Частотный преобразователь для крана заменяет контакторное управление со ступенями пусковых сопротивлений. Он задает скорость двигателя по плавной кривой. Ниже разобрано, что меняется в приводах передвижения и подъема, как преобразователь работает с механическим тормозом, как считается блок сопротивлений и из чего собирается шкаф. Выбор модели и параметры настройки берутся из паспорта электродвигателя и документации изготовителя.
Частотное регулирование приводов крана вместо ступенчатой схемы
В классической схеме мостового крана скорость меняется ступенями. Контроллер замыкает контакторы и выводит секции пусковых сопротивлений из цепи ротора. Короткозамкнутый двигатель включается напрямую или переключается между обмотками. Каждое переключение дает скачок момента. Механика получает удар, груз на подвесе раскачивается.
Синхронную скорость асинхронного электродвигателя задает частота питающего напряжения. Преобразователь частоты (ПЧ) формирует напряжение и частоту по заданной кривой и ограничивает ток. Механическая характеристика, то есть зависимость момента от скорости, при постоянном отношении напряжения к частоте сохраняет форму и сдвигается по оси скоростей. На малых частотах напряжение дополнительно повышают, чтобы сохранить момент. Время разгона и замедления задается параметрами. Положение рукоятки определяет лишь целевую скорость.
Однобалочные опорные мостовые краны
Весь раздел →
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 3,2 т пролет 22,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 3,2 т пролет 16,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 3,2 т пролет 13,5 м
Прямой пуск короткозамкнутого двигателя уступает место плавному. При прямом пуске ток многократно превышает номинальный. Двигатель с фазным ротором можно питать от ПЧ с замкнутым накоротко ротором. Пусковые сопротивления тогда выводят из схемы.
| Признак | Контроллер со ступенями сопротивлений | Частотный привод |
|---|---|---|
| Изменение скорости | Ступенями по положениям рукоятки | Плавно, по заданной рампе. |
| Пуск | Скачки момента на каждой ступени | Момент нарастает по кривой разгона. |
| Торможение | Противовключение и механический тормоз | Электрическое замедление до нуля, тормоз удерживает вал. |
| Раскачка груза | Зависит от навыка крановщика | Снижается подбором времени разгона и замедления. |
| Износ аппаратуры | Контакты контакторов подгорают, сопротивления греются при каждом пуске | Силовые цепи двигателя не коммутируются под током; тепло выделяется в ПЧ и в блоке сопротивлений при спуске. |
Плавный пуск и торможение крана: рампа, раскачка, перекос
На механизмах передвижения тележки и моста ПЧ прежде всего убирает рывок. Кривая с плавным нарастанием ускорения (S-образная рампа) смягчает толчок при трогании и перед остановкой. Раскачку груза определяет соотношение времени разгона и периода колебаний груза на подвесе.
Период считается по формуле T = 2π·√(L/g) с длиной подвеса L и ускорением свободного падения g. При длине 5 м он равен около 4,5 с. При разгоне с постоянным ускорением остаточной раскачки нет, если время разгона равно целому числу таких периодов. Короткий разгон оставляет колебания заметной амплитуды. Длина подвеса меняется вместе с высотой крюка, поэтому время разгона подбирают под типовое положение груза.
Мост с раздельным приводом концевых балок перекашивается, когда двигатели с двух сторон разгоняются неодинаково. Реборды колес прижимаются к рельсу и изнашиваются вместе с подкрановым путем. Один ПЧ на оба двигателя задает им одинаковую частоту. Раздельные преобразователи с общим заданием скорости точнее учитывают разницу нагрузок на сторонах.
Подобрать оборудование под вашу задачу
ЧРП механизма подъема с векторным управлением и тормозом
Подъемный механизм требует от привода момента в начале движения и на малых скоростях. Скалярное управление U/f хуже контролирует момент на малых частотах, поэтому для лебедок подъема выбирают векторный режим. В документации на привод PowerFlex 755T компания Rockwell Automation ограничивает бездатчиковый режим подъема задачами, где нет риска для людей. При риске для людей она требует энкодер на валу.
Однобалочные опорные мостовые краны
Весь раздел →
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 3,2 т пролет 10,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 3,2 т пролет 7,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 3,2 т пролет 4,5 м
Последовательность работы с тормозом задает сам преобразователь. Он намагничивает электродвигатель и создает момент на неподвижном роторе. По току ПЧ убеждается, что момент достаточен, и только тогда выдает сигнал на размыкание тормоза. Управление тормозом осуществляется релейным выходом ПЧ. Остановка идет в обратном порядке: скорость снижается до нуля, тормоз накладывается, затем снимается момент. Если открыть тормоз раньше, чем двигатель взял нагрузку, груз проседает.
Механический тормоз электрическим моментом не заменяется. Правила № 359 (п. 209) требуют на подъемном механизме тормоз нормально замкнутого типа, который размыкается автоматически при включении привода. При одном тормозе коэффициент запаса торможения должен быть не менее 1,5 (п. 213). Для кранов, транспортирующих расплавленный металл, тот же пункт требует два независимых тормоза. По п. 251 при отключении двигателя подъема напряжение снимается с катушек электромагнита или с обмоток двигателя гидравлического толкателя стойки тормоза, и тормоз замыкается.
