Модернизация и плавный пуск кранов / кран-балок (замена контакторов на тиристорные пускатели БиСТАРТ 2.0-Р)
|
|
К описанию серии БиСТАРТ 2.0-Р: Документация по функциональным моделям: Перемещение (с управлением тормозом):БСТ2-РК4 Альтернативные варианты: Перемещение тали (до 3 кВт):МСТ-Н29 |
Онлайн-подбор модели по параметрам
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
Компания НПФ «Битек» с 2007-го года предлагает собственное решение для кранов и кран-балок – реверсивные устройства плавного пуска и динамического торможения серии БиСТАРТ-Р, которая в 2021-м получила обновление - серия БиСТАРТ 2.0-Р с дополнительными улучшениями.
Ипользуются 3 функциональных исполнения серии БиСТАРТ 2.0-Р : БСТ2-РВ4 (подъем), БСТ2-РК4 (перемещение с управлением внешним тормозом) и БСТ2-Р4 (перемещение в механизмах с неотключаемым тормозом или червячным редуктором). Подробнее по cсылке.
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.
2. Модернизация кранов и кран-балок с использованием реверсивных устройств плавного пуска и торможения БиСТАРТ-Р
Реверсивные устройства плавного пуска и торможения БиСТАРТ 2.0-Р представляют собой реверсивные тиристорные пускатели с функцией фазового регулирования напряжения на электродвигателе при пуске (плавный пуск) и торможения постоянным током.
Общие преимущества:
■ Нет износа при частых пусках;
■ Не разрушает изоляцию электродвигателя, работает со старыми электродвигателями (в т.ч. с фазным ротором);
■ Простая установка в существующую схему - замена реверсивного контактора (с катушками 380В, 220В, 42В и др.);
■ Простое резервирование (возможность временной замены обычным реверсивным контактором);
■ Устойчивость к работе в схемах с троллейным питанием.
Для приводов перемещения (цилиндрический/планетарный редуктор, без конусного тормоза):
■ Плавное ускорение для снижения раскачки груза;
■ Плавное замедление и плавный реверс методом обратной команды или торможения постоянным током.
■ Плавные включения короткими импульсами (для позиционирования груза и регулировки скорости хода).
Для приводов перемещения (с конусным тормозом или червячным редуктором):
■ Функция бросок тока (Kick start) + ограничение тока для надежного размыкания тормоза в начале пуска;
■ Функция плавного снижения напряжения для исключения резкого самоторможения.
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.) требуется ползучая скорость, которую обеспечивают только векторные частотные преобразователи с тормозными блоками и короткозамкнутыми электродвигателями);
■ Не требуются тормозные резисторы (при опускании груза 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 2.0-Р
а) с питанием тормоза от клемм электродвигателя
б) с управление тормозом от отдельного пускателя (через реле управления тормозом в БиСТАРТ 2.0-Р)
в) применение с двигателем с фазным ротором
Наилучший эффект использования устройств БиСТАРТ 2.0-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.
В приводах перемещения (кроме исполнений с конусным тормозом) для обеспечения плавного разгона и плавного торможения постоянным током (DC-торможение) используются исполнения БСТ2-РК4. 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.
В приводах перемещения с конусным тормозом, а также с червячным редуктором для обеспечения плавного пуска и плавной остановки по напряжению используются исполнения БСТ2-Р4 .
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. Провода, подходящие к двум катушкам заменяемого магнитного реверсивного пускателя переподключаются к входам управления устройств БСТ2, 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. 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 используются специальные модификации БСТ2-РВ4 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 2.0-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 моделей БСТ2-РВ4 реверсивных устройств БиСТАРТ 2.0-Р, где время нарастания напряжения можно настроить в узком диапазоне 0.1..0.5 сек.
В приводах подъема со встроенным конусным тормозом также нужно использовать модификацию для приводов подъема БСТ2-РВ4.
В приводах перемещения со встроенным конусным тормозом рекомендуется использовать модели БСТ2-Р4 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 стандартные модели БСТ2-Р4 , в которых есть функция плавного останова для смягчения резкой остановки.
8. Заключение
Реверсивные устройства плавного пуска/торможения БиСТАР 2.0-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 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 2.0-Р.
Преимуществами реверсивных устройств плавного пуска БиСТАРТ 2.0-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 электролитических конденсаторов);
- 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 показал их высокую эффективность и надежность. Обновленные модели сериии БиСТАРТ 2.0-Р получили улучшения (функция индикации тока, 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.