محرك كهربائي آلي لآليات الرافعة مع التحكم في الثايرستور

يتم تنفيذ الأنظمة الحديثة للمحركات الكهربائية لآليات الرافعة بشكل أساسي باستخدام محركات غير متزامنة ، يتم التحكم في سرعتها بواسطة طريقة الترحيل - موصل عن طريق إدخال المقاومة في الدائرة الدوارة. تتمتع هذه المحركات الكهربائية بنطاق تحكم صغير في السرعة وعند بدء التشغيل والإيقاف تخلق ركلات وتسارعات كبيرة ، مما يؤثر سلبًا على أداء هيكل الرافعة ، ويؤدي إلى تأرجح الحمل ويحد من استخدام هذه الأنظمة على الرافعات ذات الارتفاع والرفع المتزايد القدرة.

إن تطوير تكنولوجيا أشباه الموصلات الكهربائية يجعل من الممكن تقديم حلول جديدة أساسية في هيكل المحرك الكهربائي الآلي لمنشآت الرافعة. حاليًا ، يتم استخدام محرك كهربائي قابل للتعديل بمحركات DC مدفوعة بمحولات ثايرستور قوية في آليات الرفع والتحريك للرافعات البرجية والرافعات الجسرية - نظام TP - D.

يتم تنظيم سرعة المحرك في مثل هذه الأنظمة في النطاق (20 30): I عن طريق تغيير جهد المحرك. في الوقت نفسه ، أثناء العمليات العابرة ، يضمن النظام الحصول على التسارع والركلات ضمن المعايير المحددة.

تتجلى أيضًا الصفات التنظيمية الجيدة في محرك كهربائي غير متزامن ، عندما يتم توصيل محول الثايرستور بدائرة الجزء الثابت لمحرك غير متزامن (AM). يسمح تغيير جهد الجزء الثابت للمحرك في ACS مغلق بالحد من عزم بدء التشغيل ، وتحقيق تسارع سلس (تباطؤ) للمحرك ونطاق التحكم في السرعة الضروري.

يتزايد استخدام محولات الثايرستور في المحرك الكهربائي الآلي لآليات الرافعة في الممارسات المحلية والأجنبية. من أجل التعرف على مبدأ التشغيل وإمكانيات مثل هذه التركيبات ، دعونا نتحدث بإيجاز عن نوعين مختلفين من مخططات التحكم لمحركات التيار المستمر والتيار المتردد.

في التين. يوضح الشكل 1 مخططًا تخطيطيًا للتحكم في الثايرستور لمحرك DC متحمس بشكل مستقل لآلية رفع رافعة جسرية. يتم تغذية المحرك للمحرك بواسطة محول الثايرستور القابل للانعكاس ، والذي يتكون من محول طاقة Tr ، والذي يعمل على مطابقة جهد المحول والحمل ، وهما مجموعتان من الثايرستور T1 - T6 و T7 - ، مفاعلات التنعيم 1UR و 2UR ، وكلاهما مفاعلات تنعيم غير مشبعة .

أرز. 1. مخطط الدفع الكهربائي للرافعة حسب نظام TP-D.

تعمل مجموعة الثايرستور T1 - T6 كمقوم عند الرفع وعاكس عند خفض الأحمال الثقيلة ، لأن اتجاه التيار في دائرة المحرك لهذه الأوضاع هو نفسه. تعمل المجموعة الثانية من الثايرستور T7 - ​​T12 ، التي توفر الاتجاه المعاكس لتيار المحرك ، كمقوم أثناء خفض الطاقة وفي أوضاع عابرة لبدء تشغيل المحرك لخفض الفرامل ، كعاكس عند التوقف في عملية الرفع الأحمال أو الخطاف.

على عكس آليات تحريك الرافعات ، حيث يجب أن تكون مجموعات الثايرستور هي نفسها ، بالنسبة لآليات الرفع ، يمكن أخذ قوة الثايرستور من المجموعة الثانية أقل من الأولى ، نظرًا لأن تيار المحرك أثناء خفض الطاقة يكون أقل بكثير مما هو عليه عند الرفع والخفض الثقيل الأحمال.

يتم تنظيم الجهد المعدل لمحول الثايرستور (TC) باستخدام نظام التحكم في الطور النبضي لأشباه الموصلات الذي يتكون من كتلتين SIFU-1 و SIFU-2 (الشكل 1) ، كل منهما توفر نبضتين إطلاق إلى المقابل الثايرستور يقابله 60 درجة.

