Применение реверсивных устройств плавного пуска БиСТАРТ-Р для модернизации кран-балок и кранов

1. Проблемы использования магнитных реверсивных пускателей и контакторов в кранах и кран-балках

В кран-балках и кранах широко применяются магнитные реверсивные пускатели (рис.1). Использование магнитных пускателей имеет ряд проблем:

• Частые включения, запыленность и влажность приводят к подгоранию контактров;
• Неизбежный прогар контакта может привести к двухфазному режиму и отказу электродвигателя;
• В ряде случаев подгоревшие контакты могут свариваться и приводить к опасному залипанию магнитного пускателя; 
• Ударный прямой пуск приводит к разбиванию шпонок и редукторов;
• Ударный прямой пуск приводит к раскачиванию груза;

а) б)

Рис.1. Схема силовой цепи с реверсивным магнитным пускателем
а) схема для электродвигателя с короткозамкнутым ротором
б) схема для электродвигателя с фазным ротором

Для решения указанных проблем применяют 2 типа устройств -  частотные преобразователи (регуляторы частоты) и в более редких случаях устройства плавного пуска (большинство импортных устройств плавного пуска не предназначены для частых пусков и не имеют функции реверса).

Компания НПФ «Битек» с 2007-го года предлагает собственное решение – реверсивные устройства плавного пуска и динамического торможения серии БиСТАРТ-Р

Разработаны различные модификации для приводов перемещения, подъема, а также приводов  с червячными редукторами. Особенности применения устройств БиСТАРТ-Р для кранов и кран балок по cсылке.

2. Модернизация кранов и кран-балок с использованием реверсивных устройств плавного пуска и торможения БиСТАРТ-Р

Реверсивные устройства плавного пуска и торможения БиСТАРТ-Р представляют собой реверсивные бесконтактные полупроводниковые пускатели с функцией фазового регулирования напряжения на электродвигателе при пуске (плавный пуск) и торможения постоянным током.

Общие преимущества:

  ■ Надежная тиристорная коммутация пусковых токов для частых включений;

  ■ Простая установка и настройка вместо любого реверсивного контактора (с катушками 380В, 220В, 42В и др.);

  ■ Подходит для любых электродвигателей- короткозамкнутых, с фазным ротором, с конусным тормозом.

Для приводов перемещения:

  ■ Функция плавного нарастания напряжения с ограничением тока обеспечивает плавное ускорение и плавное DC-торможение (постоянным током) для снижения раскачки груза;

  ■ Функция плавного DC-торможения используется для остановки, а после остановки подключается внешний тормоз, обеспечивая увеличение его ресурса;

Для приводов подъема:

  ■ Функция смягченного пуска с быстрым нарастанием напряжения (до 0.5 сек) обеспечивает устранение ударных нагрузок в редукторе и шпонках с незначительным влиянием на динамику движения (плавное ускорение/замедление при опускании хрупких грузов обеспечивают только векторные частотные преобразователи с тормозными блоками и короткозамкнутыми электродвигателями);

  ■ При опускании груза сохраняется рекуперация в сеть;

  ■ Сохраняется схема подключения тормоза (электромагнитного, гидротолкателя, конусного);

  ■ Не снижается грузоподъемность механизма по сравнению с частотным преобразователем;

  ■ Для защиты от превышения веса груза можно использовать встроенную токовую защиту.

а) б)

в)

Рис.2 Схема силовой цепи с реверсивным устройством плавного пуска БиСТАРТ-Р

а) с питанием тормоза от клемм электродвигателя
б) с управление тормозом от отдельного пускателя (через реле управления тормозом в БиСТАРТ-Р)
в) применение с двигателем с фазным ротором

Основное применение устройства плавного пуска БиСТАРТ-Р получили для приводов передвижения кранов и кран-балок, т.к. функции плавного пуска и плавного DC-торможения обеспечивают хорошие показатели управления и возможность регулировки скорости методом старт-стоп, который в этом случае не оказывает негативного влияния на ресурс работы механизма.

В приводах подъема для устранения ударных нагрузок на редуктор и шпонки были разработаны специальные модификации для приводов подъема (модификация БСТ-xxР/380-x0В) с раздельной регулировкой времени нарастания напряжения на подъем и опускание (0.1..2 сек на подъем и 0.1..0.5 сек на опускание).  Опыт эксплуатации показал, что использование плавного нарастания напряжения за 0.5 сек обеспечивает устранение ударных нагрузок в редукторе без изменения схемы управления тормозом.  Для повышения плавности хода возможно использование реле управления тормозом с раздельными регулировками срабатывания реле при подъеме и опускании груза.

