книги / Электроприводы крановых механизмов. (Системы электропривода и методы расчета)
привод. Приведенные соображения ‘позволяют правиль но ориентировать проектантов и эксплуатационный персонал, рекомендуя, например, оптимальную высоту подвеса L, и таким относительно простым способом добиться уменьшения либо полного исключения раска чивания перемещаемого груза. Более сложно тот же вопрос решается в [Л. 53]. Здесь на основании заданного допустимого угла ‘Рмакс выводится требуемый закон изменения скорости движе ния тележки. Этот закон изменения скорости во времени достаточно сложен и поэтому его не просто реализовать с помощью обычных систем электропривода. В [Л. 37] даются рекомендации для снижения раска чивания груза при переключении с одной скорости на другую. Так как эти рекомендации относятся к случаю применения короткозамкнутых двигателей, то основным допущением здесь является малое время разгона по сравнению с периодом колебаний. В работе показано, что при больших и постоянных значениях ускорения и относительно малых скоростях величина ускорения прак тически не влияет на амплитуду раскачивания
| * » = | / 7 1 (» л , 2 — » ш Г+ ‘°т Ь | (2-17) |
где VMI — промежуточная скорость передвижения; имг — конечная скорость.
| Максимальное | отклонение груза | оказывается | при | |
| vMi = 0, т. е. если | переход | осуществляется сразу на | по | |
| вышенную скорость; тогда | ||||
| W = | ~ Y VM * | (2-18) | ||
Минимальное значение амплитуды имеет место, когда Таким образом, в этих условиях эффективным сред ством ограничения раскачивания груза является умень шение перепада скоростей при переходе на повышенную скорость (увеличение числа ступеней). Однако самым благоприятным случаем является равенство V K = VM в момент переключения скорости. Следовательно, для
получения наилучших результатов необходимо контроли ровать положение либо скорость груза. Аналогичный способ демпфирования колебаний рас смотрен в [Л. 89], в которой предлагается на регулятор скорости электропривода воздействовать пропорциональ но углу отклонения груза и скорости его колебания. Таким образом, рассмотренные факторы — проскаль зывание колес, перегрузка механизмов и раскачивание груза — в той или иной мере ограничивают ускорение электропривода и снижают производительность крана. Так, для большинства мостовых кранов величина уско рения не должна превышать 0,5 м/сек 2 [Л. 101]. Проведенные исследования работы кранов в разных отраслях производства [Л. 58] показывают, что при номи нальной скорости движения крана 80—120 м/мин сред ним условиям работы удовлетворяет технологическое ускорение 0,3—0,4 м/сек2. При весьма напряженном ре жиме работы на металлургических предприятиях уско рение может достигать 0,6 м/сек2; наибольшие ускоре ния механизмов передвижения и поворота грейферных кранов составляют 1—1,2 м/сек 2 [Л. 38, 81]. Ускорения 0,1—0,2 м/сек2 имеют краны, перевозящие жидкий ме талл. В каждом конкретном случае следует проверить, допустимы ли выбранные ускорения по рассмотренным выше показателям. В некоторых случаях выбором си стемы электропривода с соответствующими параметрами можно добиться, например, ослабления раскачивания грузов и повышения таким образом эксплуатационных показателей кранов. 2-3. Специфика требований, предъявляемых к электроприводу самоходных кранов Главными отличительными особенностями самоход ных кранов являются универсальность, наличие авто номной энергетической установки и, следовательно, не зависимость работы их от внешнего источника питания. Этим объясняется применение таких кранов для разных целей — от простых погрузочных работ до точных мон тажных операций — в районах, удаленных от линии элек тропередачи и необеспеченных либо мало обеспеченных другими механизмами (строительство, аварийно-восста новительные работы и т. п.).
Силовая энергетическая установка представляет собой автономную электростанцию с первичным источни ком энергии—двигателем внутреннего сгорания, вращаю щим один или несколько генераторов постоянного или переменного тока. Так как мощность первичного двига теля соизмерима с мощностью исполнительных электро двигателей, то при проектировании электропривода не обходимо учитывать, что увеличение нагрузки приводит к снижению в той или иной степени оборотов первичного двигателя, а последнее — к уменьшению напряжения и частоты вырабатываемой генераторами электроэнергии. Поэтому система электропривода должна предусмат ривать дополнительные средства поддержания требуемой жесткости регулировочных механических характеристик двигателей отдельных механизмов. Сложным вопросом является создание* системы элек тропривода для механизма передвижения крана. Хотя это движение, как правило, не является «технологиче ским», оно, однако, весьма важно, так как электропри вод должен обеспечить передвижение крана с приемле мой скоростью при различных дорожных условиях. Исследования показывают [Л. 48], что, например, для самоходных кранов иа пневматическом ходу в зависи мости от характера дороги величина тяговой силы может меняться в пределах 1 10 и более. Учитывая ограничен ную мощность энергетической установки, необходимо стремиться к тому, чтобы характеристика электроприво да передвижения была возможно ближе к идеальной тяговой характеристике при Р = с onst. При проектировании системы электропривода для кранов с автономной энергетической установкой необ ходимо обращать особое внимание на решение вопроса совместимости различных операций (подъем и поворот, подъем и изменение вылета стрелы), так как режим работы одного из двигателей может существенно влиять на другие двигатели (например при пуске, регулирова нии скорости воздействием на цепи генератора). Ресурсо-часы двигателей внутреннего сгорания огра ниченны, и стоимость электроэнергии от небольших авто номных установок значительно превышает стоимость энергии от промышленной сети. Поэтому при проекти ровании электропривода рассматриваемого типа кранов желательно предусмотреть возможность работы их от внешней сети при наличии таковой. Кроме того, необхо
димо иметь возможность использования крановой элек тросиловой установки для питания «внешних» потреби телей (электроинструмента, сварочного оборудования и ДР-)- Наконец, нельзя не учитывать большую вероятность работы крана в самых трудных условиях с точки зрения внешней среды, удаленности от промышленно-техниче ских центров, а также не принимать во внимание огра ниченности пространства для размещения электрообо рудования на кране. Поэтому при проектировании элек тропривода, отвечающего во всем остальном общим техническим требованиям, предъявляемым к крановым установкам, следует стремиться к применению возможно более простых, надежных и малогабаритных систем и устройств. Г л а в а т р е т ь я АНАЛИЗ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА КРАНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ В данной главе формулируются основные критерии оценки систем электропривода крановых механизмов, и с учетом этих критериев анализируются особенности раз личных систем привода, дается их оценка применительно к тем или иным крановым механизмам. Здесь не рассмотрены системы, явно не пригодные для кранов по своим показателям (схема с переверну той фазой асинхронного двигателя, система ртутный выпрямитель — двигатель и др.), а также .неприемлемые по другим соображениям (например, системы с коллек торными двигателями переменного тока, не получившими в нашей стране широкого распространения). 3-1.. Критерии оценки систем Ври выборе системы электропривода любого механизма необ ходимо учитывать такие факторы, как устойчивость работы элек тропривода, стоимость электрооборудования, его гаес и габариты, эксплуатационные расходы, удобство управления системой и ее на дежность в работе. Дополнительными критериями оценки, характерными для кра новых механизмов, являются*: 1) регулирование скорости в различных режимах; гари этом вы ясняются возможности системы в отношении пониженных и повы-