لتبسيط نظام التحكم وزيادة موثوقية المحرك الكهربائي ، يستخدم هذا المخطط التحكم المنسق في TP القابل للانعكاس. لهذا ، يجب ربط خصائص الإدارة وأنظمة الإدارة للمجموعتين بإحكام. إذا تم توفير نبضات الفتح للثايرستور T1 - T6 ، مما يوفر الوضع التصحيحي لتشغيل هذه المجموعة ، فسيتم توفير نبضات الفتح للثايرستور T7 - ​​T12 بحيث يتم إعداد هذه المجموعة للتشغيل بواسطة العاكس.

يجب تغيير زاويتي التحكم α1 و α2 لأي أوضاع تشغيل من TP بطريقة لا يتجاوز فيها متوسط ​​الجهد لمجموعة المعدل جهد مجموعة العاكس ، أي إذا لم يتم استيفاء هذا الشرط ، فسوف يتدفق تيار الموازنة المعدل بين مجموعتي الثايرستور ، مما يؤدي أيضًا إلى تحميل الصمامات والمحول ويمكن أن يتسبب أيضًا في تعثر الحماية.

ومع ذلك ، حتى مع المطابقة الصحيحة لزوايا التحكم α1 و α2 من الثايرستور لمجموعات المقوم والعاكس ، فإن تدفق تيار التعادل بالتناوب ممكن بسبب عدم المساواة في القيم الآنية لجهود UαB و UαI. للحد من تيار المعادلة هذا ، يتم استخدام مفاعلات التعادل 1UR و 2UR.

يمر تيار المحرك للمحرك دائمًا عبر أحد المفاعلات ، مما يؤدي إلى تقليل تموجات هذا التيار ، ويكون المفاعل نفسه مشبعًا جزئيًا. يبقى المفاعل الثاني ، الذي يتم من خلاله فقط موازنة التدفق الحالي ، غير مشبع ويحد من iyp.

يحتوي محرك الرافعة الكهربائية الثايرستور على نظام تحكم أحادي الحلقة (CS) مصنوع باستخدام مكبر مغناطيسي عالي السرعة قابل للانعكاس SMUR ، والذي يتم تغذيته بواسطة مولد جهد مستطيل بتردد 1000 هرتز. في حالة انقطاع التيار الكهربائي ، يسمح نظام التحكم هذا بالحصول على خصائص ثابتة مرضية وجودة عالية للعمليات العابرة.

يحتوي نظام التحكم في المحرك الكهربائي على ردود فعل سلبية لجهد المحرك المتقطع والتيار ، بالإضافة إلى ردود فعل إيجابية ضعيفة للجهد Ud.يتم تحديد الإشارة في دائرة ملفات محرك SMUR من خلال الفرق بين الجهد المرجعي Uc القادم من المقاوم R4 والجهد المرتجعة αUd المأخوذ من مقياس الجهد POS. يتم تنظيم قيمة وقطبية إشارة الأمر ، التي تحدد سرعة واتجاه دوران محرك الأقراص ، بواسطة وحدة التحكم KK.

يتم قطع الجهد العكسي Ud باستخدام ثنائيات زينر السيليكون المتصلة بالتوازي مع اللفات الرئيسية SMUR. إذا كان فرق الجهد Ud - aUd أكبر من Ust.n ، فإن ثنائيات زينر تقوم بتوصيل التيار ويصبح جهد ملفات التحكم مساويًا لـ Uz.max = Ust.n.

من هذه النقطة فصاعدًا ، لا يؤثر التغيير في الإشارة إلى الانخفاض على التيار في اللفات الرئيسية لـ SMUR ، أي لا تعمل التغذية الراجعة السلبية للجهد Ud ، والذي يحدث عادةً في التيارات الحركية Id> (1.5 ÷ 1.8) Id .n.

إذا اقتربت إشارة التغذية المرتدة aUd من الإشارة المرجعية Uz ، فإن الجهد على ثنائيات زينر يصبح أقل من Ust.n ولا يتدفق التيار من خلالها. سيتم تحديد التيار في اللفات الرئيسية لـ SMUR من خلال فرق الجهد U3 - aUd وفي هذه الحالة يتم تشغيل ردود الفعل السلبية للجهد.

يتم أخذ إشارة التغذية المرتدة الحالية السلبية من مجموعتين من المحولات الحالية TT1 - TT3 و TT4 - TT8 ، تعمل مع مجموعات من الثايرستور T1 - T6 و T7 - ​​T12 ، على التوالي. في قاطع التيار BTO ، يتم تصحيح الجهد المتناوب ثلاثي الطور U2TT ≡ الذي تم الحصول عليه على المقاومات R ، ومن خلال ثنائيات زينر ، التي تعمل كجهد مرجعي ، يتم تغذية إشارة Uto.s إلى اللفات الحالية لـ SMUR ، خفض النتيجة الناتجة عند إدخال مكبر للصوت.هذا يقلل من جهد المحول Ud ويحد من معرف تيار دائرة المحرك في الأوضاع الثابتة والديناميكية.