Схемная и монтажная взаимозаменяемость с магнитными реверсивными пускателями - ключевое преимущество устройств БиСТАРТ-Р. Провода, подходящие к двум катушкам заменяемого магнитного реверсивного пускателя переподключаются к входам управления устройств БиСТАРТ-Р, которые могут иметь различные исполнения по напряжению: 220..380В, 110В, 42В, 24В. Габаритные размеры устройств БиСТАРТ-Р во многих случаях не превышают габаритов магнитных реверсивных пускателей и могут устанавливаться вместо них в те же шкафы.

Плавный пуск с нарастанием тока по рампе, добавленный в новых моделях вместо стандартного ограничения тока позволяет обеспечить качественный плавный запуск при изменениях нагрузки.  

Функция плавного DC-торможения в пускателях БиСТАРТ-Р выполняется по принципу двухполупериодного выпрямления с ограничением тока и обеспечивает качественное мягкое торможение с регулировкой тока торможения. Функция срабатывает после отпускания кнопки и тормозит в течение заданного времени. При наличии внешнего тормоза можно комбинировать работу электронного и механического торможения. Для работы функции торможения не требуются тормозные резисторы, энергия рассеивается в электродвигателе.

Функция плавного останова для червячных механизмов появилась в новых модификациях (БСТ-xxР/380-x0Ч). Несмотря на то, что подавляющее большинство кранов и кран-балок использует планетарные редукторы и в приводах передвижения требуется торможение, в некоторых механизмах используются червячные редукторы и там стоит обратная задача - необходимость устранения ударов из-за самоторможения и использование функции плавного останова методом плавного снижения напряжения за время 1-2 секунды.

Электронные защиты с диагностикой срабатывания - это один из ключевых факторов долговечности работы устройств БиСТАРТ-Р. За время эксплуатации возникают типичные ситуации, которые выводят из строя электродвигатели и сами пускатели - потеря фазы, заклинивания, перегрузка и др. При отсутствии электронных защит работа двигателя на двух фазах может вывести из строя и коммутационную аппаратуру и сам электродвигатель. Электронные защиты с диагностикой максимально снижают вероятность отказа электродвигателя и пускателя в таких ситуациях.

3. Особенности работы механизмов перемещения и подъема

В приводах перемещения нагрузка электродвигателя - это трение качения.  При включении вперед и назад нагрузка одинакова и всегда противоположна моменту электродвигателя (рис. 3). Для увеличения времени разгона можно успешно применять как устройства плавного пуска, так и частотные преобразователи.

Рис.3 Механическая характеристика электродвигателя при перемещении и подъеме груза (двигательный режим)

В приводах подъема/опускания движение вверх и вниз принципиально отличаются.  Нагрузка электродвигателя - это вес груза и является односторонней.
При движении вверх электродвигатель при пуске и работе создает усилие вверх против веса груза. Динамика разгона определяется разницей между моментом двигателя и моментом нагрузки (рис.3).
При движении вниз в первые моменты после снятия тормоза электродвигатель создает усилие в ту же сторону, что и груз, а после превышения синхронной скорости момент меняет знак и электродвигатель создает тормозной момент, уравнивающийся с весом груза. Происходит рекуперация электроэнергии в сеть и электродвигатель работает как асинхронный генератор (рис. 4). Динамика разгона при пуске опредяляется как сумма пускового момента двигателя и веса груза.

Рис.4 Механическая характеристика электродвигателя при опускании груза (генераторный режим)

Для приводов подъема стандартные устройства плавного пуска с длительным нарастанием напряжения не подходят, т.к. при опускании груза к моменту, когда груз разгоняется до синхронной скорости на электродвигателе должно быть создано полное напряжение и момент. Однако если использовать функцию плавного пуска не для плавного нарастания скорости, а для устранения ударных нагрузок на редуктор, то возможно использовать быстрое нарастание напряжения за 0.2..0.5 сек, а также регулировать момент включения внешнего тормоза. Данный алгоритм обеспечит устранение ударов и мягкий выбор люфтов в редукторе и шпонках. Для этой цели были разработаны специальные модификации устройств БиСТАРТ-Р (модификация БСТ-xxР/380-x0В) с раздельной регулировкой времени нарастания напряжения при подъеме и опускании, и раздельном управлении задержкой включения реле тормоза.

