^П.9^п_Ь "Ь ^Т^т.Э^т .
сс/ц -f- iу ~р cctrjf
При использовании двигателей, предназначенных для про должительного режима работы (ПВ = 100 %). эквивалентный ток определяют по формуле
|
|
|
^п.э^п "Ь |
T" Vï.a^T t |
|
|
|
|
|
|
сс^п -{- ty -|- atT-|- |
|
|
|
|
где |
tn, t7, tT |
и — продолжительности |
пуска, установившегося |
движения, |
|||
торможения и паузы, определяемые для |
заданного |
максимального |
числа |
||||
включений в час N, причем продолжительность цикла составляет |
^ц=^п-Иу+ |
||||||
~Мт + *о — 3600/ЛГ, а |
продолжительность работы |
|
+ ^у + |
— |
|||
= |
ПВ/100; а = 0,75 — коэффициент, |
учитывающий |
уменьшение |
||||
теплоотдачи |
двигателя |
при пуске и |
торможении; |
|}«0,5 — коэффициент, |
учитывающий уменьшение теплоотдачи двигателя во время паузы; /у — уста новившийся ток двигателя при <а=сос=const и M=Afc; /гт— коэффициент,
учитывающий способ торможения, причем при динамическом торможении, когда ток проходит по двум фазам статора двигателя, /гт=2/3, а при противовключении kT= l; 1а.э и / т.э— эквивалентные пусковой и тормозной токи двигателя.
Для получения выражений эквивалентного пускового и тор мозного токов следует использовать нагрузочные диаграммы то ков и формулу эквивалентной величины в виде
l' = y - j - f Pdt |
(27) |
После линейно-кусочной аппроксимации зависимости пуско вого тока /п от времени (рис. 37) и применения формулы (27) эквивалентный пусковой ток
^п.э — |
+ ^п г) 4 + 0п2 |
7п27у + / у ) ( 4 — tj}\/3tü , |
|
|
(28) |
где время h приблизительно равно времени пуска tn.
Эквивалентный тормозной ток может быть найден аналогич но. При этом возможны два случая. В первом случае кусочно линейная аппроксимация выполняется в двух интервалах време ни, и формула эквивалентного тормозного тока имеет вид (28). Во втором случае линейная аппроксимация выполняется в од ном интервале, равном интервалу торможения U. Тогда эквива лентный тормозной ток
72
-^т.э — | /Г(^т! "Г ^тх^т2 “Г ^тг)/3
Оценка теплового состояния двигателя, нагрузочные диаг раммы которого при тиристорном управлении приведены на рис. 35, при П В = 40 % и. N=90 пусков/ч показала, что эквива лентный ток при подъеме расчетного груза составляет 0,98 /п, а при спуске 0,95 / н. Это означает, что при тиристорном управ лении за счет соответствующего запаса двигателя по мощности и выбора двигателя с моментом инерции не более 4-10~3 кгХ Хм2/(Н-м) обеспечивается нормальный тепловой режим дви гателя в самый напряженный период работы лифта. Рассмот ренное выше относится также и к режиму противовключения асинхронного двигателя при замедлении движения кабины лифта.
3.7.ЛИФТОВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
СРЕЛЕЙНО-КОНТАКТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Механизм подъема грузовых и пассажирских лифтов при скорости движения кабины до 1,5 м/с оборудуют чаще всего асинхронным электроприводом с релейно-контакторным управ лением. Такой электропривод отличается простотой схемных решений, небольшими первоначальными затратами, простотой эксплуатации, обеспечивает необходимую точность остановки кабины на этаже. Последнее иллюстрируется диаграммой ско рости движения (или частоты вращения двигателя), построен ной на рис. 34 с помощью электромеханических характеристик двухскоростного двигателя (см. рис. 23) и уравнения движения электропривода. По диаграмме скорости видно, что компенса ция разброса пути замедления обеспечивается движением ка бины на малой скорости, т. е. когда двигатель работает на об мотке малой скорости с числом полюсов большим, чем у об мотки большой скорости. Такая диаграмма формируется при соответствующих дискретных воздействиях в функции пути: начало интервала замедления совпадает с моментом прохожде ния кабиной этажного переключателя заданного этажа, конец дотягивания кабины на малой скорости и начало стопорения системы механическим тормозом соответствуют моменту дости жения кабиной заданного этажа при срабатывании датчика точной остановки.