шейных скоростей в двигательном (‘подъем и силовой спуск груза, передвижение и поворот) и тормозном ((тормозной спуск грузов) режимах; 2) плавность регулирования скорости рассматриваемой системы привода, характеризующаяся количеством механических характери стик, которое обеспечивается в заданном диапазоне регулирования скорости; 3) жесткость механических характеристик при номинальной и пониженных скоростях; 4) непрерывность механических характеристик в области малых нагрузок; 5) плавность разгона и торможения привода. Плавность тормо жения, например, определяется возможностью обеспечения электри ческого торможения с регулируемой величиной тормозного момента при переходе с высоких скоростей на низкие (без разрыва силовой цепи во избежание проседания груза либо наложения механическо го тормоза); она также характеризуется возможностью электриче ского торможения перед наложением тормоза при постановке конт роллера в нулевое положение. (Плавность разгона, например меха низма передвижения, определяется возможной степенью регулирова ния пускового момента; 6) плавность подъема груза. Сила рывка при подъеме с под хватом зависит от скорости, до которой может разогнаться привод на холостом ходу; степень плавности определяется в каждом кон кретном случае величиной этой скорости и параметрами меха низма; 7) стандартность применяемого электрооборудования (использу ются ли в системе обычные машины и аппараты либо изготовляемые специально для данной системы, данного механизма); 8) сложность схемы, трудность понимания ее эксплуатационным персоналом, требования по уходу за электрооборудованием. Этот критерий для исследуемых механизмов особенно важен потому, что любая неполадка в схеме крана должна устраняться в кратчайший срок, причем в большинстве случаев самим крановщиком либо де журным электромонтером, т. е. работниками относительно низкой квалификации. Следует подчеркнуть, что решающим фактором при выборе той или иной системы электропривода должно быть соответствие тех нических возможностей этой системы требованиям, предъявляемым к ней со стороны механизма, а также надежность работы элек трической схемы. Считаться со стоимостью электрооборудования, эксплуатационными затратами и некоторыми другими факторами следует лишь при прочих ранее отмеченных равных условиях. А. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 3*2. Асинхронный электропривод с короткозамкнутым двигателем Простейшим электроприводом любого механизма яв ляется привод от короткозамкнутого двигателя. Его пре имуществом, помимо дешевизны, простоты ухода, надеж-
пости в работе, является возможность использования в помещениях со взрывоопасной средой. Статистические данные [Л. 74] свидетельствуют о том, что расходы на эксплуатацию двигателей с фазным ротором с пуско регулирующим сопротивлением в 5 раз, а двигателей постоянного тока в 10 раз выше, чем двигателей с корот козамкнутым ротором. Величина потерь в короткозамкнутых двигателях во время переходных процессов — один из основных факто ров, ограничивающих использование их в крановом электроприводе. Кроме того, они могут создавать не допустимые динамические нагрузки в механизме и при водить к раскачиванию груза, так как пусковой и макси мальный тормозной моменты (при переключении с выс шей скорости на низшую в двигателе с изменяемым числом пар полюсов) трудно регулируются. Принципиально возможно регулирование скорости этих двигателей в широком диапазоне двумя способами:’ питанием их от регулируемого преобразователя частоты и изменением числа пар полюсов. Наиболее экономич ным способом регулирования скорости асинхронных дви гателей является частотный. Этот метод позволяет плав но регулировать скорость в любых режимах (двигатель ном, тормозном). Жесткость механических характеристик достаточна для крановых установок. Для обеспечения постоянной перегрузочной спо собности двигателя и ограничения его перегрева при
| регулировании | частоты у приводов | крановых | ‘механиз | ||||
| мов | требуется | пропорциональное | изменение | подводи | |||
| мого к статору напряжения. Путем | изменения частоты | ||||||
| скорость двигателя | можно | снижать в | 10—12 раз | ||||
| или | повышать | в 2 | раза по | сравнению | с | номиналь | |
| ной. | |||||||
За рубежом находит применение двухчастотная си стема регулирования, когда при работе с номинальной скоростью двигатель питается от сети, а для получения пониженной скорости он подключается к специальному
| нерегулируемому источнику пониженной частоты | (5— |
| 6 гц)у находящемуся наг кране. Такая система не | полу |
чила распространения в нашей стране из-за своей слож ности, высокой стоимости и потребности в специальной аппаратуре или дополнительных вращающихся машинах, которые понижают надежность системы и затрудняют ее обслуживание.
Наиболее перспективными являются системы со стати ческими преобразователями частоты на тиристорах, от личающимися быстродействием, высоким к. п. д., неболь шими габаритами установки. В настоящее время пред ложено много схем преобразователей частоты как со звеном постоянного тока, так и ‘непосредственного пре образования. Как пример можно указать на преобразо ватель частоты о управлением от трехфазного датчика синусоидального напряжения [Л. 67], предлагаемый для питания двигателей подъемных устройств. На выходе преобразователя достигается плавное изменение частоты в диапазоне 0—20 гц при частоте питания 50 гц. Дви гатель, подключенный к такому преобразователю, надеж но работает как в двигательном, так и в генераторном, режимах. В качестве трехфазного датчика используется регулируемый синхронный генератор мощностью около 1 ва с усилителем мощности, состоящим из 12 тиристо ров, включенных по встречно-параллельной схеме. Одна ко сложность схемы управления, большое число элемен тов не позволяют пока рекомендовать эти схемы для широкого внедрения на крановых механизмах. Так как крановые механизмы допускают ступенчатое регулирование скорости, они могут быть оборудованы многоскоростными асинхронными двигателями с пере ключаемым числом пар полюсов. При этом может быть повышена допустимая частота включений механизма [Л. 101], и пониженная скорость использована для повы шения точности остановки. Диапазон регулирования ско рости зависит от исполнения обмоток. Так, двигатели серии МТК обеспечивают при номинальном моменте диапазоны 2,2:1; 3:1; 4,5:1 при достаточно жестких механических характеристиках в двигательном и тормоз ном режимах. Для уменьшения момента при разгоне на время пу ска в цепь обмотки статора целесообразно вводить активные сопротивления. Тем же путем можно достичь ограничения тормозного момента при переходе с номи нальной скорости на пониженную; однако в этом случае сильно уменьшается и пусковой момент двигателя, так что при работе на подъем и переводе на малую скорость последний может остановиться и даже разогнаться гру зом в режиме противовключения до разноса [Л. 5]. В меньшей степени снижается пусковой момент при введении в линии статора индуктивных сопротивлений
для ограничения генераторного момента. Развитием это го способа является схема [Л. 37], в которой на время переходного процесса быстроходная обмотка статора включается последовательно с тихоходной. При этом быстроходная обмотка играет роль индуктивности, ве личина которой меняется в функции скольжения, и при синхронной скорости, соответствующей быстроходной обмотке, результирующий момент двигателя близок к нулю. Однако такие переключения обмоток усложняют схему и часто сводят к минимуму основные достоинства короткозамкнутых двигателей — простоту эксплуатации и надежность. За рубежом имеется опыт применения короткозам кнутых двигателей, особенно с повышенным скольже нием для привода крановых механизмов [Л. 109]. Корот козамкнутые двигатели применяются, например, для привода ‘всех механизмов, мостового монтажного крана 250/32 тс в ФРГ Они устанавливаются также на ряде металлургических кранов [Л. 97]. Для регулирования мо мента механизма передвижения, приводимого двумя или четырьмя двигателями, используются неодинаковые схе мы включения отдельных машин. Так, при двухдвига тельном приводе можно получить четыре ступени мо мента (от 22,5% до 100%), если применить комбинацию включения статорных обмоток двигателей в нормальную схему и в схему открытого треугольника. Как указывает ся в [Л. 97], такая система не уступает по плавности ре гулирования момента реостатному управлению асинхрон ного двигателя с кольцами. В нашей стране выпускаются стандартные силовые контроллеры типа НТ-53, НТ-63, ККТ-63 для управления короткозамкнутыми двигателями механизмов кранов. Опыт эксплуатации показал, что главным для успешной работы этих машин является их правильный выбор с учетом особенностей самого двигателя и условий рабо ты кранов. При легком режиме работы (нерегулярная, редкая работа крана), когда требуемая мощность при вода не превышает 20—25 кет , а скорость подъема 5— 6 м/мин, нет повышенных требований в отношении плав ности пуска и торможения (особенно в пожароопасных, взрывоопасных помещениях) для механизмов подъема группы I могут быть использованы обычные короткоза мкнутые двигатели, для кранов группы II — двигатели с переключаемым числом пар полюсов.
