Назад в библиотеку

Бездатчиковый электропривод подъемно-транспортных механизмов

А.Б.Виноградов, С.В. Журавлев, А.Н. Сибирцев

В статье рассмотрены проблемы построения бездатчиковых систем электроприводов переменного тока, соответствующих современным требованиям для кранов и лифтов. Предложены способы существенного улучшения их характеристик. Приведены структуры системы управления, результаты испытаний.

Введение.

В настоящее время наметилась устойчивая тенденция по применению частотно-регулируемого электропривода в механизмах кранов и лифтов. Наиболее высокие требования предъявляются к приводу механизма подъема крана и приводу перемещения кабины лифта. Только управление с помощью преобразователя частоты обеспечивает устранение ощутимых толчков при старте и остановке, точное позиционирование груза или кабины на этажной площадке, позволяет отказаться от использования двухскоростного лифтового двигателя, имеющего по сравнению с общепромышленным значительно большие габариты и вес. Кроме этих преимуществ, значительно повышается срок службы основных элементов подъемно-транспортного механизма – тяговых канатов, тормозных колодок, редукторов, подвески противовеса.

В отличие от преобразователей частоты (ПЧ) общепромышленного назначения к преобразователям, применяемым в электроприводе кранов и лифтов, сформировался ряд дополнительных требований:

  1. способность формировать номинальный момент, начиная с нулевой скорости, улучшенные динамические характеристики привода за счет реализации векторных алгоритмов управления в исполнениях приводов с датчиком и без датчика скорости/положения;
  2. способность работать как с асинхронными двигателями, так и с синхронными двигателями с постоянными магнитами, в том числе с двигателями специального многополюсного исполнения, предназначенными для построения безредукторных электроприводов лифтов;
  1. наличие S- образного задатчика интенсивности, обеспечивающего плавное движение при разгоне и торможении привода за счет сглаживания начальных и конечных участков траектории разгона и торможения;
  2. интерфейс и конструктивное исполнение ПЧ должны быть адаптированы под конкретные условия применения, в частности, наличие возможности управлять механическим тормозом двигателя, контактором со стороны двигателя, поддерживать сигналы от станции управления объектом;
  3. наличие функции довода кабины лифта до ближайшей этажной площадки при срабатывании защит от перегрева преобразователя и двигателя;
  4. наличие функции перехода на резервный источник питания для довода кабины лифта до ближайшей этажной площадки при отключении основного питания;
  5. возможность рекуперации энергии в питающую сеть при работе привода в тормозных режимах;
  6. соответствие нормам по электромагнитной совместимости (ЭМС), предъявляемым к приводам лифтов жилых и административных зданий;
  7. повышенная надежность преобразователя.

Рассмотрим, как данные требования могут быть выполнены средствами специальных исполнений преобразователей частоты серии ЭПВ. Подробнее ознакомиться с преобразователями можно на сайте разработчика этой серии – НТЦ Электропривода «Вектор» : www.vectorgroup.ru.

В предыдущей статье [2] показано, как за счет использования адаптивно-векторных алгоритмов управления достигаются высокие показатели качества регулирования в системе электропривода без датчика скорости/положения. Полоса пропускания контура скорости составляет не менее 30 Гц, диапазон регулирования скорости – не менее 50 при коэффициенте неравномерности вращения на минимальной скорости не более 0,25. Такие характеристики в полной мере соответствуют первому пункту требований.

Второе требование к преобразователям частоты сформировалось в результате развития безредукторных частотно-регулируемых электроприводов. Такие приводы применяются в высокоскоростных лифтах, в лифтах повышенной комфортности, в зданиях повышенной этажности, в зданиях, где отсутствуют машинные помещения. Исключение механического редуктора из состава электропривода позволяет улучшить его массогабаритные показатели, повысить надежность, износостойкость, снизить уровень шума, упростить монтаж и техническое обслуживание (исключив необходимость периодической замены трансмиссионного масла), удовлетворить жестким экологическим требованиям.

Анализ возможных вариантов построения безредукторного привода по совокупности указанных выше критериев, а также мировых тенденций лифтостроения показал, что наиболее эффективным решением является привод на основе синхронного двигателя с постоянными магнитами, конструктивно совмещенного с лебедкой. Это в первую очередь связано с тем, что для получения требуемых скоростей перемещения кабины лифта (0,6 .. 2,5 м/с) двигатель должен иметь очень низкую номинальную частоту вращения (40 .. 160 об/мин). Однако низкоскоростные асинхронные двигатели имеют низкий КПД и cos φ ≈ (0,4 .. 0,5), что проявляется в увеличении их размеров и веса. Гораздо лучшие характеристики имеют специализированные многополюсные синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов. По сравнению с безредукторным приводом на базе асинхронного двигателя обеспечиваются следующие преимущества:

До недавнего времени считалось, что довольно жестким требованиям к динамическим характеристикам лифтовых приводов могут удовлетворять только векторно-управляемые электроприводы с датчиком на валу двигателя. Структуры таких систем управления хорошо известны, однако, наибольший интерес представляют электроприводы без датчика скорости, так как установка последнего существенно снижает надежность и увеличивает стоимость привода. В ответ на запросы рынка было разработано новое исполнение преобразователей частоты серии ЭПВ – исполнение 5, специально предназначенное для работы в составе электроприводов подъемно-транспортных механизмов и удовлетворяющее указанным выше требованиям. В данном исполнении преобразователь частоты обеспечивает адаптивно-векторное управление синхронными электродвигателями без датчика скорости/положения, в том числе многополюсными низкоскоростными машинами, предназначенными для безредукторных электроприводов лифтов.