Устройства защиты крановых электроприводов —
Ранее были перечислены все виды защит и блокировок, вступающих в действие при отклонении от нормы тех или иных электрических параметров и при неправильном управлении электроприводами. Принцип осуществления защит и блокировок будет рассмотрен на конкретных примерах в гл. 2, где помещены схемы типовых крановых электроприводов. Здесь же отметим некоторую специфику отдельных устройств защиты применительно к крановым механизмам.
Высота подъема и спуска груза, пути перемещения стрелы и портала ограничены предельными положениями, по достижении которых электродвигатель механизма во избежание аварии должен быть отключен независимо от действий крановщика. Это обеспечивает защита с помощью конечных выключателей,контакты которых отключают те или иные цепи в крайних положениях механизма. Выключение конечным выключателем силовой цепи электродвигателя более надежно, так как в данном случае срабатывание защиты не зависит от надежности другой аппаратуры. Однако конечные выключатели, обладающие достаточной разрывной способностью, имеют большие габаритные размеры, массу и стоимость.
Наиболее широко в крановых электроприводах применяются конечные выключатели, контакты которых разрывают цепи катушек линейного или реверсирующего контакторов.
После срабатывания конечного выключателя происходит затормаживание механизма механическим тормозом. С учетом движения механизма по инерции вследствие запасенной кинетической энергии торможение должно начинаться с некоторым упреждением (назовем его расстоянием упреждения /у), достаточным для полной остановки механизма на некотором расстоянии от того или иного неподвижного устройства.
Для определения тормозного пути примем, что статический момент в электроприводе равен нулю (Мс = 0). Тогда тормозной момент М., равен динамическому моменту М, взятому с обратным знаком:
Величина S определяет расстояние упреждения у, так как у > S. В свою очередь расстояние /у определяет место установки конечного выключателя и является параметром, необходимым для настройки его срабатывания.
Для защиты крановых электроприводов от длительных перегрузок при повторно-кратковременном режиме работы применяется встроенная электротепловая защита, реагирующая на температуру обмоток электродвигателя. Использование же тепловых реле с биметаллическими пластинами, нагревание которых зависит от значения тока электродвигателя, малоэффективно в связи с тем, что электротепловое реле, находящееся в магнитном пускателе или автоматическом выключателе, при выключении механизма охлаждаются значительно быстрее электродвигателя.
Устройство встроенной электротепловой защиты (рис. 1.1) состоит из токового ключа, выполненного на транзисторах VT1, VT2, исполнительного реле KL управляемого тиристором VS, и узла питания, состоящего из диодного моста VD, стабилитрона VD1, конденсатора С1 для ограничения тока в цепи питания, резисторов R1 и R2 для ограничения тока в цепи стабилитрона VD1 в момент включения устройств защиты и разрядки конденсатора при отключении.
Резисторы R3, R5, R6 совместно с терморезисторами, подключенными через выводы 5 и 6 на базу транзистора VT2, образуют делители напряжения, определяющие сопротивление срабатывания устройства защиты. Сопротивление терморезисторов, встроенных в лобовые части обмоток электродвигателей, зависит от температуры этих обмоток. Нагрузкой транзистора VT2 является управляющий переход тиристора IAS. Если температура обмотки электродвигателя ниже допустимой температуры, то сопротивление терморезисторов меньше сопротивления срабатывания, и после подачи напряжения на выводы 1—4 транзистор VT1 будет закрыт, а транзистор VT2 открыт. Ток будет протекать только через транзистор VT2 и управляющий переход тиристора IAS. Тиристор и реле К1 включатся, контакты реле замкнут цепь катушки контактора, и на электродвигатель будет подано напряжение. При увеличении температуры обмотки сверх предельно допустимого значения сопротивление терморезисторов резко возрастает до значения, при котором происходит запирание транзистора VT2 и включение транзистора VT1. Управляющий переход тиристора VS обесточится, реле К1 теряет питание, отключая электродвигатель от сети.
В технической характеристике крана указывается скорость ветра, при которой кран должен быть выведен из работы. Аварийная ветровая защита осуществляется автоматически с помощью так называемых анемометров. Анемометр (рис. 1.2) предназначен для измерения мгновенной скорости ветра и автоматического определения опасных по совместному воздействию скорости и продолжительности порывов ветра. Если продолжительность воздействия, опасного но скорости, меньше установленной на анемометре, то отключения электроприводов и включения аварийной сигнализации не происходит.
Измерение скорости воздушного потока осуществляется трехлопастной вертушкой, которая вращает ротор датчика частоты вращения G. На выходе датчика появляется переменное напряжение, пропорциональное частоте его вращения. Шкала амперметра РА проградуирована в единицах скорости ветра (метр в секунду).
Если скорость ветра ниже допустимой, то при подаче питания на трансформатор Т открываются транзисторы VT1 и VT4. Реле /02 при этом срабатывает. Скорость ветра, при которой происходит срабатывание реле К1, задается резистором R1, входящим в состав делителя напряжения, собранного на резисторах Rl, R5, R15. Напряжение срабатывания транзистора VT1 стабилизируется стабилитроном VD3. При достижении ветром предельно допустимой скорости на выходе выпрямителя VD1 создается напряжение (прикладываемое к резистору R3), которое запирает транзистор VT1. Это приводит к открыванию транзистора VT2 и срабатыванию реле К1. Контакт К.1-2 подключает стабилитрон VD5 и резистор R8 к выпрямителю VD9. В результате начинается заряд конденсатора СЗ стабилизированным на VD5 напряжением через резистор R9 и контакты К2.1, К2.3. Контакт К1.1 включает сигнальную лампу Н1.
По мере заряда конденсатора СЗ ток в цепи эмиттер-база транзистора VT3 начинает расти. Если при этом длительность порывов ветра невелика и конденсатор не успевает зарядиться до значения напряжения, необходимого для срабатывания транзистора VT3, то реле Л7 отключится, прекращая заряд конденсатора СЗ. Скорость заряда этого конденсатора (выдержка времени срабатывания) устанавливается резистором R9 в зависимости от требований к аварийной ветровой защите конкретного крана.
Для подготовки прибора к восприятию последующего порыва ветра после отключения реле К1 образуется цепь для разряда конденсатора СЗ, в которую входят контакты К1.3, К2.1 и К2.3.
Если же предельная скорость ветра достаточно устойчива по времени, то транзистор VT3 откроется, а транзистор VT4 закроется. Реле К2 обесточится, и контакты К2.4, К2-5 выполнят аварийное отключение электроприводов и включат звуковой сигнал. Замкнувшийся контакт К2.2 включит сигнальную лампу Н2 и обеспечит питание конденсатора СЗ от выпрямителя VD9 через резистор R10. Снижение скорости ветра до допустимого значения приведет к отключению реле Kl, а реле K2 останется на самоблокировке (без питания). Для того чтобы реле К2 сработало вновь, необходимо кратковременно нажать кнопку «Сброс». При этом замыкается контакт SB2 и образуется цепь для разряда конденсатора СЗ. Срабатывание реле К2 приводит к нарушению цепи самоблокировки вследствие размыкания контакта К2.2.