Для механизмов передвижения тех же кранов с при водом мощностью до 10—15 кет и скоростью менее 60 м/мин [Л. 82, 101] также могут применяться короткозамкнутые двигатели без дополнительных усложнений в схеме, если при их пуске и торможении исключено пробуксовывание, а нагрузка на элементы механизма и раскачивание груза не превышают допустимых. 3- 3. Асинхронный электропривод, использующий двигатель с фазным ротором Применение асинхронныхэлектродвигателей с коль цами для приводов ‘подъемных кранов позволяет путем введения в цепь ротора активного сопротивления осу ществлять регулирование скорости как в двигательном режиме работы (подъем, силовой спуск, передвижение), так и в режимах противовключения и рекуперативного торможения (тормозной спуск груза, передвижение по ветру). Скорость привода при реостатном регулировании может изменяться лишь ступенчато. Кроме того, существенным недостатком реостатного регулирования является невозможность получения устой чивых низких скоростей, при малых моментах нагрузки (подъем, спуск либо перемещение легких грузов) из-за большой крутизны регулировочных характеристик. Вследствие этого на одном и том же положении контроллера, соответствующего определенному сопро тивлению цепи ротора, возможно движение различных по весу грузов со значительно отличающимися скоро стями. Работа привода механизма подъема при спуске гру зов в режиме противовключения обладает еще одним существенным недостатком: в зависимости от величины груза на данном положении контроллера может произ водиться как подъем, так и спуск его. Это лишает управ ление мнемоничиости и затрудняет работу оператора. Указанное явление, помимо замедления операций, явля ется опасным для обслуживающего персонала, не ожи дающего внезапного подъема груза. Можно подсчитать число необходимых механических характери стик т, которые при заданном колебании момента нагрузки М ^ М г обеспечивали бы допустимое отклонение скорости спуска Ао) = о) 2 —cot в режиме противовключения.
Полагая механические характеристики линейными, из подобия треугольников os2b и osia\ os2z и osi6 и т. д. ‘(рис. 3-1) м . — м . т — ; ь1
| S2 | s 9 |
| СГ |
(3-1) м2= м ) где Si, s2 — скольжения, соответствующие скоростям < 0 i и со2. После логарифмирования выражения М2 из (3-1) число ступе ней
| А4 | |||
| М | |||
| /п | (3-2) | ||
| Так, если | допустимое | скольжение лежит в пределах | 1,05— 1,5 |
| (s2/si = 1,43), | то достаточно | двух ступеней для -перекрытия диапа | |
| зона моментов Mi-r-M2 при | М2 М i= 2 . Для удобства регулирования | ||
скорости в режиме пропивовключения желательно, чтобы заданное изменение ско юсти перекрывалось одной характеристикой, т. е. соблюдалось равенство
Рис. 3-1. Механические харак теристики асинхронного двига теля при реостатном регулиро вании.
Л4 2 _ s2 Mi si Использование характеристик противовключемия для плавной посадки грузов за небольшим исключением следует признать неудачным из-за трудности регулирова ния скорости и, главное, от сутствия мнемоничности уп равления. Режим противовключения целесообразно использо вать для повышения плавно сти торможения, снижения нагрева и износа механиче ских тормозов. Торможение
Требования к механическим характеристикам электроприводов крановых механизмов
Выбор системы электропривода кранового механизма в значительной степени определяется требованиями к его механическим характеристикам , которые изменяются в зависимости от рода технологических операций, выполняемых краном. Например, высокая точность монтажных операций, выполняемых с помощью крана, требует от характеристик электроприводов большой жесткости при значительном диапазоне регулирования, в то время как для магнитных кранов, транспортирующих скрап, стружки и т.д., указанные требования не играют столь существенной роли.
В большинстве случаев для крановых механизмов подъема обобщенные характеристики электропривода можно привести к изображенным на рис. 1 и 2.
Каждая из них имеет определенное назначение:
- Характеристики 1 и 2 служат для подъема и опускания грузов с высокой скоростью;
- характеристика 3 и ей подобные необходимы для плавного пуска двигателя при реостатном регулировании, а иногда служат для получения промежуточных скоростей движения грузов;
- жесткая характеристика 4 в некоторых случаях необходима для доводки грузов до определенного уровня при его подъеме;
- характеристика 5 позволяет осуществить спуск легких и тяжелых грузов с малой скоростью в тормозном режиме (квадрант IV), а также спуск легких грузов и пустого крюка при необходимости использования силового режима работы (квадрант III);
- характеристика 6 необходима для механизмов, работающих с возможной резкой перегрузкой, например для грейферов.
Рис. 1. Механические характеристики электроприводов крановых механизмов.
Рис. 2. Механические характеристики электроприводов крановых механизмов с ограничением момента.
Следует обратить внимание на то, что в ряде случаев, особенно для механизмов передвижения, основным, требованием к механическим характеристикам электропривода является поддержание постоянства ускорения при пуске двигателя. Такой режим работы может быть получен, например, при наличии характеристик, приведенных на рис. 2. Малые скорости движения при моменте на валу, равном Мс, и малом ускорении обеспечиваются характеристиками 7 и 7′, а повышенные скорости и ускорения — характеристиками 8 и 8′.
Приведенные графики (рис. 1) позволяют судить о том, какая система электропривода должна быть выбрана, если необходим определенный набор характеристик. Очевидным, например, является то, что характеристики 1, 2, 3 могут быть получены от обычного асинхронного двигателя с фазным ротором при реостатном регулировании в цепи ротора.
Более сложным будет электропривод, если необходимо иметь характеристики 1, 2, 3, 5. В этом случае можно использовать асинхронный двигатель с фазным ротором и дросселями, насыщения или тиристорным регулятором напряжения в цепи статора, асинхронный двигатель с фазным ротором и вихревым генератором на валу. Приведенные характеристики могут быть получены и от электроприводов с двигателями постоянного тока.
Выбор системы электропривода нельзя закончить, рассмотрев только возможность получения от нее определенных механических характеристик. Необходимо также оценить ее динамические качества, экономические показатели, надежность и простоту обслуживания.
Вместе с тем следует отметить, что общее изображение характеристик, необходимых для крановых механизмов (рис. 1), не дает полного представления о требованиях к электроприводу кранов. Для того, чтобы полностью представить, каковы требования к электроприводу при наличии характеристик 4 и 5, необходимо знать минимальную скорость при номинальной нагрузке и жесткость характеристик либо диапазон регулирования и необходимый перегрузочный момент при минимальной скорости движения.
При уточнении приведенных показателей следует вновь обратиться к технологическим требованиям. Рассматривая жесткость характеристик, необходимых, например, для механизмов монтажных кранов, в первую очередь следует исходить из точности остановки при выполнении операций спуска и подъема грузов.
Если эта точность составляет при операциях подъема несколько миллиметров, то минимальная скорость подъема груза составит 0,005—0,02 м/с при номинальной скорости около 0,1—0,5 м/с. Отметим, что по приведенным цифрам может быть непосредственно определен необходимый диапазон регулирования. Очень важно поэтому правильно установить требования в отношении точности остановки электропривода.
В некоторых случаях получение механической характеристики определенного вида по существу диктует выбор системы электропривода. Так, характеристики 6, 7, 8 (рис. 1 и 2), необходимые для грейферов, могут быть обеспечены с наилучшими показателями системой управляемый преобразователь — двигатель постоянного тока. Такое решение связано еще и с тем, что для электроприводов грейферных механизмов требуются обычно еще две-три промежуточные пониженные скорости, а это определяет необходимость в дополнительных регулировочных характеристиках.
Существенное значение при создании системы электропривода крановых механизмов имеет возможность получения характеристик, близких по виду к характеристикам 3 и 7 (рис. 1 и 2), которые обеспечивают снижение ударных нагрузок на механизм при выборке слабины канатов и люфтов в передачах.
Для пояснения указанного положения следует заметить, что при работе электропривода подъемного кранового механизма часто возникает такой режим, когда двигатель начинает вращаться, а груз находится в состоянии покоя. После выборки слабины каната и люфтов груз трогается с места рывком, так как двигатель мог к этому времени достигнуть значительной скорости. В этом случае осуществляется так называемый режим подъема с подхватом.
Если при этом характеристика двигателя жесткая, то канат и механизм испытывают ударные нагрузки, которые приводят к их повышенному износу. Кроме того, повышается опасность возникновения раскачивания груза.
При мягких характеристиках по мере натяжения канатов и выборки люфтов момент, развиваемый двигателем, растет, а скорость его падает. Поэтому при начале движения груза удары на механическое оборудование значительно снижаются. В меньшей степени вследствие проявления только наличия люфтов снижение ударов при мягкой начальной характеристике наблюдается также и на механизмах передвижения.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Ранее на эту тему: Электропривод
Автоматизированный электропривод крановых механизмов с тиристорным управлением
Современные системы электроприводов крановых механизмов выполняются в основном с применением асинхронных двигателей, скорость которых регулируется релейно-контакторным способом путем введения сопротивлений в цепь ротора. Такие электроприводы обладают малым диапазоном регулирования скорости, а при пусках и торможениях создают большие рывки и ускорения, что плохо влияет на работу конструкции крана, ведет к раскачиванию груза и ограничивает применение таких систем на кранах повышенной высоты и грузоподъемности.