Схемная реализация лифтового электропривода с релейно контакторным управлением может быть различной, схема, при меняемая на большинстве отечественных грузовых и пассажир ских лифтов с двухскоростным асинхронным двигателем, при ведена на рис. 38. Для подготовки схемы к работе замыкают контакты выключателей QS, Q1 и' Q2. Кабина находится на этажной площадке какого-либо этажа, и контакт датчика точ ной остановки К7 разомкнут, контакты SJ, S2, S3 и S4 замкну-
Рис. |
38. |
Принципиальная |
схе |
|||||||||
ма |
релейно-контакторного |
|
уп |
|||||||||
равления |
лифтовым |
|
двухско |
|||||||||
ростным |
асинхронным |
двигате |
||||||||||
лем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М — двухскоростной |
|
асинхронный |
||||||||||
электродвигатель; |
|
Y —электромаг |
||||||||||
нит |
механического |
тормоза |
типа |
|||||||||
МП201 |
|
с |
|
пружинным |
заторма |
|||||||
живанием; |
|
Т |
и |
|
— трансформа |
|||||||
тор |
и |
выпрямитель |
для |
питании |
||||||||
катушек |
контакторов |
и |
реле |
по |
||||||||
стоянным |
током; |
QJ |
и |
Q2 — авто |
||||||||
матические |
|
выключатели для |
мак |
|||||||||
симальной |
|
защиты |
электродвига |
|||||||||
теля, |
|
электромагнита |
и |
трансфор |
||||||||
матора; |
QS — выключатель; |
Kl |
и |
|||||||||
К2 — контакторы |
|
соответственно |
||||||||||
направления |
«Подъем» |
и «Спуск»; |
||||||||||
КЗ — контактор |
|
включения |
|
об |
||||||||
мотки |
|
большой |
скорости; |
К4 — |
||||||||
контактор |
|
включения |
|
обмотки |
||||||||
малой |
|
скорости; |
КЗ — реле |
|
им |
|||||||
пульсов |
точной |
остановки; |
Кб — |
|||||||||
реле |
точной |
остановки; |
КТ — |
|||||||||
реле |
времени; |
К7 — контакт |
дат |
|||||||||
чика |
|
точной |
|
остановки; |
К8 — |
|||||||
контакт |
реле |
направления «Подъ |
||||||||||
ем»; К9 — контакт |
|
реле |
направле |
|||||||||
ния |
«Спуск»; |
Si, |
S2 — контакты, |
|||||||||
контролирующие |
состояние |
две |
||||||||||
рей |
|
шахты |
и |
кабины; |
S3 — кноп |
|||||||
ка |
«Стоп»; |
S4 — контакт |
конечно |
|||||||||
го выключателя |
|
|
|
|
|
|
|
ты. Схема электропривода работает следующим об разом. Для движения ка бины в направлении «подъем» замыкают кон такты К8, один из которых включает катушку контак
тора КЗ, а другой подготовляет к включению катушку контак тора KL Контактор КЗ своими главными контактами подготовля ет к включению обмотку большой скорости двигателя, замыкаю щим блок-контактом включает реле времени КТ, а размыкающим блок-контактом разрывает цепь питания контактора К4. Реле времени КТ срабатывает и с небольшой выдержкой времени за счет ЯС-цепи замыкает свои контакты КТ в цепи катушки контактора К1 и в цепи реле импульсов точной остановки Кб,
которое мгновенно включается и включает реле |
i очной оста |
новки Кб. Реле Кб, срабатывая, подготовляет к |
включению |
электромагнит Y тормоза и подает питание на катушку контак тора К1. Последний, включаясь, своими главными контактами подает напряжение на обмотку большой скорости двигателя М и на электромагнит Y, замыкающим блок-контактом шунтирует контакты К8 в цепи катушки контактора К1 и размыкающим блок-контактом дополнительно разрывает цепь катушки кон тактора К2.
Так как растормаживание тормоза под действием электро-
магнита Y происходит практически одновременно с возникно вением начального пускового момента двигателя М, то послед ний запускается. После трогания кабины с места контакт дат чика точной остановки К7 в цепи катушки реле Кб замыкается, однако это не изменяет состояния реле, так как оно перед этим было включено контактом реле времени КТ.