من أجل الحصول على عامل تعبئة مرتفع للخصائص الميكانيكية ω = f (M) للمحرك الكهربائي وللحفاظ على تسارع ثابت (تباطؤ) في أوضاع عابرة ، بالإضافة إلى التوصيلات المذكورة أعلاه ، يتم تطبيق ردود فعل إيجابية في الدائرة بالتوتر.

يتم اختيار عامل الكسب لهذا الاتصال kpn = 1 / kpr ≈ ΔUy / ΔUd. وفقًا للقسم الأولي للخاصية Ud = f (Uy) للمحول ، ولكن بترتيب أصغر من المعامل α للتعليقات السلبية على Ud. يتجلى تأثير هذه العلاقة بشكل أساسي في منطقة الانقطاع الحالية ، مما يوفر أقسامًا شديدة الانحدار للميزة.

في التين. يوضح الشكل 2 ، a الخصائص الثابتة لمحرك الرافعة لقيم مختلفة للجهد المرجعي U3 المقابل لمواضع مختلفة لوحدة التحكم.

كتقريب أولي ، يمكن افتراض أنه في أوضاع الانتقال الخاصة بالبدء والعكس والتوقف ، تتحرك نقطة التشغيل في محاور الإحداثيات ω = f (M) على طول الخاصية الثابتة. ثم تسريع النظام:

حيث ω هي السرعة الزاوية ، Ma هي اللحظة التي طورها المحرك ، Mc هي لحظة مقاومة الحمل المتحرك ، ΔMc هي لحظة الخسارة في التروس ، J هي لحظة القصور الذاتي التي تم تقليلها إلى عمود المحرك.

إذا تجاهلنا خسائر ناقل الحركة ، فإن شرط المساواة في التسارع عند بدء تشغيل المحرك لأعلى ولأسفل ، وكذلك عند التوقف من أعلى وأسفل هو المساواة في اللحظات الديناميكية للمحرك الكهربائي ، أي Mdin.p = Mdin.s.لتحقيق هذا الشرط ، يجب أن تكون الخصائص الثابتة لمحرك الرافعة غير متماثلة فيما يتعلق بمحور السرعة (Mstop.p> Mstop.s) وأن يكون لها واجهة شديدة الانحدار في منطقة قيمة عزم الكبح (الشكل 2 ، أ) .

أرز. 2. الخصائص الميكانيكية للمحرك الكهربائي حسب نظام TP-D: أ- آلية الرفع ، ب- آلية الحركة.

بالنسبة لمحركات آليات حركة الرافعة ، يجب مراعاة الطبيعة التفاعلية لعزم المقاومة ، والتي لا تعتمد على اتجاه الحركة. عند نفس قيمة عزم دوران المحرك ، فإن عزم المقاومة التفاعلي سوف يبطئ عملية البدء ويسرع عملية إيقاف المحرك.

للقضاء على هذه الظاهرة ، التي يمكن أن تؤدي إلى انزلاق عجلات القيادة والتآكل السريع للإرسال الميكانيكي ، من الضروري الحفاظ على تسارع ثابت تقريبًا أثناء بدء تشغيل آليات القيادة ، والرجوع إليها ، والتوقف. يتم تحقيق ذلك من خلال الحصول على الخصائص الثابتة ω = f (M) الموضحة في الشكل. 2 ، ب.

يمكن الحصول على الأنواع المحددة من الخصائص الميكانيكية للمحرك الكهربائي عن طريق تغيير معاملات التغذية المرتدة للتيار السالب معرف وردود الفعل الإيجابية للجهد.

يشمل مخطط التحكم الكامل لمحرك الثايرستور الكهربائي للرافعة العلوية جميع الوصلات المتشابكة ودوائر الحماية التي تمت مناقشتها في المخططات المقدمة سابقًا.

عند استخدام TP في المحرك الكهربائي لآليات الرافعة ، يجب الانتباه إلى مصدر الطاقة الخاص بهم.تتسبب الطبيعة غير الجيبية الهامة للتيار الذي تستهلكه المحولات في تشويه شكل موجة الجهد عند إدخال المحول. تؤثر هذه التشوهات على تشغيل قسم طاقة المحول ونظام التحكم في الطور النبضي (SPPC). يؤدي تشويه شكل موجة جهد الخط إلى نقص كبير في استخدام المحرك.

