Microsoft Word Кожеуров222. doc

 
5.3.2. Подъемно-транспортные механизмы 
В последнее время наметилась тенденция к использованию в подъемно-
транспортных механизмах частотно-регулируемых асинхронных электроприводов. 
Рассмотрим основные преимущества перехода к частотному регулированию на примере 
электроприводов козлового контейнерного крана типа ККК20-25-8.5-5 грузоподъемностью 
20 т, предназначенного для перегрузки железнодорожных контейнеров типа IС и ICC. 
Как показало обследование крана и проведенный замер ряда параметров с 
использованием анализатора электропотребления AR5, для электрооборудования крана 
характерны следующие недостатки: 
• электроприводы механизмов крана выполнены на базе асинхронных двигателей с 
фазным ротором и сопротивлениями, включенными в цепь ротора. Переключение 
ступеней сопротивлений в роторе является устаревшим способом управления, не 
обеспечивает удовлетворительных регулировочных характеристик и плавности 
управления крановыми механизмами, что приводит к интенсивному износу механического 
оборудования; 
• способ реостатного регулирования, связанный с повышением энергопотребления 
при снижении частоты вращения двигателя, отличается низким КПД и его применение 
нецелесообразно из-за низкой эффективности (см. подразд. 2.2); 

---

194
• использование релейно-контакторной аппаратуры для регулирования частоты 
вращения двигателей приводит к интенсивному износу электрооборудования при 
повторно-кратковременном режиме работы; 
• при используемой схеме управления электроприводом происходит значительное 
потребление реактивной мощности и существенно снижен коэффициент мощности (до 
0,5...0,6). 
Переход на частотное управление электроприводами крана обеспечивает 
следующие преимущества: 
• плавное бесступенчатое регулирование скорости механизмов во всем диапазоне; 
• контролируемый плавный разгон и торможение двигателей, что приводит к 
существенному повышению надежности механического и электрического оборудования, 
увеличению срока его службы, повышению комфортности управления; 
• высокое качество регулирования скорости горизонтального и вертикального 
перемещений при использовании современных алгоритмов векторного управления; 
• повышение коэффициента мощности почти до единицы, так как современные 
преобразователи частоты практически не потребляют реактивной энергии; 
• экономию электроэнергии, связанную с переходом на энергетически эффективное 
управление и отказом от параметрического управления, а также с уменьшением потерь 
энергии в пусковых режимах; 
• бесконтактное управление исполнительными механизмами, обеспечивающее 
повышение надежности электрооборудования; 
• широкие возможности программной настройки параметров работы механизмов, 
контроля работы, диагностики неисправностей. 
Рассмотрим два варианта использования частотно-регулируемых электроприводов с 
применением ППЧ в козловом контейнерном кране. 
В первом варианте используются классические двухзвенные преобразователи 
частоты, содержащие неуправляемый входной диодный выпрямитель и транзисторный 
инвертор. Для гашения энергии в тормозных режимах применяются дополнительные тор-
мозные модули и резисторы. Такое решение связано с существенным увеличением 
габаритных размеров оборудования и является неэкономичным, так как каждый из 
преобразователей требует наличия сетевого дросселя, тормозного модуля, контактора и 
автоматического выключателя. Мощности преобразователей выбраны таким образом, 
чтобы обеспечить перегрузку двигателей по току 2,2... 2,5. Варианты упрощенной 
«однолинейной схемы электрооборудования козлового контейнерного крана показаны на 
рис. 5.16. 
Во втором варианте для регулирования частоты вращения двигателей используются 
преобразователи частоты, включающие в себя выпрямители с возможностью рекуперации 
электроэнергии в сеть, общее звено постоянного тока и индивидуальные инверторы для 
питания каждого двигателя. 
Основным преимуществом такой структуры является возможность возврата энергии 
в питающую сеть в тормозных режимах. Это позволяет избавиться от громоздких 
стеллажей с резистора- ми, которые в традиционном варианте используются для перевода 
запасенной механизмами кинетической энергии в тепловую. 
Каждый из двигателей питается от собственного инвертора, преобразующего 
постоянное напряжение общего промежуточного звена в напряжение регулируемой 
частоты и амплитуды. Использование индивидуальных инверторов вместо группового 
электропривода позволяет использовать высококачественное векторное управление, 
выравнивать скорости и нагрузки двигателей одного механизма, а также обеспечивает 
резервирование за счет возможности работы при выходе из строя одного из 
преобразователей. 
Ранее в качестве рекуперативных выпрямителей использовались двухкомплектные 
тиристорные выпрямители. Современными преобразователями являются активные 