4. Параллельная работа электродвигателей

В приводе хода моста как правило используются 2 или 4 двигателя работающих параллельно. При модернизации крана с использованием софтстартера, частотного преобразователи или реверсивных устройств БиСТАРТ-Р все электродвигатели группы также должны быть подключены к одному устройству.

5. Использование тормозов при модернизации

В стандартной схеме питание электромагнитного тормоза или гидротолкателя осуществляется от клемм электродвигателя. При модернизации с использованием устройств плавного пуска или частотных преобразователей к тормозам должен быть проложен отдельный кабель и установлен отдельный пускатель, управляемый от встроенного реле устройства плавного пуска или частотного преобразователя.

Сохранить схему тормоза можно только в случае использования реверсивных устройств БиСТАРТ-Р в специальных модификациях для приводов подъема (БСТ-xxР/380-x0В), где время нарастания напряжения можно настроить в узком диапазоне 0.1..0.5 сек.

В в приводах подъема со встроенным конусным тормозом  также нужно использовать модификацию для приводов подъема (БСТ-xxР/380-x0В).

В в приводах перемещения со встроенным конусным тормозом рекомендуется использовать модели БСТ-xxР/380-x0Ч с функцией плавного останова для смягчения резкой остановки.Для быстрой разблокировки конусного тормоза при пуске необходимо использовать функцию плавного пуска с броском тока.

В приводах перемещения с червячным самотормозящимся редуктором также рекомендуются модели БСТ-xxР/380-x0Ч с функцией плавного останова для смягчения резкой остановки.

8. Заключение

Реверсивные устройства плавного пуска/торможения БиСТАРТ-Р можно считать оптимальным решением среди софтстартеров для реализации функций плавного пуска, торможения и защиты на кранах и кран-балках.

При использовании на приводах передвижения для позиционирования груза успешно применяется передвижение короткими плавными импульсами. Благодаря плавному пуску и бесконтактной коммутации это не оказывает влияния на ресурс пускателя или электродвигателя.

В приводах подъема устройства БиСТАРТ-Р (специальные модификации БСТ-xxР/380-x0В) позволяют устранить ударные нагрузки на механизм за счет нарастания напряжения до 0.5 секунд, сохранив рекуперацию энергии в сеть при опускании груза и минимальное тепловыделение. С векторными частотными преобразователи с тормозными модулями и резисторами при использовании специальных преобразователей (например, Altivar 71), правильной настройке и компоновке схемы можно обеспечить плавное и медленное нарастание скорости при использовании. При этом габариты, стоимость решения и тепловыделение из-за отсутствия рекуперации будут в несколько раз выше, чем при замене реверсивного контактора на устройство БиСТАРТ-Р.

Преимуществами реверсивных устройств плавного пуска БиСТАРТ-Р перед частотными преобразователями можно считать:

• Минимальные работы по модернизации (только замена реверсивного контактора);
• Более простая и отказоустойчивая схема (выше перегрузка тиристоров, нет силовых конденсаторов, естественное охлаждение до 15 кВт);
• Компактные размеры и в 5-6 раз ниже тепловыделение (для электродвигателя 5.5 кВт потери в преобразователе Altivar 312 составляют 292 Вт против 47 Вт у БСТ-12Р);
• Отсутствие высокочастотных помех и необходимости использования ЭМС-фильтров, сетевых дросселей;
• Сохранение рекуперации в сеть при опускании груза в приводах подъема;
• Сохранение максимального пускового момента электродвигателя;
• Отечественное производство, быстрое гарантийное и постгарантийное обслуживание.

12 летний опыт применения на кранах и кран-балках устройств БиСТАРТ-Р показал их высокую эффективность и надежность. Устройства надежно работают в уличных исполнениях кранов, в схемах с троллейным питанием, в тяжелых условиях. Большинство устройств покупают конечные потребители и устанавливают самостоятельно, а благодаря простым настройкам устройств лишь в редких случаях требуется консультация по телефону. 

>>К ОПИСАНИЮ РЕВЕРСИВНЫХ УСТРОЙСТВ БИСТАРТ-Р