تشويه جهد الإمداد له تأثير قوي على SPPD ، خاصة في حالة عدم وجود مرشحات الإدخال. في بعض الحالات ، يمكن أن تتسبب هذه التشوهات في فتح الثايرستور بشكل عشوائي. يمكن القضاء على هذه الظاهرة بشكل أفضل من خلال تغذية SPPHU من عربات منفصلة متصلة بمحول لا يحتوي على حمولة مقوم.

تتنوع الطرق الممكنة لاستخدام الثايرستور للتحكم في سرعة المحركات غير المتزامنة - فهذه محولات تردد الثايرستور (محولات ذاتية التحكم) ، ومنظمات جهد الثايرستور المضمنة في دائرة الجزء الثابت ، ومنظمات الدفع للمقاومة والتيارات في الدوائر الكهربائية ، وما إلى ذلك.

في محركات الرافعة الكهربائية ، يتم استخدام منظمات الجهد الثايرستور ومنظمات النبض بشكل أساسي ، ويرجع ذلك إلى بساطتها النسبية وموثوقيتها.ومع ذلك ، فإن استخدام كل من هذه المنظمات بشكل منفصل لا يلبي تمامًا متطلبات المحركات الكهربائية لآليات الرافعة.

في الواقع ، عندما يتم استخدام منظم مقاومة النبض فقط في الدائرة الدوارة لمحرك تحريضي ، فمن الممكن توفير منطقة تنظيم محدودة بالطبيعة وتتوافق مع الخصائص الميكانيكية لمقاومة مقاومة مقاومة الريوستات ، أيتتوافق منطقة الضبط مع وضع المحرك ووضع المعارضة مع ملء غير مكتمل I و IV أو III و II من مستوي الخصائص الميكانيكية.

يوفر استخدام منظم الجهد الثايرستور ، خاصةً القابل للعكس ، بشكل أساسي منطقة تحكم في السرعة تغطي جزء العمل بالكامل من المستوى M ، ω من -n إلى + ωn ومن - Mk إلى + Mk. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، ستكون هناك خسائر انزلاق كبيرة في المحرك نفسه ، مما يؤدي إلى الحاجة إلى المبالغة في تقدير قوته المثبتة ، وبالتالي أبعاده.

في هذا الصدد ، يتم إنشاء أنظمة محرك كهربائي غير متزامن لآليات الرافعة ، حيث يتم التحكم في المحرك من خلال مجموعة من التنظيم النبضي للمقاومة في الدوار والتغيرات في الجهد المقدم إلى الجزء الثابت. هذا يملأ الأرباع الأربعة للأداء الميكانيكي.

يظهر الرسم التخطيطي لمثل هذا التحكم المشترك في الشكل. 3. تشتمل الدائرة الدوارة على دائرة تحكم في نبض المقاومة في دائرة التيار المعدل. يتم تحديد معلمات الدائرة لضمان تشغيل المحرك في الربعين الأول والثالث في المناطق الواقعة بين المتغير المتغير والخصائص الطبيعية (في الشكل 4 ، مظللة بخطوط عمودية).

أرز. 3. رسم تخطيطي لمحرك كهربائي للرافعة مع منظم ثايرستور لجهد الجزء الثابت والتحكم في الدفع لمقاومة الدوار.

من أجل التحكم في السرعة في المناطق الواقعة بين خصائص مقاومة الريوستات ومحور السرعة المظللة بخطوط أفقية في الشكل. 4 ، وكذلك لعكس المحرك ، يتم استخدام منظم جهد الثايرستور ، ويتكون من أزواج من الثايرستور المضاد الموازي 1—2 ، 4-5 ، 6-7 ، 8-9 ، 11-12.يتم تغيير الجهد الموفر للجزء الثابت عن طريق ضبط زاوية فتح أزواج الثايرستور 1-2 ، 6-7 ، 11-12 - لاتجاه واحد للدوران و4-5 ، 6-7 ، 8-9 - للآخر اتجاه الدوران.

أرز. 4. قواعد للتحكم المشترك في المحرك التعريفي.

للحصول على خصائص ميكانيكية صلبة وللحد من عزم دوران المحرك ، توفر الدائرة السرعة وردود الفعل الحالية للتيار الدوار التي يتم توفيرها بواسطة TG tachogenerator ومحول التيار المستمر (مكبر مغناطيسي) TPT

من الأسهل ملء الربع I بأكمله عن طريق توصيل مكثف بالمقاومة R1 على التوالي (الشكل 3). في هذه الحالة ، يمكن أن تختلف المقاومة المكافئة في تيار الدوار المعدل من صفر إلى ما لا نهاية ، وبالتالي يمكن التحكم في تيار الجزء المتحرك من القيمة القصوى إلى الصفر.