Развитие силовой полупроводниковой техники позволяет вносить принципиально новые решения в структуру автоматизированного электропривода крановых установок. В настоящее время на механизмах подъема и передвижения башенных и мостовых кранов применяется регулируемый электропривод с двигателями постоянного тока, питаемыми от мощных тиристорных преобразователей, — система ТП — Д .
Скорость двигателя в таких системах регулируется в диапазоне (20 ÷ 30):I путем изменения напряжения на якоре. При этом в переходных процессах система обеспечивает получение ускорений и рывков в пределах заданных норм.
Хорошие регулировочные качества появляются и у асинхронного электропривода при включении тиристорного преобразователя в цепь статора асинхронного двигателя (АД). Изменение напряжения на статоре двигателя в замкнутой САУ позволяет ограничить пусковой момент, получить плавный разгон (торможение) привода и необходимый диапазон регулирования скорости.
Применение тиристорных преобразователей в автоматизированном электроприводе крановых механизмов находит все большее применение в отечественной и зарубежной практике. Для ознакомления с принципом действия и возможностями таких установок остановимся кратко на двух вариантах схем управления двигателями постоянного и переменного токов.
На рис. 1 изображена принципиальная схема тиристорного управления двигателем постоянного тока независимого возбуждения для механизма подъема мостового крана. Якорь двигателя питается от реверсивного тиристорного преобразователя, который состоит из силового трансформатора Тр, служащего для согласования напряжений преобразователя и нагрузки, двух групп тиристоров Т1— Т6 и Т7 — Т12, соединенных по трехфазной мостовой встречно-параллельной схеме, уравнительных реакторов 1УР и 2УР, являющихся одновременно сглаживающими реакторами, выполненными ненасыщающимися.
Рис. 1. Схема кранового электропривода по системе ТП—Д.
Группа тиристоров Т1 — Т6 работает выпрямителем при подъеме и инвертором — при спуске тяжелых грузов, так как направление тока в якорной цепи двигателя для этих режимов одинаково. Вторая группа тиристоров Т7 — Т12, обеспечивающая противоположное направление тока якоря, работает выпрямителем при силовом спуске и в переходных режимах пуска двигателя на тормозной спуск, инвертором — при торможении в процессе подъема грузов или крюка.
В отличие от механизмов передвижения кранов, в которых тиристорные группы должны быть одинаковыми, в механизмах подъема мощность тиристоров второй группы может быть взята меньшей, чем первой, так как ток двигателя при силовом спуске значительно меньше, чем при подъеме и спуске тяжелых грузов.
Регулирование выпрямленного напряжения тиристорного преобразователя (ТП) осуществляется с помощью полупроводниковой системы импульсно-фазового управления, состоящий из двух блоков СИФУ-1 и СИФУ-2 (рис. 1), каждый из которых подает на соответствующий тиристор по два отпирающих импульса, сдвинутых на 60°.
С целью упрощения системы управления и повышения надежности электропривода в данной схеме применяется согласованное управление реверсивным ТП. Для этого регулировочные характеристики и системы управления обеими группами должны быть жестко связаны. Если на тиристоры Т1 — Т6 подаются отпирающие импульсы, обеспечивающие выпрямительный режим работы этой группы, то на тиристоры Т7 — Т12 отпирающие импульсы подаются так, чтобы эта группа была подготовлена к работе инвертором.
Углы регулирования α1 и α2 при любых режимах работы ТП должны изменяться таким образом, чтобы среднее напряжение выпрямительной группы не превышало напряжение инверторной группы, т. е. Если это условие не соблюдается, то между двумя группами тиристоров будет протекать выпрямленный уравнительный ток, который дополнительно загружает вентили и трансформатор и может также привести к срабатыванию защиты.
Однако и при правильном согласовании углов управления α1 и α2 тиристорами выпрямительной и инверторной групп возможно протекание переменного уравнительного тока вследствие неравенства мгновенных значений напряжений UαB и UαI . Для ограничения этого уравнительного тока служат уравнительные реакторы 1УР и 2УР.
По одному из реакторов всегда проходит ток якоря двигателя, благодаря чему уменьшаются пульсации этого тока, а сам реактор частично насыщается. Второй реактор, по которому в данный момент протекает только уравнительный ток, остается ненасыщенным и ограничивает iyp.
Тиристорный электропривод крана имеет одноконтурную систему управления (СУ), выполненную с использованием быстродействующего реверсивного суммирующего магнитного усилителя СМУР, который питается от генератора прямоугольного напряжения частотой 1000 Гц. При наличии токовой отсечки такая СУ позволяет получить удовлетворительные статические характеристики и высокое качество переходных процессов.
Система управления электроприводом содержит отрицательные обратные связи по напряжению и току двигателя с отсечками, а также слабую положительную обратную связь по напряжению Ud. Сигнал в цепи задающих обмоток СМУР определяется разностью задающего напряжения Uз, поступающего с резистора R4, и напряжения обратной связи αUd, снимаемого с потенциометра ПОС. Значение и полярность задающего сигнала, определяющего скорость и направление вращения привода, регулируются с помощью командоконтроллера КК.
Отсечка обратной связи по напряжению Ud осуществляется с помощью кремниевых стабилитронов, включенных параллельно задающим обмоткам СМУР. Если разница напряжений Ud — aUd будет больше Uст.н, то стабилитроны проводят ток, и напряжение на обмотках управления становится равным Uз.макс = Uст.н.
С этого момента изменение сигнала aUd в сторону уменьшения не сказывается на токе в задающих обмотках СМУР, т. е. отрицательная обратная связь по напряжению Ud не действует, что обычно имеет место при токах двигателя Id > (1,5÷1,8) Id.н.
Если сигнал обратной связи aUd приближается к задающему сигналу Uз, то напряжение на стабилитронах становится меньше Uст.н, и ток через них не проходит. Ток в задающих обмотках СМУР будет определяться разностью напряжений U3 — aUd, и отрицательная обратная связь по напряжению при этом вступает в работу.
Сигнал отрицательной обратной связи по току снимается с двух групп трансформаторов тока ТТ1 — ТТ3 и ТТ4 — ТТ8, работающих соответственно с группами тиристоров Т1 — Т6 и Т7 — Т12. В блоке токовой отсечки БТО получаемое на резисторах R трехфазное переменное напряжение U2TT ≡ Id выпрямляется, и через стабилитроны, выполняющие роль напряжения сравнения, сигнал Uт.о.с подается на токовые обмотки СМУР, понижая результирующий сигнал на входе усилителя. Это уменьшает напряжение Ud преобразователя и ограничивает ток Id цепи якоря в статических и динамических режимах.
Для получения высокого коэффициента заполнения механических характеристик ω = f(М) электропривода и поддержания постоянства ускорения (замедления) в переходных режимах дополнительно к перечисленным выше связям в схеме применяется положительная обратная связь по напряжению.
Коэффициент усиления этой связи выбирается kп.н = 1/kпр ≈ ΔUy/ΔUd. в соответствии с начальным участком характеристики Ud = f (Uy) преобразователя, но на порядок меньше коэффициента α отрицательной обратной связи по Ud. Действие этой связи в основном проявляется в зоне токовой отсечки, обеспечивая получение крутопадающих участков характеристики.
На рис. 2, а изображены статические характеристики привода подъема для различных значений задающего напряжения U3, соответствующих различным положениям командоконтроллера.
В первом приближении можно принять, что в переходных режимах пуска, реверса и торможения рабочая точка в координатных осях ω = f(М) перемещается по статической характеристике. Тогда ускорение системы:
где ω — угловая скорость, Мa — момент, развиваемый двигателем, Мс — момент сопротивления перемещаемого груза, ΔМc — момент потерь в передачах, J — приведенный к валу двигателя момент инерции.
