Електричний привід мостових кранів
Електричний привід має широке застосування завдяки-наступним своїм особливостям: можливості установки самостійного двигуна до кожного механізму крана, що значно спрощує конструкцію і управління механізмами; високої економічності; відносній простоті регулювання швидкості в значних межах і зручності реверсування механізмів; безпеки роботи, простоті пристрою і надійності запобіжних пристроїв; можливості роботи зі значними короткочасними перевантаженнями.
Незважаючи на те, що електродвигуни постійного струму дозволяють забезпечити глибоке і плавне регулювання швидкості і підвищену швидкість холостого ходу, вони не знаходять застосування в мостових кранах загального призначення, так як для їх харчування необхідні електромашинні або статичні перетворювачі. Наявність останніх значно позначається на вартості крана і його експлуатаційних витратах.
Мал. 5.1. Механічні характеристики електродвигунів змінного струму:
1 - з фазовим ротором; 2 - з короткозамкненим ротором; п0 - частота обертання ротора без навантаження; Мтах - перекидаючий момент
У мостових кранах загального призначення застосовують, як правило, спеціальні, з підвищеною міцністю асинхронні електродвигуни, призначені для частих пусків і перевантажень, серій МТ (МТБ) і МТК, трифазного струму. Двигуни серії МТ з фазовим ротором мають найбільшого поширення, двигуни серії МТК з короткозамкненим ротором використовуються тільки при ненапряженной роботі. Механічні характеристики цих двигунів (рис. 5.1) у своїй робочої частини жорсткі, тому їх швидкість руху змінюється досить мало при значній зміні навантаження. Тому в багатьох випадках з достатньою для практичних розрахунків точністю можна вважати, що швидкість двигуна змінного струму не завісіт.от навантаження.
Використовувані в крановому приводі електродвигуни в основному мають три режими роботи: короткочасний, з тривалістю періоду незмінною постійного навантаження 10, 30, 60 і 90 хв; повторно-короткочасний з відносною тривалістю включення ПВ 15, 25, 40 і 60% при тривалості циклу не більше 10 хв; повторно-короткочасний при тих же значеннях ПВ і частих пусках і гальмуваннях (30, 60, 120 і 240 в годину).
Двигуни з короткозамкненим ротором включаються безпосередньо в мережу, в зв'язку з чим сила струму при пуску перевищує в 4-6 разів силу номінального струму при сталому русі. Максимальний пусковий момент короткозамкнутого двигуна обмежений величиною його критичного (перекидального) моменту Мтах- Середній пусковий момент / Сср за період пуску для цих двигунів підраховують за наведеними в каталогах на двигуни кратність пускового
Оскільки кранове обладнання розраховують на забезпечення надійної роботи при падінні напруги в мережі до 85% від номінального, середній пусковий момент короткозамкнутого двигуна визначають по залежності.
Мал. 5.2. Криві розгону механізму з приводом від електродвигуна змінного струму з фазовим ротором
Можливість застосування короткозамкнених двигунів повинна бути перевірена розрахунком, при якому необхідно визначити одержувані прискорення при пуску, що має особливе значення для механізмів пересування, де при різкому додатку пускового моменту можливо пробуксовування ходових коліс по рейках. Для обмеження пускового або максимального моменту цих двигунів застосовують включення статора через активне або реактивне опір. Регулювання їх швидкості проводиться ступінчасто, перемиканням полюсів в діапазоні 1. 4. Число пусків обмежується значними втратами в двигуні, а перевантаження - його нагріванням і максимальним моментом.
Електродвигуни з короткозамкненим ротором мають потужність від 1,4 до 37 кВт, частоту обертання 1000 і 750 об / хв і масу - від 70 до 530 кг. При середніх і великих потужностях вони виконуються в двохшвидкісному виконанні.
Електродвигуни з фазним ротором включають в мережу за допомогою активних регульованих опорів (реостатов), що вводяться в ланцюг ротора, що дозволяє довести початковий пусковий момент до МтаХ. Залежно від величини опору, включеного в ланцюг двигуна, розгін його ротора відбувається за відповідною штучної характеристиці (рис. 5.2). У початковий момент струм обмежений максимальним опором, при цьому характеристика 1 двигуна найбільш крута. Розгін двигуна і механізму відбувається по лінії а - б, і частота обертання зростає від 0 до nv Потім проводиться зменшення опору, включеного в ланцюг ротора, і двигун переходить на характеристику 2, по якій розгін здійснюється до частоти обертання я2. Після цього знову вимикається частина опору, струм зростає, і розгін ротора двигуна за влучним висловом 3 відбувається до швидкості П3. Нарешті, при повністю вимкненому опорі двигун переходить на свою природну характеристику 4, на якій він працює при швидкості Я4, відповідної моменту зовнішнього (статичного) опору Мс.