У однобалочных кранов с электрической талью двигатель может быть совмещен с тормозом (конический ротор). Допустимость питания такого двигателя от ПЧ оговаривает изготовитель тали.
Тормозной резистор для частотника крана и его расчет
При спуске груза электродвигатель работает генератором и возвращает энергию в звено постоянного тока преобразователя. Напряжение звена растет. Если энергию некуда деть, преобразователь отключается по перенапряжению, и груз на ходу подхватывает механический тормоз. Тормозной прерыватель, встроенный в ПЧ или внешний, направляет избыток в резистор, где энергия переходит в тепло.
Верхнюю оценку мощности, которую возвращает груз при спуске, дает формула P = m·g·v. Для груза 10 т при скорости спуска 8 м/мин она равна 13,1 кВт. Потери в редукторе и двигателе уменьшают эту величину. Номинальную мощность блока сопротивлений выбирают по среднему тепловыделению за цикл. Если спуск занимает 40% времени цикла, средняя мощность составит около 5,2 кВт. Для тяжелых циклов мощность блока сверяют с каталогом изготовителя для нужного режима.
Однобалочные опорные мостовые краны
Весь раздел →
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 1 т пролет 22,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 1 т пролет 16,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 1 т пролет 13,5 м
Сопротивление ограничено с двух сторон. Нижний предел указан в документации преобразователя и защищает транзистор прерывателя от повреждения. Верхний предел следует из напряжения срабатывания и максимальной мощности привода. Превышение верхнего предела оборудование не ломает, но поглощаемая мощность падает обратно пропорционально сопротивлению, и звено может дойти до отключения по перенапряжению.
На передвижении поглощаемая мощность зависит от массы крана с грузом, скорости и времени замедления. Чем короче замедление, тем выше мощность и тем вероятнее, что блок сопротивлений нужен и там.
Блок сопротивлений сильно греется, поэтому его выносят из шкафа, закрывают кожухом и защищают термореле.
При частых спусках тяжелого груза это тепло нагружает цех. Тогда рассматривают рекуперативный блок: он возвращает энергию в питающую сеть, и экономия электроэнергии появляется именно при частых спусках.
Шкаф управления краном с ЧРП в Казахстане и установка ПЧ
Вентилятор на валу кранового электродвигателя вращается вместе с ротором, и на малых оборотах продувка обмоток слабеет. При долгой работе на малой скорости под нагрузкой обмотки могут перегреться. Решение — независимый вентилятор с отдельным питанием или электродвигатель, рассчитанный на такой режим. Нижняя граница диапазона регулирования скорости зависит от этого охлаждения.
Однобалочные опорные мостовые краны
Весь раздел →
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 1 т пролет 10,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 1 т пролет 7,5 м
Кран мостовой однобалочный опорный однопролётный г/п 1 т пролет 4,5 м
Состав шкафа определяют механизмы и условия цеха:
- вводной автомат и сетевой дроссель, снижающий гармоники в питающей сети.
- ПЧ на каждый механизм или один на оба двигателя концевых балок.
- прерыватель и вынесенный блок сопротивлений.
- выходной дроссель или фильтр dU/dt при длинном кабеле до двигателя. Допустимую длину указывает изготовитель ПЧ.
- цепи безопасности, где контакты приборов работают на разрыв цепи (п. 252 Правил № 359), и цепи управления тормозом.
- приемник радиоуправления с кабельным пультом в резерве.
Шкаф для неотапливаемого цеха в Казахстане рассчитывают на зимнюю температуру: нужен подогрев, а летом вентиляция с фильтром. Иначе на платах оседают пыль и конденсат. При установке ПЧ в шкаф оставляют зазоры для обдува: при перегреве преобразователь снижает мощность.
Выбор оптимального преобразователя и недостатки ЧРП для крана
Преобразователь выбирают по номинальному току электродвигателя с учетом перегрузки при пуске под нагрузкой. Мощность на шильдике служит ориентиром. Если запас по току мал, привод не стронет груз с места или отключится по перегрузке. Частотник для мостового крана и кран-балки с электроталью выбирают так же, но проверяют еще и допустимость частотного питания тали.
Приводы разных механизмов отличаются режимом и главным требованием:
| Механизм | Режим управления | Тормозной резистор | Главное требование |
|---|---|---|---|
| Подъем | Векторный; энкодер по требованию документации привода | Нужен при спуске груза | Момент на валу до размыкания тормоза. |
| Передвижение тележки | Скалярный или бездатчиковый векторный | По условиям замедления | Время разгона под период колебаний груза. |
| Передвижение моста | Скалярный или векторный | По условиям замедления | Синхронность двигателей концевых балок. |
У частотного привода есть недостатки. Преобразователь и шкаф усложняют обслуживание: нужен персонал, знающий параметры привода. Кран с редкими циклами и легкими грузами получает от ЧРП мало, износ механики у него и так невелик. Двигатель с изношенной изоляцией хуже переносит импульсное напряжение преобразователя, поэтому его проверяют мегомметром до модернизации. ПЧ не исправит перекос подкрановых путей, износ редуктора и неисправный тормоз.
Последовательность размыкания и наложения тормоза на подъеме проверяют на пробном грузе до ввода крана в работу. Ошибка здесь грозит падением груза.