Если пренебречь потерями в передачах, то условием равенства ускорения при пуске двигателя на подъем и спуск, а также при торможении с подъема и со спуска является равенство динамических моментов электропривода, т. е. Мдин.п = Мдин.с. Для выполнения этого условия статические характеристики привода подъема должны быть несимметричными относительно оси скорости (Мстоп.п > Мстоп.с) и иметь крутой фронт в области стопорного значения момента (рис. 2, а).
Рис. 2. Механические характеристики электропривода по системе ТП—Д: а — механизм подъема, б — механизм передвижения.
Для приводов механизмов передвижения крана следует учитывать реактивный характер момента сопротивления, который не зависит от направления движения. При одном и том же значении момента двигателя реактивный момент сопротивления будет замедлять процесс пуска и ускорять процесс торможения привода.
Для устранения этого явления, которое может привести к пробуксовыванию ведущих колес и быстрому износу механических передач, необходимо поддерживать примерно постоянными ускорения в процессе пуска, реверса и торможения в механизмах передвижения. Это достигается получением статических характеристик ω = f (М), приведенных на рис. 2, б.
Указанные разновидности механических характеристик электропривода можно получить путем соответствующего изменения коэффициентов отрицательной обратной связи по току Id и положительной связи по напряжению Ud.
Полная схема управления автоматизированного электропривода мостового крана с тиристорным управлением включает в себя все блокировочные связи и защитные цепи, которые рассмотрены в приведенных ранее схемах.
При применении ТП в электроприводе крановых механизмов следует обратить внимание на их электроснабжение. Значительная несинусоидальность потребляемого преобразователями тока вызывает искажение формы напряжения на входе преобразователя. Эти искажения влияют на работу силовой части преобразователя и системы импульсно-фазового управления (СИФУ). Искажение формы напряжения питающей сети вызывает значительное недоиспользование электродвигателя.
Искажение формы питающего напряжения оказывает сильное влияние на СИФУ, особенно при отсутствии входных фильтров. В отдельных случаях эти искажения могут привести к произвольному полному открыванию тиристоров. Наилучшим способом это явление можно устранить путем питания СИФУ от отдельных троллеев, подключенных к трансформатору, не имеющему выпрямительной нагрузки.
Возможные способы использования тиристоров для регулирования скорости асинхронных двигателей весьма разнообразны — это тиристорные преобразователи частоты (автономные инверторы), тиристорные регуляторы напряжения, включаемые в цепь статора, импульсные регуляторы сопротивлений и токов в цепях двигателя и т. д.
В крановых электроприводах находят применение главным образом тиристорные регуляторы напряжения и импульсные регуляторы, что обусловлено их относительной простотой и надежностью. Однако использование каждого из указанных регуляторов в отдельности не позволяет полностью обеспечить требования, предъявляемые к электроприводам крановых механизмов.
Действительно, при использовании только лишь импульсного регулятора сопротивления в цепи ротора асинхронного двигателя удается обеспечить зону регулирования, ограниченную естественной и соответствующей полному сопротивлению реостатной механическими характеристиками, т. е. зона регулирования соответствует двигательному режиму и режиму противовключения с неполным заполнением I и IV или III и II квадрантов плоскости механических характеристик.
Применение тиристорного регулятора напряжения, особенно реверсивного, принципиально обеспечивает зону регулирования скорости, покрывающую всю рабочую часть плоскости М, ω от —ωн до + ωн и от — Мк до +Мк. Однако при этом будут иметь место значительные потери скольжения в самом двигателе, что приводит к необходимости существенного завышения его установленной мощности, а следовательно, и его габаритов.
В связи с этим для крановых механизмов создаются системы асинхронного электропривода, в которых управление двигателем осуществляется путем сочетания импульсного регулирования сопротивления в роторе и изменения напряжения, подводимого к статору. Этим достигается заполнение всех четырех квадрантов механических характеристик.
Принципиальная схема такого комбинированного управления приведена на рис. 3. В роторную цепь включена схема импульсного регулирования сопротивления в цепи выпрямленного тока. Параметры схемы выбраны такими, что она обеспечивает работу двигателя в I и III квадрантах в зонах между реостатными и естественными характеристиками (на рис. 4 заштрихованы вертикальными линиями).
Рис. 3. Схема кранового электропривода с тиристорным регулятором напряжения статора и импульсным регулированием сопротивления ротора.
Для регулирования скорости в зонах между реостатными характеристиками и осью скоростей, заштрихованных горизонтальными линиями на рис. 4, а также для реверсирования двигателя используется тиристорный регулятор напряжения, состоящий из пар включенных встречно-параллельно тиристоров 1—2, 4—5, 6—7, 8—9, 11—12. Изменение напряжения, подводимого к статору, осуществляется путем регулирования угла открывания тиристорных пар 1—2, 6—7, 11—12 — для одного направления вращения и 4—5, 6—7, 8—9 — для другого направления вращения.
Рис. 4. Области регулирования при комбинированном управлении асинхронным двигателем.
Для получения жестких механических характеристик и ограничения моментов двигателя в схеме предусмотрены обратные связи по скорости и выпрямленному току ротора, осуществляемые тахогенератором ТГ и трансформатором постоянного тока (магнитным усилителем) ТПТ
Более просто можно получить заполнение всего I квадранта, включив конденсатор последовательно с сопротивлением R1 (рис. 3). В этом случае эквивалентное сопротивление в цепи выпрямленного тока ротора можно изменять в пределах от нуля до бесконечности и осуществлять таким образом регулирование тока в роторе от максимального значения до нуля.
Область регулирования скорости двигателя в такой схеме распространяется вплоть до оси ординат, однако величина емкости конденсатора при этом получается весьма значительной.
Для заполнения всего I квадранта при меньших значениях емкости сопротивление резистора R1 разбивают на отдельные ступени. В первую ступень, включаемую при небольших токах, последовательно вводят емкость. Выведение ступеней осуществляется импульсным методом с последующим закорачиванием каждой из них тиристорами или контакторами. Заполнение всего I квадранта можно получить также путем сочетания импульсного изменения сопротивления с импульсным режимом двигателя. Такая схема приведена на рис. 5.
В области между осью скоростей и реостатной характеристикой (рис. 4) двигатель работает в импульсном режиме. При этом на тиристор Т3 управляющие импульсы не поступают, и он остается все время закрытым. Схема, осуществляющая импульсный режим двигателя, состоит из рабочего тиристора Т1 вспомогательного тиристора Т2, коммутирующего конденсатора С и резисторов R1 и R2. При открытом тиристоре Т1 ток протекает через резистор R1. Конденсатор С заряжается до напряжения, равного падению напряжения на R1.
Когда подается управляющий импульс на тиристор Т2, напряжение конденсатора оказывается приложенным в обратном направлении к тиристору Т1 и закрывает его. Одновременно происходит перезаряд конденсатора. Наличие индуктивности двигателя приводит к тому, что процесс перезаряда конденсатора носит колебательный характер, вследствие чего тиристор Т2 закрывается самостоятельно без подачи управляющих сигналов, а цепь ротора оказывается разомкнутой. Затем подается управляющий импульс на тиристор Т1, и все процессы повторяются снова.
Рис. 5. Схема импульсного комбинированного управления асинхронным двигателем
Таким образом, при периодической подаче управляющих сигналов на тиристоры какую-то часть периода в роторе протекает ток, определяемый сопротивлением резистора R1. В другую часть периода цепь ротора оказывается разомкнутой, момент, развиваемый двигателем, равен нулю, а его рабочая точка находится на оси .скоростей. Изменяя относительную продолжительность включения тиристора Т1 в течение периода, можно получать среднее значение момента, развиваемого двигателем от нуля до максимального значения, соответствующего работе на реостатной характеристике при введении в цепь ротора R1
При использовании различных обратных связей можно получить характеристики желаемого вида в области между осью скоростей и реостатной характеристикой. Для перехода в область между реостатной и естественной характеристиками нужно, чтобы тиристор Т2 оставался все время закрытым, а тиристор Т1 — все время открытым. Путем закорачивания сопротивления R1 с помощью коммутатора с основным тиристором Т3 можно плавно изменять сопротивление в цепи ротора от значения R1 до 0, обеспечивая тем самым выход двигателя на естественную характеристику.
