Применение реверсивных устройств плавного пуска БиСТАРТ-Р для модернизации кран-балок и кранов
ИНСТРУКЦИИ: Краны (перемещение): до 7.5кВт, 15..55кВт Краны (подъем): до 7.5кВт, 15..55кВт
|
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
Для маломощных талей и кран-балок (грузоподъемностью до 2 тонн) в качестве бюджетного решения могут применяться нереверивные устройства МСТ-Н29 серии МикроСТАРТ-Н, которые работают как приставка к существующему магнитному реверсивному пускателю.
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 (Внимание! при опускании хрупких грузов (стекло и др.) плавное ускорение/замедление 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
Наилучший эффект использования устройств БиСТАРТ-Р достигается для приводов передвижения кранов и кран-балок, т.к. функции плавного пуска с ограничением тока 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.