К электроприводам подъемных кранов предъявляются наиболее жесткие требования. Использование специализированных систем регулируемого электропривода позволяет повысить скорости перемещения и точность останова груза, за счет ограничения рывка и ускорения обеспечить отсутствие ощутимых толчков при старте и останове, увеличить срок службы основных механических узлов — тяговых тросов, тормозных колодок, редукторов, подвески противовеса.

Подъемно-транспортные механизмы предъявляют к электроприводу ряд специфических требований:

1. Способность развивать более чем номинальный вращающий момент во всем динамическом диапазоне изменений скорости, начиная с нулевой, и во всех четырех квадрантах плоскости механических характеристик как при использовании датчика частоты вращения (положения) ротора двигателя, так и в бездатчиковом варианте.
2. Высокое быстродействие в процессах отработки возмущений, позволяющее «подхватывать» висящий груз при его растормаживании.
3. Наличие S-образного задатчика интенсивности.
4. Функция управления тормозом и возможность гибкого интегрирования электропривода в систему управления краном, подъемником или лифтом.
5. Возможность торможения с рекуперацией энергии в питающую сеть.
6. Предварительная настройка системы управления на параметры двигателя и коррекция настройки (адаптация системы) в процессе работы электропривода.
7. Необходимый набор защит от перегрузок, способных привести к аварии.

Серия преобразователей частоты «ЭРАТОН-М5» обеспечивает адаптивное бездатчиковое векторное управление АД или СДПМ. Преобразователи данной серии находят свое применение в качестве регулируемых электроприводов подъема кранов и шахтных подъемных устройств, обеспечивая диапазоны регулирования скорости не ниже 50:1.

Особенности кранового электропривода «ЭРАТОН-М5»

• Крановые частотно-регулируемые электроприводы с прямым цифровым управлением предназначены для использования в механизмах подъема мостовых, козловых и других видов подъемных кранов, предъявляющих высокие требования к перегрузочной способности на низких скоростях и динамичности по возмущающему воздействию — активному моменту сопротивления нагрузки.
• Могут применяться при модернизации электроприводов кранов на базе асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором, не имеющих на валу датчиков положения (частоты вращения).
• Благодаря созданному специалистами ЗАО «ЭРАСИБ» бездатчиковому векторному алгоритму управления достигаются максимальные моменты от 160 до 250% от номинального при ограничении тока двигателя и полосе пропускания частот системы регулирования скорости от 2,5 до 25 Гц.
• В сочетании с устройством рекуперативного выпрямления или при оснащении балластным резистором обеспечивают глубокое регулирование скорости во всех четырех квадрантах плоскости механических характеристик.
• Выполняют настраиваемые функции логического управления исполнительными устройствами крана, в частности — тормозом.
• Обеспечивают автоматическую самонастройку на двигатель и механизм, а также адаптацию к тепловому режиму двигателя.
• Имеют до восьми предустанавливаемых скоростей движения в каждом направлении, задаваемых логическими сигналами.
• Кроме стандартного набора защит, реализуют интеллектуальную защиту от перегрузки механизма подъема и обусловленной ей возможности падения груза. Срабатывание защиты обеспечивает надежное наложение тормоза при распознавании аварийной ситуации.
• Имеют повышенную помехоустойчивость благодаря использованию оптоэлектронных устройств связи контроллера с драйверами силовых транзисторов.

Предприятие: ОАО «Братский алюминиевый завод» (ОАО «БрАЗ»), цех № 25.

Назначение крана

• перестановка штырей (электродов), корзин со штырями;
• перевозка расплавленного алюминия.

Оборудование электропривода крана

• асинхронные электродвигатели с фазным ротором (АДФР) типа МТН и 4 МТМ, асинхронные электродвигатели с КЗ ротором (АД);
• преобразователи частоты (ПЧ) «ЭРАТОН-М5» производства ЗАО «ЭРАСИБ».

