Устройства частотного регулирования скорости механизмов крана

В наше время экономических кризисов, реконструкция и модернизация оборудования для многих предприятий кажется задачей нереализуемой из-за необходимости больших капиталовложений, а приобретение нового оборудования требует еще больших средств. Тарифы на электроэнергию растут, а подавляющее большинство организаций имеет на балансе энергозатратное оборудование 70 – 80-х годов, так что вопрос энергосбережения так же встает достаточно остро и многие оказываются в тупике.

Однако из данной ситуации есть выход. Оборудование, выпущенное в советский период, имеет большой запас прочности и долговечности, но морально устарело. Путем модернизации этого оборудования можно добиться существенного увеличения его эксплуатационных показателей.

В отношении кранов, модернизации в основном подлежат приводы кранов и системы управления, так как металлоконструкции имеют большой запас прочности и допускают дальнейшую эксплуатацию.

Модернизация системы управления электропривода заключается в замене системы старого релейно-контакторного управления с реостатным методом регулирования на систему частотного управления, поддерживающую плавное бесконтактное регулирование скорости в широком диапазоне. За счет оптимального управления двигателем, преобразователь частоты способен автоматически поддерживать на определенном уровне заданные параметры, например, температуру, расход, давление и др. Потребление энергии может снижаться на 40-50%, а пусковые токи исчезают совсем, что существенно увеличивает срок службы электрооборудования.

Частотный преобразователь или инвертер представляет собой электронное устройство управления синхронным или асинхронным электродвигателем переменного тока, на выходе которого формируется электрическое напряжение с переменной амплитудой и частотой. Регулировании скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя. Инвертер преобразует напряжение питающей сети 220В/380В частотой 50Гц в выходное импульсное напряжение, которое формирует в обмотках двигателя синусоидальный ток частотой от 0 до 400 Гц и выше.

Частотные преобразователи обеспечивают

  • плавный пуск и остановку электродвигателя без пусковых токов и ударов, а также изменение направления его вращения;
  • малые доводочные скорости, обеспечивающие требуемую точность позиционирования;
  • полную защиту электродвигателя от перегрузок по току, перегрева, обрыва фаз и утечек на землю;
  • плавное регулирование скорости вращения электродвигателя практически от нуля до номинального значения;
  • создание замкнутых систем с возможностью точного поддержания заданных технологических параметров;
  • синхронное управление несколькими электродвигателями от одного частотного преобразователя;
  • уменьшение потребления электроэнергии до 50% за счет поддержания работы электродвигателя в режиме оптимального КПД;
  • повышение надежности, снижение износа и увеличение срока службы электропривода как следствие улучшения динамики его работы;
  • упрощение технического обслуживания оборудования;
  • сохранность груза, увеличение объема и повышение качества продукции, а также производительности производственного оборудования.

Скалярный метод регулирования скорости

Плавное регулирование скорости вращения вала электродвигателя можно обеспечить путем увеличения частоты и амплитуды напряжения, подаваемого с инвертера на обмотки асинхронного электродвигателя. Изменение частоты питающего привод напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к.п.д., коэффициента мощности, поэтому, для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя, необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения. При скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянное отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу, т.е. при  изменении частоты амплитуда напряжения изменяется так, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Такое отношение называется перегрузочной способностью двигателя. При постоянстве перегрузочной способности, номинальные коэффициенты мощности и к.п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не меняются.

Скалярный способ управления целесообразно использовать при невысоких требованиях к диапазону регулирования частоты вращения двигателя и стабильности поддержания заданных параметров. Достоинством этого способа является возможность одновременного управления группой электродвигателей. Скалярное управление достаточно в большинстве  случаев применения частотно регулируемого электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения до 1:40.

Векторный метод регулирования скорости

Для быстродействующих приводов целесообразно использовать векторное управление, которое позволяет существенно увеличить диапазон управления и точность регулирования. Векторное управление обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя, определяемым током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, т.е. вектор тока. Векторное управление обеспечивает диапазон регулирования до 1:1000 и выше, а так же высокую точность регулирования, однако существенно дороже скалярного.

Векторное управление позволяет:

  • развивать высокий момент на низких оборотах;
  • осуществлять плавный частотный разгон всех механизмов крана с управляемым ускорением;
  • плавное регулирование скорости в большом диапазоне при различных значениях и направлениях нагрузки;
  • дотяжку и точную остановку механизмов;
  • осуществить подхват двигателя при кратковременном пропадании питающего напряжения без опрокидывания инвертора; 
  • осуществлять пропуск нежелательных для механизма скоростей (например, связанных с механическими проблемами резонанса).

Как правильно выбрать частотный преобразователь

При подборе частотного преобразователя, его мощность подбирается равной мощности электродвигателя. Это правило применяется к электродвигателям с номинальным количеством оборотов 1500 и 3000 оборотов в минуту. При использовании других электродвигателей номинальный выходной ток частотного преобразователя должен быть не меньше или немного больше номинального тока электродвигателя.

Управление частотным преобразователем

Управление преобразователем частоты осуществляется со встроенной или выносной панели управления, либо с помощью внешних сигналов. Во втором случае скорость вращения задается аналоговым сигналом 0-10 В или 4-20 мA, а команды пуска, останова и изменения режимов вращения подаются дискретными сигналами.