В описанном состоянии схема остается.на протяжении вре мени пуска и установившегося движения до момента прохожде ния кабиной этажного переключателя заданного этажа, когда при срабатывании этого переключателя и соответствующего логического устройства размыкаются контакты направления «подъем» К8. Размыкание контактов 1(8 приводит к отключе нию катушки контактора КЗ (контактор К1 удерживается во включенном состоянии замыкающим блок-контактом К1). За мыкающий блок-контакт контактора КЗ мгновенно отключает катушку реле времени К Т размыкающий блок-контакт вклю чает катушку контактора К4У а главные контакты отключают от сети обмотку двигателя М. Реле времени КТ с выдержкой времени размыкает свои замыкающие блок-контакты в цепях реле Кб и контакторов /<7 и К4. Эта выдержка рассчитывается так, чтобы контактор К4 замыкающим блок-контактом К4 ус пел зашунтировать контакт реле времени в цепи своей катуш ки, размыкающим контактом К4 разорвал дополнительно цепь катушки контактора КЗ и главными замыкающими контактами К4 включил в трехфазную сетй обмотку малой скорости двига теля М. Двигатель, у которого включена обмотка малой ско рости, сначала находится в режиме генераторного торможения. Затем на малой скорости в двигательном режиме двигатель дотягивает кабину до заданного этажа, контакт датчика точ ной остановки К7 размыкается и приводит к отключению по очередно реле импульсов точной остановки Кб, реле точной ос тановки Кб и контакторов К4 и КК Контактор К1 своими глав ными контактами отключает от сети двигатель М и электромаг нит Y тормоза, который стопорит электродвигатель и механизм подъема лифта.
Работа схемы электропривода в направлении «спуск» (пос ле замыкания контакта реле направления «спуск» К9) проис ходит аналогично.
Лифтовой электропривод переменного тока с релейно-кон такторным управлением имеет ряд крупных недостатков, сни жающих его эффективность и препятствующих применению на лифтах со скоростью движения кабины более 1,5 м/с:
1) невозможность реализации оптимальных законов движе ния кабины, обусловливающая низкий уровень комфортности лифта и неполное использование его производительности вслед ствие дотягивания на малой скорости;
2) большие масса и размеры двухскоростных асинхронных двигателей, превышающие соответствующие показатели одно
скоростных двигателей в 2—3 раза и приводящие к значительно му увеличению первоначальных затрат и эксплуатационных рас ходов на электропривод;
3)высокие потери энергии при пуске и торможении электро привода, обусловленные вынужденным увеличением момента инерции системы электропривода для ограничения ускорения при пуске и торможении;
4)низкая эксплуатационная надежность релейно-контактор ной аппаратуры, приводящая к снижению общего уровня на дежности лифта и удорожанию его эксплуатации;
5)увеличение неточности остановки кабины на этаже при возрастании номинальной скорости движения кабины.
В нерегулируемом электроприводе, каким является любой лифтовой электропривод переменного тока с релейно-контак торным управлением, полное устранение перечисленных недо статков невозможно. Поэтому возникает необходимость пере хода к регулируемому электроприводу, который, ликвидируя перечисленные недостатки, дает возможность решать новые задачи по улучшению технико-экономических показателей лифтов.
4.РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ЛИФТОВ
4.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Взависимости от рода тока приводного электродвигателя регулируемый электропривод лифтов бывает переменного тока
сасинхронным электродвигателем и постоянного тока с двига телем постоянного тока. Регулируемый электропривод перемен ного тока с асинхронным двигателем называется тиристорным асинхронным электроприводом вследствие применения силовых управляемых вентилей (тиристоров). Такой электропривод в си лу особенностей асинхронного двигателя выполняется только ре дукторным, т. е. двигатель и механизм подъема лифта связаны редуктором (как правило, червячным). Это объясняется, в
частности, тем, что тихоходный асинхронный двигатель имеет более сложную схему обмотки, низкие энергетические показа тели, большие массу и размеры, значительно превосходящие те же параметры соответствующего двигателя постоянного тока.
Регулируемый электропривод постоянного тока с двигателем независимого возбуждения применяется только на высокоско ростных лифтах со скоростью движения кабины свыше 2 м/с и может быть редукторным и безредукториым. Различают элек троприводы: регулируемый постоянного тока с электромашинным преобразователем; системы генератор — двигатель (Г—Д) с полупроводниковым управляемым преобразователем; системы тиристорный преобразователь —двигатель (ТП—Д).