При оснащении крана преобразователями частоты замена электродвигателей не производилась. Цепи ротора АДФР замкнуты накоротко в клеммных коробках.
Состав электропривода крана

1. Электропривод передвижения тележки — два АД по 5 кВт, один ПЧ 10 кВт.
2. Электропривод передвижения кабины — один АД 4 кВт, один ПЧ 4 кВт.
3. Электропривод передвижения крана — четыре АДФР (МТН 312–6) по 15 кВт, один ПЧ 60 кВт.
4. Электропривод вращения штанги — один АД 15 кВт, один ПЧ 15 кВт.
5. Электропривод главного подъема (штанги) — один АДФР (4 МТМ 280 L10) 75 кВт, один ПЧ 75 кВт.
6. Два электропривода вспомогательного подъема — два АДФР (4 МТМ 225 L6) по 55 кВт, два ПЧ по 55 кВт.

Структурная схема рекуперативного электропривода штыревого крана-манипулятора

Электропривод штыревого крана-манипулятора питается от низковольтной (0,4 кВ) трехфазной сети 50 Гц. Структурно электропривод крана содержит общий реверсивный преобразователь переменного напряжения питающей сети в постоянное напряжение (рекуператор) и семь инверторов напряжения (И1…И7), которые преобразуют постоянное напряжение рекуператора в регулируемое по амплитуде и частоте переменное трехфазное напряжение, подаваемое на электродвигатели.

Рекуператор обеспечивает преобразование переменного напряжения в стабилизированное постоянное напряжение и передачу активной мощности из сети в нагрузку в двигательном режиме работы электропривода и из нагрузки в питающую сеть — в тормозных режимах работы электропривода. За счет этого каждый электропривод имеет возможность работать в четырех квадрантах механической характеристики и экономить электроэнергию за счет возврата электроэнергии с вала электродвигателей в питающую сеть в тормозных режимах.

Каждый из семи инверторов (И1…И7) представляет собой электропривод с цифровой микропроцессорной системой управления без датчика положения и скорости. Каждый инвертор обеспечивает плавный безударный пуск электродвигателей до скорости, определяемой сигналами задания, регулирование скорости электродвигателей при изменении сигналов задания, стабилизацию скорости электродвигателей при изменении возмущающих факторов, диагностику аварий и защиту электродвигателей, защиту ПЧ, управление механическими тормозами.

На электроприводах перемещения (И1…И4) использованы общепромышленные преобразователи частоты «ЭРАТОН-М5». На электроприводах главного и вспомогательного подъема (И5, И6, И7) — крановые преобразователи «ЭРАТОН-М5».

Электропривод по рассмотренной структуре установлен и успешно работает на трех штыревых кранах-манипуляторах в цехе № 25 ОАО «Братский алюминиевый завод». Первые электроприводы были выполнены на базе ПЧ «ЭРАТОН-М4» в 2001 году, в 2007 году была выполнена модернизация с заменой аналоговых ПЧ «ЭРАТОН-М4» на цифровые «ЭРАТОН-М5».

Применение асинхронного частотно-регулируемого электропривода с рекуператором электроэнергии на штыревом кране-манипуляторе обеспечило:

• безударное регулирование скорости, ускорения, моментов и усилий механизмов крана;
• автоматическую защиту от превышения предельно-допустимой массы груза;
• защиту электродвигателей;
• плавное торможение без участия механических тормозов;
• безударное наложение механических тормозов для фиксации положения;
• экономию электроэнергии;
• потребление из сети только активной мощности;
• улучшение условий работы оператора крана;
• уменьшение эксплуатационных затрат на ремонт оборудования крана.

Оборудование электропривода крана-манипулятора эксплуатируется в тяжелых условиях: диапазон температур в цехе -40…+60С, наличие токопроводящей пыли, паров фтора и т. д. Для надежной работы оборудования преобразователи выполнены со степенью защиты IP54 для УХЛ3.1.