Импульсный режим двигателя с коммутацией в цепи ротора может быть осуществлен и в режиме динамического торможения. При использовании различных обратных связей можно получить в этом случае во II квадранте желаемые механические характеристики. С помощью логической схемы управления возможно осуществлять автоматический переход двигателя из одного режима к другому и получить заполнение всех квадрантов механических характеристик.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Ранее на эту тему: Электропривод
Раздел 5. Электросиловые установки
5.4.1. Настоящая глава Правил распространяется на электрооборудование мостовых, портальных, башенных, кабельных и других кранов напряжением до 10 кВ, устанавливаемых на фундаменте или на рельсовом крановом пути, а также на электрооборудование однорельсовых тележек и электроталей внутри и вне зданий и сооружений. Кроме того, электрооборудование кранов должно отвечать требованиям действующих «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» Госгортехнадзора России.
Глава не распространяется на судовые, плавучие, железнодорожные, автомобильные и другие подобные краны.
5.4.2. Электрооборудование кранов*, устанавливаемых во взрыво- и пожароопасных помещениях и зонах, должно соответствовать кроме требований настоящей главы также требованиям гл. 7.3 и 7.4 соответственно.
____________
*В тексте настоящей главы под термином «краны» подразумеваются не только собственно краны, но и однорельсовые тележки и электротали.
5.4.3. Главными троллеями называются троллеи, расположенные вне крана.
Троллеями крана называются троллеи, расположенные на кране.
5.4.4. Малогабаритным троллейным токопроводом (шинопроводом) называется закрытое кожухом устройство, состоящее из троллеев, изоляторов и каретки с токосъемниками. При помощи малогабаритного троллейного токопровода могут осуществляться питание крана или его тележки, управление однорельсовыми тележками и электроталями и т. д.
5.4.5. Ремонтным загоном называется место, где кран устанавливается на время ремонта.
Ремонтным участком главных троллеев называется участок этих троллеев в пределах ремонтного загона.
5.4.6. Секцией главных троллеев называется участок этих троллеев, расположенный вне пределов ремонтных загонов и отделенный изолированным стыком от каждого из соседних участков, в том числе от ремонтных участков.
Общие требования
5.4.7. Электроснабжение крана должно осуществляться при помощи:
1) главных троллеев, в том числе при помощи малогабаритного троллейного токопровода;
2) стационарных питательных пунктов, по токосъемным контактам которых скользят укрепленные на кране отрезки троллеев («контактные лыжи»);
3) кольцевого токоподвода;
4) гибкого кабеля;
5) стационарного токопровода (для кранов, установленных на фундаменте).
5.4.8. Исполнение электрооборудования (электродвигателей, аппаратов и т.п.) кранов должно соответствовать условиям окружающей среды.
5.4.9. Напряжение электродвигателей переменного и постоянного тока и преобразовательных агрегатов (статистических или вращающихся), устанавливаемых на кранах, должно быть не выше 10 кВ. Применение напряжения выше 1 кВ должно быть обосновано расчетами.
5.4.10. На кранах допускается установка трансформаторов напряжением до 10 кВ и конденсаторов для повышения уровня компенсации реактивной мощности. Трансформаторы должны быть сухими или с заполнением негорючим жидким диэлектриком. Конденсаторы должны иметь пропитку из негорючей синтетической жидкости.
5.4.11. Неизолированные токоведущие части электрооборудования крана должны быть ограждены, если их расположение не исключает случайного прикосновения к ним лиц, находящихся в кабине управления, на галереях и площадках крана, а также возле него. В отношении троллеев — см. 5.4.30-5.4.33.
Электрооборудование с неизолированными токоведущими частями (магнитные контроллеры, ящики резисторов и др.), с которого автоматически снимается напряжение при входе в места его расположения, а также электрооборудование, установленное в аппаратных кабинах и других электропомещениях, запертых во время эксплуатации крана, может не ограждаться.
Расстояния от настила моста крана и его тележки до незащищенных изолированных проводов приведены в гл. 2.1, до неизолированных токопроводов — в гл. 2.2 и до светильников — в гл. 6.1.
5.4.12. Аппараты ручного управления в кабинах кранов должны быть размещены так, чтобы машинист крана мог работать сидя. Направление движения рукоятки и маховиков аппаратов должно по возможности соответствовать направлению вызываемых ими движений.
5.4.13. Панели управления, расположенные в кабине управления, должны иметь сплошные или сетчатые ограждения. Ширина проходов обслуживания этих панелей должна быть не менее указанной в 5.4.14. Установка в кабине управления резисторов для электродвигателей не допускается.
5.4.14. В аппаратных кабинах и других электропомещениях проходы обслуживания щитов и отдельных панелей (магнитных контроллеров и др.) должны отвечать следующим требованиям:
1. Ширина проходов, расположенных как с лицевой, так и с задней стороны щитов и панелей, имеющих сплошные или сетчатые ограждения, должна быть не менее 0,6 м.
2. Расстояние от неогражденных неизолированных токоведущих частей, расположенных на высоте менее 2,2 м по одну сторону прохода, до стены и оборудования с изолированными или огражденными токоведущими частями, расположенных по другую сторону прохода, должно быть не менее 0,8 м. Расстояние между неизолированными токоведущими частями, расположенными на высоте менее 2,2 м на разных сторонах прохода, должно быть не менее 1 м.
5.4.15. Электрические отопительные приборы, устанавливаемые в кабине управления крана, должны быть безопасными в пожарном отношении, а их токоведущие части должны быть ограждены. Эти приборы следует присоединять к электрической сети после вводного устройства. Корпус отопительного прибора должен быть заземлен.
5.4.16. В пролетах, где на общих рельсовых крановых путях работают два или более кранов, для каждого из них должен быть предусмотрен свой ремонтный загон. Он должен быть совмещен с местом устройства площадки для посадки на кран обслуживающего персонала.
Допускается совмещение ремонтных загонов двух или более кранов, если это не приводит к недопустимому ограничению технологического процесса во время внепланового ремонта любого крана.
Устройство ремонтных загонов не требуется при питании кранов от гибких главных троллеев (гибкого кабеля).
Троллеи напряжением до 1 кВ
5.4.17. Ремонтный участок главных троллеев должен быть электрически изолирован при помощи изолированных стыков от продолжения тех же троллеев и соединен с ними посредством разъединяющих аппаратов таким образом, чтобы во время нормальной работы этот участок мог быть включен на напряжение, а при остановке крана на ремонт надежно отключен.
Изоляция стыков главных троллеев должна быть выполнена в виде воздушного зазора, ширина которого зависит от конструкции токосъемника, но должна быть при напряжении до 1 кВ не менее 50 мм. Ширина токосъемника должна быть такова, чтобы при нормальной работе крана были исключены перерывы в подаче напряжения и неожиданная его остановка при пересечении токосъемником изолированных стыков троллеев.
Разъединяющие аппараты, служащие для соединения ремонтного участка с продолжением главных троллеев, должны быть закрытого типа и иметь приспособление для запирания на замок в отключенном положении.
5.4.18. Ремонтный участок главных троллеев, расположенный у торца кранового пролета, должен быть оборудован одним изолированным стыком и одним разъединяющим аппаратом.
Ремонтный участок главных троллеев, расположенный в середине пролета, должен быть оборудован двумя изолированными стыками (по одному с каждой стороны) и тремя разъединяющими аппаратами, включенными таким образом, чтобы было возможно осуществлять непрерывное питание троллеев, минуя отключенный ремонтный участок, а также отключать отдельно как ремонтный участок, так и секции троллеев, расположенные по обе его стороны.
5.4.19. Длина ремонтного участка главных троллеев, расположенного у торца кранового пролета, должна быть не менее ширины моста крана плюс 2 м, а длина участка, расположенного в середине пролета, — не менее ширины моста крана плюс 4 м.
Если для ремонта крана установлена электроталь (тельфер), то длину ремонтного участка следует определять в зависимости от крайних положений моста при ремонте:
1. На ремонтном участке у торца кранового пролета должно оставаться не менее 2 м от изолированного стыка до моста, занимающего во время ремонта положение, наиболее удаленное от торца.
2. На ремонтном участке в середине пролета должно быть не менее 2 м от изолированных стыков до моста при всех возможных положениях его во время ремонта.