Преимуществами электропривода ТП—Д по сравнению с электроприводом Г—Д являются высокий КПД в результате использования статического полупроводникового преобразова теля, более высокие быстродействие и надежность, меньшие эксплуатационные расходы и т. д. Вместе с тем применение тиристорного электропривода приводит к усложнению схемы управления, уменьшению коэффициента мощности, появлению радиопомех, воздействию высших гармоник напряжения и тока на питающую сеть.
Использование регулируемого электропривода постоянного тока (особенно безредукторного) в лифтах массового примене ния нецелесообразно из-за его высокой стоимости (двигатель постоянного тока в несколько раз дороже соответствующего асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором). Учитывая задачи данной книги, регулируемый электропривод постоянного тока будет рассмотрен в самых общих чертах.
Характерной особенностью регулируемого электропривода является наличие замкнутых контуров регулирования, обеспечи вающих реализацию оптимальных законов движения лифта. Система регулирования электропривода лифта может быть од но- и многоконтурной. В последнем случае применяют системы с последовательной коррекцией, или, иначе, системы подчинен ного регулирования. В любом случае основным является контур регулирования скорости движения кабины (или частоты вра щения "двигателя). Другой особенностью регулируемого элек тропривода, связанной с передачей движения от электродвига теля к механизму посредством шкива трения (где не исключается проскальзывание), является дискретное воздейст вие на систему регулирования в функции пути движения каби ны. Такие воздействия осуществляются дважды в течение одното рейса: в моменты начала замедления кабины и достижения кабиной заданного этажа.
Существенной особенностью тиристорного асинхронного электропривода является то, что объектом регулирования явля ется асинхронный электродвигатель, представляющий собой нелинейное динамическое звено, описываемое более сложными зависимостями, чем двигатель постоянного тока.
Применение дешевого и широко распространенного асин хронного двигателя с короткозамкнутым ротором в регулируе мом тиристорном асинхронном электроприводе лифтов обуслов ливает его высокие технико-экономические показатели.
4.2. ТРЕБОВАНИЯ К РЕГУЛИРУЕМОМУ ЭЛЕКТРОПРИВОДУ ЛИФТОВ. КРИТЕРИИ ОПТИМАЛЬНОСТИ СХЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
К регулируемому тиристорному электроприводу лифтов \ массового применения при скорости движения кабины не более 2 м/с кроме требований обеспечения заданной производитель
ности, необходимой надежности и минимума расходов предъяв ляют следующие требования:
1) обеспечение оптимального движения кабины лифта при ускорениях не более 1,5 м/с2 и рывках скорости не более 10 м/с3; 2) точность остановки кабины на уровне этажной площадки
должна быть в пределах ±30 мм;
3)лифтовой подъемный двигатель должен допускать без опасного перегрева расчетное число включений в час; в случае асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором его меха нические характеристики должны обеспечивать формирование оптимальных диаграмм движения кабины, а сам двигатель дол жен иметь удельный момент инерции ротора не более 4Х ХЮ“3 кг-м2/Н-м;
4)обеспечение устойчивой пониженной скорости движения кабины (в 3—6 раз меньшейее номинального значения) для выполнения ревизии шахты; в случае асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в процессе ревизии двигатель не должен перегреваться сверх допустимой температуры.
Перечисленным требованиям удовлетворяют регулируемые электроприводы постоянного и переменного тока, в том числе и
стиристорным управлением [22]. Для высокоскоростных лифтов применяют тиристорный безредукториый электропривод посто янного тока.
При разработке тиристорного электропривода переменного тока в соответствии с перечисленными требованиями следует учитывать функциональную пригодность, надежность и эконо мическую целесообразность. Из проведенных исследований ус тановлено, что необходимые показатели надежности электропри вода могут быть получены при применении полупроводниковой аппаратуры управления и асинхронного электродвигателя с ко роткозамкнутым ротором и с изоляцией класса F. Основным коммутирующим и регулирующим аппаратом в электроприводе является трехфазный реверсивный тиристорный регулятор на
пряжения. Устройства управления комплектуются из аналоговых и дискретных интегральных микросхем, оптронных тиристоров, транзисторов, резисторов, конденсаторов и других элементов. Менее надежную контактную аппаратуру (реле, контакторы и т. д.) применяют, когда это неизбежно в целях безопасности или не снижает заданного уровня надежности. Последнее мо жет быть достигнуто, так как контакты коммутируют электри ческие цепи в такие интервалы времени, когда ток в цепи прак тически отключен полупроводниковыми устройствами. В этом случае надежность контактного аппарата определяют уровнем его механической износостойкости, которая обычно во много раз выше уровня электрической износостойкости.