Без застосування додаткових пристроїв, при значних загрузках двигуна можливе регулювання швидкості в бік зменшення до 50% від номінальної. Для регулювання швидкості в діапазоні 1. 5 використовуються схеми динамічного гальмування, дроселі насичення або автоматично керовані електрогідравлічні штовхачі.
Максимальний пусковий момент двигуна з фазовим ротором обмежений реостатними характеристиками; величину моменту приймають по каталогу електродвигунів в залежності від типу двигуна в межах 1,8-2,5 номінального моменту.
Основним номінальним режимом для двигунів є повторно-короткочасний режим з відносною тривалістю включення ПВ 25. У технічних даних електродвигунів наводяться такі дані для режимів з ПВ 15; 40 і 60. Тривалість робочого циклу (тривалість включення плюс пауза) при цьому дорівнює 10 хв.
При включенні електродвигуна в мережу в обмотці статора виникає обертове магнітне поле, яке наводить в замкнутій обмотці ротора електрорушійну силу, яка створює в ланцюзі ротора струм. При розгоні до швидкості усталеного руху в двигуні протікає пусковий струм; потім струм ротора стає пропорційним механічного навантаження двигуна.
Величина s = (я0 - п) / п0 називається ковзанням. При відсутності навантаження частота обертання п мало відрізняється від синхронної швидкості я0, і ковзання досить мало. При збільшенні навантаження на валу двигуна ковзання збільшується і частота обертання п зменшується. При переході ковзання через деякий значення двигун зупиняється. Таке ковзання, а також відповідний йому момент двигуна називають максимальним або критичним.
Залежність частоти обертання двигуна від величини розвиває їм моменту називається механічною характеристикою двигуна. При постійній швидкості під час усталеного руху момент, що розвивається електродвигуном, дорівнює моменту статичного опору. Зі збільшенням моменту, створюваного навантаженням, швидкість двигуна зменшується. Розрізняють м'які і жорсткі характеристики. Якщо швидкість двигуна мало змінюється при значному збільшенні навантаження, характеристика, двигуна вважається жорсткої, якщо ж швидкість двигуна при збільшенні навантаження зменшується значно, то характеристика двигуна вважається м'якою. При цьому, чим більше змінюється швидкість двигуна, тим м'якшою вважається його характеристика.
Асинхронні двигуни на всьому діапазоні розвиваються ними моментів в межах майже до максимальних мають досить 'жорсткі природні характеристики.
Перевантажувальні здатності двигунів трифазного струму виражаються відношенням максимального крутного моменту до номінального. При ПВ 25% ці відносини при потужності 5; 5-10 і більше 10 кВт виражаються відповідно величинами 2,3; 2,5 і 2,8.
У електричних двигунів розрізняють два основні режими роботи: руховий і гальмівної. Під час підйому вантажу і при пересуванні візка або крана двигуни працюють в руховому режимі. Працюючи в гальмівному режимі, двигун уповільнює рух вантажу, візки або крана і тим самим запобігає можливість руху з неприпустимими швидкостями. В гальмівному режимі працюють двигуни механізму підйому і пересування при електричному гальмуванні.
Якщо при опусканні легких вантажів або пустого крюка моменти, створювані масою вантажів, не в змозі подолати опору, що виникають всередині механізму, то при опусканні важких вантажів моменти, створювані масою вантажів, настільки великі, що здатні викликати прискорене рух вантажу і обертових частин механізму підйому. Тому в першому випадку двигун працює в руховому режимі (силовий спуск), забезпечуючи рух вантажу вниз і подолання опорів всередині механізму, а в другому випадку - в гальмівному режимі (гальмівний спуск), перешкоджаючи падіння вантажу і прискореного руху усіх обертових частин механізму.
Електродвигуни з фазовим ротором мають потужність від 1,4 до 160 кВт, синхронну частоту обертання 100, 750 і 600 об / хв і масу-від 51 до 1900 кг. Вони допускають часті пуски і гальмування, а їх перевантаження обмежується максимальним моментом двигуна і його нагріванням. Однак ці двигуни мають і певні недоліки: вся енергія ковзання, пропорційна зменшенню швидкості, виділяється у вигляді тепла; при роботі двигунів на штучних характеристиках проміжні швидкості.
Мал. 5.3. Конструктивна схема (а) і характеристика (б) гальмівного генератора
Схема електроприводу з гальмівним генератором вихрового струму працює на принципі додавання механічних характеристик асинхронного двигуна і гальмівного генератора.
Гальмівний генератор (рис. 5.3, а) з гальмівним моментом 20 кгс-м призначений для роботи з електродвигунами потужністю 16-30 кВт. Він містить сталевий статор 2 з поздовжньо розташованими полюсами 4 і ротор 6 з короткозамкненою обмоткою. Статор фланцем 5 прикріплюється до корпусу електродвигуна або редуктора, а ротор насаджується відповідно на вал 1 двигуна або вхідний вал редуктора. Між полюсами статора розташована обмотка збудження