---

195
выпрямители, которые конструктивно представляют собой те же транзисторные инвер-
торы. Однотипность конструкции инверторов и активных выпрямителей позволяет 
использовать для всех преобразователей общие запасные части. Отличие от обычного 
инвертора заключается в установке другой платы управления. Активные выпрямители 
имеют следующие преимущества перед двухкомплектными тиристорными: 
• возможность работы при кратковременной потере контакта с питающей сетью 
даже в режиме рекуперации, что очень важно для троллейного токоподвода к крану; 
• практически синусоидальные сетевые ток и напряжение во всех режимах, т. е. 
низкий уровень высших гармоник в потребляемом токе; 
• высокое качество стабилизации уровня выходного постоянного напряжения при 
отклонениях или несимметрии питающей сети, а также при резких изменениях нагрузки 
приводов; 
• возможность работы без потребления реактивной мощности и даже с 
опережающим коэффициентом мощности; 
• конструкцию, аналогичную обычным инверторам (общие запасные части, 
интерфейсы и панели настройки). 
В качестве механических тормозных устройств на всех механизмах крана 
применяются колодочные тормоза с электрогидравлическими или электромагнитными 
толкателями. Включение тормозов производится при замыкании контактов релейных 
выходов преобразователей, назначенных на выполнение функции «управление 
механическим тормозом». Алгоритм управления обеспечивает своевременное наложение 
и разблокировку тормозов, а также исключает стоянку двигателей под током. 
Для ограничения хода механизмов используются конечные выключатели. Остановка 
привода при достижении крайних положений осуществляется не полным отключением 
привода, а плавным снижением скорости с заданным темпом. При этом сохраняется 
возможность включения механизмов в обратном направлении. 

---

196
Для управления краном применяется программируемый контроллер. При этом 
контроллер, преобразователи частоты и пульт управления объединяются в 
двухпроводную промышленную сеть. Для связи с пультом управления также используется 
двухпроводная сеть. В пульт управления устанавливается станция распределенного ввода 

---

197
(вывода), к которому подключаются дополнительные модули дискретного ввода (вывода) 
для приема сигналов от командоконтроллеров, кнопок и переключателей, а также для 
включения светосигнальной арматуры. Кроме того, на пульт устанавливается 
диагностическая текстовая панель. 
Расчеты потребления энергии и потерь, выполненные с использованием методов 
математического моделирования, как это сделано для лифтов (см. подразд. 5.2.3), 
показывают, что переход к частотному регулированию скорости короткозамкнутых 
асинхронных двигателей взамен реостатного управления с добавочными сопро-
тивлениями в роторе обеспечивает снижение потерь практически во всех режимах работы 
механизмов подъема, перемещения крана и тележки. Так, пусковые потери могут быть 
снижены в 5—10 раз за счет реализации частотного пуска. Потери при работе на пони-
женной скорости в двигательном режиме снижаются пропорционально снижению 
скорости относительно номинальной, а потери при тормозном спуске груза могут быть 
снижены в 15 — 20 раз. Исключение режима торможения противовключением позволяет 
в 2 — 3 раза снизить потери в тормозных режимах. 
Наиболее эффективным для рассматриваемого крана и других кранов оказывается 
применение преобразователей частоты с активными выпрямителями для реализации 
режима рекуперативного торможения. На рис. 5.17 приведены диаграммы относительного 
потребления энергии электроприводами подъема и перемещения тележки крана 
(продолжительность включений — 40 %, 120 включений в час). Потребление энергии в 
традиционном электроприводе с релейно-контакторным управлением принято за 100 %. 
Значимое энергосбережение может быть получено при частотном регулировании и 
на таких механизмах, как конвейеры и транспортеры. Кроме того, на них может быть 
получен существенный технологический эффект за счет регулируемого плавного пуска и 
останова (сохранность транспортируемого груза) и регулирования скорости в процессе 
работы (согласование и оптимизация транспортных потоков, регулирование уровня в 
бункерах и т.д.), что в итоге приводит к повышению производительности и качества 
выпускаемой продукции.