يمتد نطاق تنظيم سرعة المحرك في مثل هذا المخطط إلى المحور الإحداثي ، ولكن تبين أن قيمة سعة المكثف مهمة للغاية.

لملء الربع الأول بأكمله بقيم سعة أقل ، يتم تقسيم مقاومة المقاوم R1 إلى خطوات منفصلة. في المرحلة الأولى ، يتم إدخال السعة على التوالي ، والتي يتم تشغيلها عند التيارات المنخفضة. تتم إزالة الخطوات بطريقة النبض ، متبوعة بدائرة كهربائية قصيرة لكل منها من خلال الثايرستور أو الموصلات. يمكن أيضًا الحصول على ملء الربع I بالكامل من خلال الجمع بين التغيرات النبضية في المقاومة والتشغيل النبضي للمحرك. يظهر مثل هذا المخطط في الشكل. 5.

في المنطقة الواقعة بين محور السرعة وخصائص المتغير المتغير (الشكل 4) ، يعمل المحرك في وضع النبض.في الوقت نفسه ، لا يتم إمداد الثايرستور T3 بنبضات التحكم ويظل مغلقًا طوال الوقت. تتكون الدائرة التي تدرك الوضع النبضي للمحرك من ثايرستور عامل T1 ، وثايرستور إضافي T2 ، ومكثف تبديل C ، ومقاومات R1 و R2. عندما يكون الثايرستور T1 مفتوحًا ، يتدفق التيار عبر المقاوم R1. يتم شحن المكثف C بجهد مساوٍ لانخفاض الجهد عبر R1.

عندما يتم تطبيق نبضة تحكم على الثايرستور T2 ، يتم تطبيق جهد المكثف في الاتجاه المعاكس للثايرستور T1 ويغلقه. في نفس الوقت ، يتم إعادة شحن المكثف. يؤدي وجود الحث الحركي إلى حقيقة أن عملية إعادة شحن المكثف ذات طبيعة متذبذبة ، ونتيجة لذلك يغلق الثايرستور T2 من تلقاء نفسه دون إعطاء إشارات تحكم ، وتتحول الدائرة الدوارة إلى أن تكون مفتوحة. ثم يتم تطبيق نبضة تحكم على الثايرستور T1 وتتكرر جميع العمليات مرة أخرى.

أرز. 5. مخطط الدافع يجمع بين التحكم في محرك غير متزامن

وهكذا ، مع الإمداد الدوري بإشارات التحكم إلى الثايرستور ، في جزء من الفترة ، يتدفق تيار في الدوار ، محددًا بمقاومة المقاوم R1. في الجزء الآخر من الفترة ، تبين أن الدائرة الدوارة مفتوحة ، والعزم الذي طوره المحرك يساوي صفرًا ، ونقطة التشغيل على محور السرعة. من خلال تغيير المدة النسبية للثايرستور T1 خلال الفترة ، من الممكن الحصول على متوسط ​​قيمة عزم الدوران الذي طوره المحرك من الصفر إلى القيمة القصوى المقابلة لتشغيل خاصية مقاومة متغيرة عند إدخال الدوار R1 في دائرة كهربائية

باستخدام ردود الفعل المختلفة ، من الممكن الحصول على خصائص النوع المطلوب في المنطقة الواقعة بين محور السرعة وخاصية مقاومة المتغيرة. يتطلب الانتقال إلى المنطقة بين المتغير المتغير والخصائص الطبيعية أن يظل الثايرستور T2 مغلقًا في جميع الأوقات وأن يظل الثايرستور T1 مفتوحًا في جميع الأوقات. من خلال قصر دائرة المقاومة R1 باستخدام مفتاح مع الثايرستور الرئيسي T3 ، من الممكن تغيير المقاومة في الدائرة الدوارة بسلاسة من القيمة R1 إلى 0 ، وبالتالي توفير خاصية طبيعية للمحرك.

يمكن أيضًا إجراء الوضع النبضي للمحرك البديل في دائرة الدوار في وضع الكبح الديناميكي. باستخدام ردود فعل مختلفة ، في هذه الحالة ، في الربع الثاني ، يمكن الحصول على الخصائص الميكانيكية المطلوبة. بمساعدة مخطط التحكم المنطقي ، من الممكن إجراء انتقال تلقائي للمحرك من وضع إلى آخر وملء جميع أجزاء الخصائص الميكانيكية.