Применение реверсивных устройств плавного пуска БиСТАРТ 2.0-Р и БиСТАРТ-Р и для модернизации кран-балок и кранов

 КАТАЛОГ ПРОДУКЦИИ (pdf, 773 kb)

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 контактов;
• 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, которая в 2021-м получила обновление - серия БиСТАРТ 2.0-Р с дополнительными улучшениями -  рабочее напряжение реле управления внешним тормозом увеличено с 220В до 380В, стала проще настройка, а также уменьшились габариты на модели 15 кВт и выше.

Для маломощных талей и кран-балок (грузоподъемностью до 2 тонн) в качестве бюджетного решения в 2020-м году были разработаны нереверсивные устройства МСТ-Н29 серии МикроСТАРТ-Н, которые работают в качестве приставки 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 (планетарный редуктор, без конусного тормоза):

  ■ 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 перемещения (с конусным тормозом или червячным редуктором):

  ■ Функция ограничения тока  Броска тока/Kick start + ограничение тока обеспечивает плавнй пуск;

  ■ Функция плавной остановки 

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 2.0-Р и 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 (с любым типом тормоза - гидротолкатель, электромагнитный или конусный) для устранения ударных нагрузок на редуктор и шпонки используются исполнения БСТ2-РВ4 (БиСТАРТ 2.0-Р) или БСТ-xxР/380-x0В(БиСТАРТ-Р).

В приводах перемещения (кроме исполнений с конусным тормозом) для обеспечения плавного разгона и плавного торможения постоянным током (DC-торможение) используются исполнения БСТ2-РК4 (БиСТАРТ 2.0-Р) или БСТ-xxР/380-x0 (БиСТАРТ-Р). Плавный пуск и плавное DC-торможение с ограничением тока обеспечивает плавность перемещения груза. Функция торможения срабатывает после отпускания кнопки и тормозит в течение заданного времени.
При наличии внешнего тормоза его нужно отключать от двигателя и управлять через отдельный пускатель, катушка которого управляется от реле тормоза БСТ.  Для работы функции торможения не требуются тормозные резисторы, энергия рассеивается в электродвигателе.
Внимание: В моделях БСТ2-РК4 (БиСТАРТ 2.0-Р) реле тормоза имеет рабочее напряжение 380В, в отличие моделей серии БиСТАРТ-Р с реле тормоза на 220В.

В приводах перемещения с конусным тормозом, а также с червячным редуктором для обеспечения плавного пуска и плавной остановки по напряжению используются  исполнения БСТ2-Р4 (БиСТАРТ 2.0-Р) и исполнения БСТ-xxР/380-x0Ч (БиСТАРТ-Р).
В механизмах с конусным тормозом, срабатывание тормоза происходит от нарастания магнитного потока в электродвигателе. Для более быстрого расцепления тормоза рекомендуется использовать функцию "Бросок тока/Kick start", которая ускоряет отпускание конусного тормоза. При плавной остановке для более мягкого включения тормоза используется функция плавного останова (снижение напряжения за время 0.5-2 сек).

В механизмах, использующих червячные редукторы стоит задача устранения ударов из-за самоторможения и использование функции плавного останова методом плавного снижения напряжения за время 0.5-2 секунды.

Схемная и монтажная взаимозаменяемость с магнитными реверсивными пускателями - ключевое преимущество устройств БиСтАРТ 2.0-Р и БиСТАРТ-Р. Провода, подходящие к двум катушкам заменяемого магнитного реверсивного пускателя переподключаются к входам управления устройств БСТ, которые могут иметь различные исполнения по напряжению: 220..380В, 110В, 42В, 24В. Габаритные размеры устройств плавного пуска во многих случаях не превышают габаритов магнитных реверсивных пускателей и могут устанавливаться вместо них в те же шкафы.

Электронные защиты с диагностикой срабатывания - это один из ключевых факторов долговечности работы устройств БиСТАРТ 2.0-Р и 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. 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.

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 БиСТАР 2.0-Р и 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 исполнения БСТ2-РВ4 (БиСТАРТ 2.0-Р) и  БСТ-xxР/380-x0В (БиСТАРТ-Р) 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.

Более высокие парамаетры плавности подъема/опускания обеспечиваются только со специальными преобразователями частоты и тормозными устройствами.  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:

• Прямая и обратная схемная взаимозаменяемость с существующими контакторами +возможность резервирования;
• 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;
• 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.

15 летний опыт применения на кранах и кран-балках устройств БиСТАРТ-Р показал их высокую эффективность и надежность. Обновленные модели сериии БиСТАРТ 2.0-Р получили улучшения (реле тормоза 380В, более простая настройка). 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-2.0Р