5.4.20. На главных троллеях, а в случае их секционирования на каждой секции этих троллеев и на каждом их ремонтном участке должна быть предусмотрена возможность установки перемычки, закорачивающей между собой и заземляющей все фазы (полюсы) на период осмотра и ремонта самих троллеев или ремонта крана.
5.4.21. Главные троллеи и троллеи крана должны выполняться в соответствии с требованиями гл. 2.2 и настоящей главы.
5.4.22. На малогабаритные троллейные токопроводы требования гл. 2.2, а также 5.4.23, 5.4.24, 5.4.26, 5.4.39 и второго абзаца 5.4.17 не распространяются.
5.4.23. Главные троллеи крана должны выполняться, как правило, из стали. Допускается выполнять эти троллеи из алюминиевых сплавов. Применение меди и биметалла для главных троллеев и троллеев крана должно быть специально обосновано.
5.4.24. Троллеи могут быть жесткими или гибкими; они могут подвешиваться на тросах и располагаться в коробах или каналах. При применении жестких троллеев необходимо предусматривать устройства для компенсации линейных изменений от температуры и осадки здания.
5.4.25. Расстояния между местами крепления троллеев должны быть такими, чтобы исключалась возможность замыкания их между собой и на заземленные части. Это расстояние выбирается с учетом стрелы провеса, а на открытом воздухе — кроме того, с учетом отклонения проводника под действием ветра.
5.4.26. Для кранов напряжением до 660 В, установленных как в помещении, так и на открытом воздухе, расстояния в свету между любыми токоведущими частями троллеев разных фаз (полюсов), а также между ними и другими конструкциями, не изолированными от земли, должны быть не менее 30 мм для неподвижных одна относительно другой деталей и 15 мм для деталей, движущихся одна относительно другой. При напряжении выше 660 В эти расстояния должны быть не менее 200 и 125 мм соответственно.
Указанные расстояния должны быть обеспечены для главных троллеев крана при всех возможных передвижениях крана, его тележки и т.п.
5.4.27. Расстояния от главных троллеев и троллеев крана до уровня пола цеха или земли должны быть не менее: при напряжении до 660 В — 3,5 м, а в проезжей части — 6 м; при напряжении выше 660 В — во всех случаях 7 м. Уменьшение указанных расстояний допускается при условии ограждения троллеев (см. 5.4.31-5.4.33).
При гибких троллеях указанные расстояния должны быть обеспечены при наибольшей стреле провеса.
5.4.28. При прокладке троллеев в полу в каналах, закрытых бетонными плитами или металлическими листами, а также в коробах, расположенных на высоте менее 3,5 м, зазор для перемещения кронштейна с токосъемниками не должен находиться в одной вертикальной плоскости с троллеями.
Короба троллеев должны быть выполнены в соответствии с требованиями, приведенными в гл. 2.2.
В каналах, расположенных в полу, необходимо обеспечить отвод почвенных и технологических вод.
5.4.29. Гибкий кабель, используемый для питания электрооборудования крана, в местах, где возможно его повреждение, должен быть соответствующим образом защищен. Выбор марки кабеля должен производиться с учетом условий его работы и возможных механических воздействий.
5.4.30. Главные троллеи крана мостового типа следует размещать со стороны, противоположной расположению кабины управления. Исключения допускаются в случаях, когда главные троллеи недоступны для случайного прикосновения к ним из кабины управления, с посадочных площадок и лестниц.
5.4.31. Главные троллеи и их токосъемники должны быть недоступными для случайного прикосновения к ним с моста крана, лестниц, посадочных площадок и других площадок, где могут находиться люди. Это должно обеспечиваться соответствующим расположением их или ограждением.
5.4.32. В местах возможного соприкосновения грузовых канатов с троллеями данного крана или крана, расположенного ярусом ниже, должны быть установлены соответствующие защитные устройства.
5.4.33. Троллеи крана и их токосъемники, не отключаемые автоматически, должны быть ограждены или расположены между фермами моста крана на расстоянии, недоступном для персонала, обслуживающего кран. Ограждение троллеев должно производиться по всей длине троллеев и с торцов.
5.4.34. В районах, где на открытом воздухе возможно образование на троллеях гололеда, следует предусматривать устройства или мероприятия для предупреждения или устранения гололеда.
5.4.35. Линия, питающая главные троллеи до 1 кВ, должна быть снабжена выключателем закрытого типа, рассчитанным на отключение рабочего тока всех кранов, установленных в одном пролете. Выключатель должен быть установлен в доступном для отключения месте и отключать троллеи только одного пролета.
Если главные троллеи имеют две или более секций, каждая из которых получает питание по отдельной линии, то допускается посекционное отключение троллеев с принятием мер, исключающих возможность попадания напряжения на отключенную секцию от других секций.
Выключатель, а при дистанционном управлении — аппарат управления выключателем должны иметь приспособление для запирания на замок в отключенном положении, а также указатель положения: «Включено», «Отключено».
5.4.36. Для кранов, которые работают в тяжелом и очень тяжелом режимах, линию, питающую главные троллеи до 1 кВ, рекомендуется защищать автоматическим выключателем.
5.4.37. Главные троллеи должны быть оборудованы световой сигнализацией о наличии напряжения, а при секционировании троллеев и наличии ремонтных участков этой сигнализацией должны быть оборудованы каждая секция и каждый ремонтный участок.
Рекомендуется непосредственное присоединение к троллеям сигнализаторов, в которых лампы светятся при наличии напряжения на троллеях и гаснут с его исчезновением. При троллеях трехфазного тока количество ламп сигнализаторов должно быть равно количеству фаз троллеев — по одной лампе, включенной на каждую фазу, а при троллеях постоянного тока сигнализатор должен иметь две лампы, включенные параллельно.
Для обеспечения долговечности ламп должны быть приняты меры (например, включение добавочных резисторов) по снижению напряжения на их зажимах на 10% номинального значения в нормальных условиях.
5.4.38. Присоединение посторонних электроприемников к главным троллеям магнитных кранов, кранов, транспортирующих жидкий металл, а также других кранов, при работе которых исчезновение напряжения может привести к аварии, не допускается.
5.4.39. Главные троллеи жесткого типа должны быть окрашены, за исключением их контактной поверхности. Цвет их окраски должен отличаться от цвета окраски конструкций здания и подкрановых балок, причем, рекомендуется красный цвет. В месте подвода питания на длине 100 мм троллеи должны быть окрашены в соответствии с требованиями гл. 1.1.
5.4.40. Для подачи напряжения на гибкий кабель портальных электрических кранов должны быть установлены колонки, специально предназначенные для этой цели.
Выбор и прокладка проводов и кабелей
5.4.41. Выбор и прокладка проводов и кабелей, применяемых на кранах, должны осуществляться в соответствии с требованиями гл. 2.1, 2.3 и настоящей главы.
5.4.42. Прокладку проводов на кранах рекомендуется выполнять на лотках, в коробах и трубах.
5.4.43. На кранах всех типов могут применяться провода и кабели с медными, алюмомедными или алюминиевыми жилами.
Сечение жил проводов и кабелей вторичных цепей должно быть не менее 2,5 мм для медных жил и не менее 4 мм для алюмомедных и алюминиевых жил. Допускается применение проводов с многопроволочными жилами сечением не менее 1,5 мм для медных жил и не менее 2,5 мм для алюмомедных и алюминиевых жил, при этом провода не должны нести механической нагрузки (см. 5.4.44).
Для кранов, работающих в тяжелом и весьма тяжелом режимах, а также для кранов, работающих с минеральными удобрениями, рекомендуется для вторичных цепей применять провода и кабели с медными жилами.
Для вторичных цепей напряжением до 60 В разрешается применение проводов и кабелей с медными многопроволочными жилами сечением не менее 0,5 мм при условии, что присоединение жил выполнено пайкой и провода не несут механической нагрузки.
Вторичные цепи на кранах, работающих с жидким и горячим металлом (разливочные, заливочные и завалочные краны, краны нагревательных колодцев и др.), должны выполняться проводами и кабелями с медными жилами, а вторичные цепи на быстроходных кранах (уборочные краны, перегружатели) — с медными или алюмомедными жилами (см. также 5.4.46).