Полупроводниковое устройство, имеющее более простую схе му и меньшее число элементов, более надежно и экономически целесообразно. Поэтому при оптимизации схемы тиристорного
электропривода переменного тока и его основных устройств не обходимо учитывать следующие критерии: 1) их функциональ ную пригодность; 2) минимум элементов и простоту схем.
4.3. СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛИФТОВЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
При выборе способов управления лифтовым асинхронным двигателем следует учитывать два основных режима работы лифта:
1) нормальный, когда электропривод обеспечивает реализа цию оптимальных диаграмм движения при номинальной скорос ти в интервале установившегося движения;
2) режим ревизии шахты, когда в интервале установившего ся движения электропривод имеет скорость в 3—6 раз меньше номинальной; при этом диаграммы движения кабины необяза тельно должны быть оптимальными.
Как показано в п. 3.3, наиболее простым способом воздейст вия на электромеханические характеристики асинхронного дви гателя является изменение величины питающего напряжения. Этот способ одинаково эффективен как в двигательном режиме, так и в режимах противовключения и динамического торможе ния. В последнем случае вместо регулируемого трехфазного источника используют регулируемый источник постоянного то ка. Среди тиристорных и тиристорно-диодных схем регулируе мых трехфазиых источников или преобразователей напряжения наибольшее применение нашла схема, показанная на рис. 39 [15]. Она предусматривает реверсирование и торможение противовключением. Кроме того, по этой схеме при соответствующем алгоритме управления вентилями асинхронный двигатель мо жет работать на пониженной частоте, а также в режиме дина
мического торможения. При фазо |
|
|
|
|||
вом управлении тиристорами этой |
|
Зв0В ;50Г ц |
|
|||
схемы возникает |
наименьшее |
|
|
|
||
искажение |
формы |
кривой то |
|
|
|
|
ка асинхронного двигателя |
(рис. |
|
|
|
||
40). Сигналы управления тири-_ |
|
|
|
|||
сторами вырабатываются систе-у/ |
|
|
|
|||
мой импульсно-фазового управле |
|
|
|
|||
ния (СИФУ) и, поступая на ти |
|
|
|
|||
ристоры VI—V6 в определенной |
|
|
|
|||
последовательности, |
обеспечива |
|
|
|
||
ют работу двигателя в направле |
|
|
|
|||
нии «вперед». При этом управля |
|
|
|
|||
ющие сигналы должны поступать |
?нс' |
|
|
|||
минимум на два тиристора. Так, |
РевеРсивная |
схема трёх- |
||||
интервале |
ср<Ссо^<я/2, |
когда |
вателя |
переменного |
напряжения |
Рис. 40. Диаграммы фазных напряжений и токов при фазовом управлении:
а — при а<ср; б — при а>ф
мгновенное напряжение иа более положительно, чем напряже ния иъ и ис, управляющие импульсы должны поступать на тири сторы VI, V4 и V5. При угле регулирования (отпирания) а ти ристоров, меньшем или равном углу фазового сдвига <р между
напряжением |
и током |
фазы асинхронного двигателя (см. |
рис. 40,а), |
напряжение |
каждой фазы полностью поступает |
на фазные обмотки асинхронного двигателя, и последний развивает наибольший вращающий момент при данной ча стоте вращения ротора. Если система управления тиристора ми устанавливает угол регулирования а><р, то ток в каждой фазе появится с задержкой а—ср по сравнению с естественными условиями питания, что эквивалентно уменьшению фазного напряжения (рис. 40,6). В данном случае напряжение каждой фазы и соответствующий ему ток фазы становятся несинусои дальными. Так как действующее значение первой гармоники этого несинусоидального напряжения становится меньше, чем при а<ф , то вращающий момент двигателя в соответствии с формулой (9) также уменьшается. При питании асинхронного двигателя через тиристорный регулятор напряжения угол регу лирования а теоретически может лежать в пределах 0<а<зт. Однако практически пределы его изменения несколько меньше (нижний предел а=<р, верхний предел а^5я/6).
Для обеспечения работы двигателя в направлении «назад» СИФУ должна подавать управляющие сигналы на тиристоры V5—V10. При этом временные диаграммы оказываются подоб ными диаграммам, показанным на рис. 40, б. При этом напряже