Технические науки / 4. Транспорт
Неженцев
А.Б., Аветисян С.М.
Восточноукраинский национальный университет им.
В.Даля
Математическая модель приведенной силы кранового
электропривода с частотным управлением
В настоящее время все
больше грузоподъемных кранов изготавливаются с наиболее перспективными по
энергетическим и динамическим характеристикам частотно-управляемыми
электроприводами. Последние обладают бесспорными преимуществами по сравнению с
традиционными релейно-контакторными приводами: более широкий диапазон
регулирования частоты вращения ротора (в том числе - выше номинальной); высокая
точность и плавность регулирования скорости исполнительных механизмов; жесткие
механические характеристики; значительная экономия электроэнергии.
Точность расчета нагрузок грузоподъемных кранов во
многом зависит от способа учета движущей силы привода в расчетных схемах. При
частотном управлении кранового электропривода приведенная к ходовым колесам
сила привода (с учетом зависимости момента двигателя М от текущих фазного напряжения статора 
, частоты f и скольжения s) определяется по выражению
, (1)
где 
- передаточное число
привода; 
- радиус ходового
колеса; 
- коэффициент
полезного действия механизма передвижения крана (в двигательном режиме знак
«+», в тормозных – знак «-»); nс - синхронная частота вращения двигателя при частоте 50
Гц; f* = f / fн - относительная частота; 
и 
- активное и
реактивное сопротивления фаз статора; 
и 
- приведенные к
статору активное и реактивное сопротивления фаз ротора; коэффициент сf
. (2)
В зависимости от закона частотного управления
асинхронным двигателем выражение для момента М в формуле (1) будет иметь
различный вид. Например, при частотном регулировании скорости асинхронного
двигателя при постоянстве отношения питающего напряжения 
к частоте f (
/f = const) приведенная к ходовым колесам сила привода равна
,
(3)
где Uф.с.н — номинальное фазное напряжение статора при частоте
50 Гц.
На
рис. 1 показаны механические характеристики асинхронного двигателя механизма
передвижения крана г/п 20 т при изменении частоты от 10 до 90 Гц.
Рисунок 1 – Механические характеристики асинхронного
двигателя
механизма передвижения мостового крана при частотном управлении
Для анализа переходных
процессов мостовых кранов с частотным управлением электропривода передвижения
были исследованы разгоны мостового крана г/п 20/5 т, представленного в виде
трехмассовой динамической модели при различных законах изменения частоты напряжения
статора двигателя.
На рис. 2 приведены графики переходных процессов при
разгоне мостового крана г/п 20/5т с автоматическим изменением частоты от 10 до
50 Гц при законе регулирования, поддерживающем постоянным отношение питающего напряжения
к частоте (U1/f1 = const).
Рисунок 2 - Графики переходных процессов мостового крана
г/п 20/5т
при частотном управлении привода передвижения
Анализ графиков
переходных процессов при передвижении крана позволил сделать следующие выводы:
- наиболее эффективным средством формирования
переходных процессов, оптимальных по энергопотреблению, быстродействию и
динамическим нагрузкам, является частотно - управляемый асинхронный
электропривод. Его применение целесообразно в первую очередь для кранов
тяжелого и среднего режимов работы (группы классификации А5 – А8), а также для
высокопроизводительных или крупнотоннажных грузоподъемных машин;
- применение частотного управления в крановом
электроприводе взамен традиционного релейно-контакторного позволяет значительно
снизить уровень динамических нагрузок и число включений привода, а также
увеличить производительность кранов. Динамические нагрузки, действующие на
металлоконструкцию кранов, при частотном управлении электропровода в период
разгона, по сравнению с релейно-контакторным управлением по «пилообразной» многоступенчатой
характеристике, уменьшаются на 15-27%, а амплитуда колебания груза - в три
раза).