Алюминиевые и алюмомедные жилы проводов и кабелей в первичных цепях кранов должны быть многопроволочными сечением не менее 16 мм. Применение проводов и кабелей с однопроволочньми алюминиевыми и алюмомедными жилами в первичных цепях кранов не допускается.
5.4.44. На электроталях, работающих как отдельно, так и входящих в состав других грузоподъемных машин, допускается применение защищенных проводов с медными жилами сечением: во вторичных цепях и цепях электромагнита тормоза не менее 0,75 мм, в цепях электродвигателей не менее 1,5 мм; кроме того, в укачанных случаях допускается применение защищенных многопроволочных проводов с алюминиевыми жилами сечением 2,5 мм.
5.4.45. Прокладка проводов и кабелей на кранах, работающих с жидким и горячим металлом, должна выполняться в стальных трубах. На этих кранах не допускается прокладка в одной трубе силовых цепей разных механизмов, цепей управления разных механизмов, силовых цепей и цепей управления одного механизма.
5.4.46. На кранах, работающих с жидким и горячим металлом, должны применяться теплостойкие провода и кабели. Токовые нагрузки на них следует определять, исходя из температуры окружающего воздуха 60°С.
5.4.47. В местах, где изоляция и оболочка проводов и кабелей могут подвергаться воздействию масла, следует применять провода и кабели с маслостойкими изоляцией и оболочкой. В этих местах допускается применение проводов и кабелей с немаслостойкими изоляцией и оболочкой при условии прокладки их в трубах, имеющих герметичные вводы в электродвигатели, аппараты и т. п.
5.4.48. Допустимые длительные нагрузки на провода и кабели должны определяться и соответствии с гл. 1.3.
5.4.49. Напряжение на зажимах электродвигателей и в цепях управления ими при всех режимах работы электрооборудования крана должно быть не ниже 85% номинального.
5.4.50. Жилы проводов и кабелей всех цепей должны иметь маркировку.
Управление, защита, сигнализация
5.4.51. Напряжение цепей управления и автоматики должно быть не выше 400 В переменного и 440 В постоянного тока. На кранах, предназначенных для предприятий с электрической сетью 500 В, допускается применение напряжения 500 В.
5.4.52. Защита электрооборудования кранов должна выполняться в соответствии с требованиями гл. 3.1 и 5.3.
Освещение
5.4.53. В сетях до 42 В для питания цепей управления и освещения допускается использование в качестве рабочего провода металлических конструкций крана в соответствии с требованиями гл.2.1.
5.4.54. Номинальное напряжение светильников рабочего освещения крана при переменном токе не должно превышать 220 В. При напряжении сети трехфазного тока 380 В и выше питание светильников следует осуществлять от понижающих трансформаторов. Допускается включать светильники в силовую сеть трехфазного тока 380 В на линейное напряжение, соединяя их в звезду.
Для передвижных кранов, присоединяемых к сети 380/220 В гибким четырехжильным кабелем, питание светильников необходимо осуществлять на напряжении фаза — нуль.
Допускается включать светильники в силовую есть напряжением до 600 В постоянного тока, соединяя их последовательно.
Для освещения места работы крана он должен быть снабжен светильниками (прожекторами, фонарями).
5.4.55. Для светильников ремонтного освещения должно применяться напряжение не выше 420 В с питанием от трансформатора или аккумулятора, установленных на кране или в пункте ремонта крана; при питании от трансформатора должны быть выполнены требования гл. 6.2.
Заземление и зануление
5.4.56. Заземление и зануление должны быть выполнены в соответствии с требованиями гл. 1.7. Считается достаточным, если части, подлежащие заземлению или занулению, присоединены к металлическим конструкциям крана, при этом должна быть обеспечена непрерывность электрической цепи металлических конструкций. Если электрооборудование крана установлено на его заземленных металлических конструкциях и на опорных поверхностях предусмотрены зачищенные и незакрашенные места для обеспечения электрического контакта, то дополнительного заземления не требуется.
Рельсы кранового пути должны быть надежно соединены на стыках (сваркой, приваркой перемычек достаточного сечения, приваркой к металлическим подкрановым балкам) одна с другой для создания непрерывной электрической цепи. В электроустановках, для которых в качестве защитного мероприятия применяется заземление или зануление, рельсы кранового пути должны быть соответственно заземлены или занулены.
При установке крана на открытом воздухе рельсы кранового пути, кроме того, должны быть соединены между собой и заземлены, при этом для заземления рельсов необходимо предусматривать не менее двух заземлителей, присоединяемых к рельсам в разных местах.
5.4.57. При питании крана кабелем должны быть выполнены кроме требования 5.4.56 также требования гл. 1.7, предъявляемые к передвижным электроустановкам.
5.4.58. Корпус кнопочного аппарата управления крана, управляемого с пола, должен быть выполнен из изоляционного материала или заземлен (занулен) не менее чем двумя проводниками. В качестве одного из проводников может быть использован тросик, на котором подвешен кнопочный аппарат.
Электрооборудование кранов напряжением выше 1 кВ
5.4.59. Требования, приведенные в 5.4.60-5.4.69, распространяются на краны напряжением выше 1 кВ и являются дополнительными к требованиям, приведенным выше в настоящей главе.
5.4.60. Электрооборудование выше 1 кВ, расположенное на кранах как открыто, так и в электропомещениях, должно выполняться в соответствии с требованиями гл. 4.2.
5.4.61. Секционирование, устройство ремонтных вагонов и световой сигнализации на главных троллеях кранов не требуются.
5.4.62. Расстояние в свету между главными троллеями и краном должно быть по горизонтали не менее 1,5 м (исключение см. в 5.4.63) и 5.4.64). При расположении главных тролеев над площадками крана, на которых при работе или при ремонте крана могут находиться люди, троллеи должны располагаться на высоте не менее 3 м от уровня площадки, а площадка должна быть ограждена сверху сеткой.
5.4.63. Площадка для установки токосъемников главных троллеев должна иметь ограждение с дверью (люком). Расстояние по горизонтали от главных троллеев до этой площади должно быть не менее 0,7 м.
5.4.64. Конструкция токосъемников главных троллеев должна позволять разъединение их с троллеями, при этом разъединитель перед выключателем (см. 5.4.65) может не устанавливаться. Между троллеями и отведенными от них токосъемниками расстояние должно быть не менее 0,7 м.
Привод токосъемников должен иметь приспособление для запирания на замок, при отведенных токосъемниках, а также указатель: «Включено», «Отключено».
5.4.65. Отключение и включение посредством токосъемников главных троллеев рабочего тока, тока холостого хода трансформатора и электродвигателя напряжением выше 1 кВ не допускаются. На кране должен быть установлен выключатель на стороне высшего напряжения, рассчитанный на отключение рабочего тока.
На стороне высшего напряжения трансформатора допускается установка коммутационного аппарата, рассчитанного на отключение только тока холостого хода трансформатора, при этом перед отключением трансформатора на высшем напряжении должно быть произведено предварительное отключение всей нагрузки.
5.4.66. Дверь (люк) на площадку для установки токосъемников (см. 5.4.63), привод токосъемников (см. 5.4.64) и выключатель (см. 5.4.65) должны иметь блокировки, обеспечивающие следующее:
1. Работа привода токосъемников на отсоединение от троллеев и присоединение к ним должна быть возможной только после отключения выключателя.
2. Открывание двери на площадку для установки токосъемников должно быть возможным только после отведения токосъемников от троллеев в крайнее отключенное положение.
3. Работа привода токосъемников на соединение их с троллеями должна быть возможной только после закрытия двери на площадку для установки токосъемников.
4. Включение выключателя должно быть возможным только после соединения токосъемников с троллеями и после отведения токосъемников от троллеев в крайнее отключенное положение.
5.4.67. Должна быть предусмотрена возможность установки перемычки, соединяющей между собой и заземляющей все фазы токосъемников.
5.4.68. Для производства ремонтных работ должно быть обеспечено электроснабжение крана трехфазным напряжением не выше 380/220 В.
5.4.69. При установке кранов на открытом воздухе следует:
1) главные троллеи защищать от атмосферных перенапряжений и конструкции их заземлять в соответствии с требованиями гл. 2.5;
2) трансформатор и электродвигатели напряжением выше 1 кВ, установленные на кране, защищать от атмосферных перенапряжений.