sterowanie napędami dźwigów i suwic falowniki

background image

P

omijajàc dêwigi hydrauliczne i dêwigi
z przestarza∏ym, stycznikowym nap´-

dem 2-biegowego silnika pràdu zmienne-
go, na ca∏ym Êwiecie stosuje si´ obecnie
dwa rodzaje rozwiàzaƒ nap´dów:

falowniki cz´stotliwoÊciowe,

pó∏przewodnikowe, sterowane uk∏ady
prostowania – tzw. SCR.

Falowniki
cz´stotliwoÊciowe

Falowniki cz´stotliwoÊciowe s∏u˝à do bez-
stopniowej, p∏ynnej regulacji obrotami
asynchronicznego, klatkowego silnika prà-
du zmiennego. W bran˝y dêwigowej zna-
ne sà one jako tzw. systemy VVVF (ang.

variable voltage, variable frequency

– zmien-

ne napi´cie, zmienna cz´stotliwoÊç). W na-
p´dach dêwigów mo˝na je podzieliç na
dwa rodzaje:

falowniki inwertorowe

falowniki wektorowe

Falowniki inwertorowe posiadajà praktycz-
nà mo˝liwoÊç regulacji w zakresie od 10%
obrotów nominalnych wzwy˝ i nie dajàcych
100% momentu obrotowego poni˝ej 10%
obrotów. Majà one zastosowanie w uk∏a-
dach dêwigowych o pr´dkoÊci jazdy do 0,6
m/s, lub przy zastosowaniu sprz´˝enia
zwrotnego do maksimum 0,7 m/s.

Falowniki wektorowe zapewniajà regu-

lacj´ obrotów w zakresie od 0 do max
obr./min i 100% momentu przy zerowej
pr´dkoÊci, co jest wa˝ne dla komfortu jaz-
dy dêwigów elektrycznych. Majà zastoso-
wanie przy pr´dkoÊci jazdy do 2 m/s. Przy
takim zakresie pr´dkoÊci system ten jest
znacznie taƒszy ni˝ rozwiàzania z zastoso-
waniem silnika pràdu sta∏ego.

Obydwa systemy falowników, inwerto-

rowy i wektorowy, posiadajà ten sam spo-
sób wytwarzania i sterowania cz´stotliwo-
Êcià napi´cia sinusoidalnego dostarczane-
go do silnika 3-fazowego pràdu zmienne-
go. W uproszczeniu, pràd zmienny 3-fazo-
wy dostarczany z sieci jest prostowany
i kierowany do obwodu g∏ównego pràdu
sta∏ego falownika. Nast´pnie obwody blo-
ku tzw. PWM (

Puls Width Modulation

modulowanie szerokoÊci impulsów) wy-
twarzajà impulsy o regulowanej zmiennej
cz´stotliwoÊci, których szerokoÊç jest od-
powiednio modulowana i w ten sposób sil-
nik otrzymuje symulowanà, zsyntetyzowa-
nà form´ sinusoidalnà napi´cia z dowol-
nie regulowanà cz´stotliwoÊcià.

Obwody falownika wektorowego sà

bardziej z∏o˝one i wymagajà znacznie
wi´cej informacji o silniku. Nazwa „fa-
lownik wektorowy” pochodzi od matema-
tycznej analizy linii si∏ pola magnetyczne-
go silnika, kalkulujàcej wektory si∏ pola,
a nie ich wypadkowe. Analiza ta i w kon-
sekwencji opracowanie w∏asnego mate-
matycznego algorytmu, da∏o baz´ nowej
technologii nazwanej „

Flux Vector

” (Wek-

tor Strumienia Pola Magnetycznego). Na
jej podstawie zaprojektowane zosta∏y
uk∏ady i obwody elektroniczne kontrolu-
jàce i sterujàce osiàgami silnika pràdu
zmiennego.

Poprzez ciàg∏e monitorowanie wzgl´d-

nego po∏o˝enia kàtowego wirnika w sto-
sunku do stojana, uk∏ad mo˝e okreÊliç, jaka
cz´Êç dostarczanego do stojana pràdu zo-
stanie przetworzona na moment obrotowy,
a jaka zostanie wytracona w postaci ciep∏a.

Precyzyjne okreÊlenie po∏o˝enia uzys-

kane jest poprzez monitorowanie wirnika
sprz´˝onego zwrotnie z obwodami falow-
nika. Do tego celu s∏u˝y najcz´Êciej enko-
der optyczny, zainstalowany bezpoÊrednio
na wale silnika i generujàcy (w tym przy-
padku) 1024 pulsy na 1 obrót wa∏u. Po-
przez zastosowanie opisanego sprz´˝enia
zwrotnego osiàga si´ regulacj´ pr´dkoÊci
w zakresie 0,1% za∏o˝onej pr´dkoÊci.

Generalnie falownik wektorowy jest

3-fazowym uk∏adem sterujàcym wielko-
Êcià napi´cia, cz´stotliwoÊci i sk∏adowych
pràdu zmiennego dostarczanych do silni-
ka asynchronicznego, klatkowego. W od-
ró˝nieniu od inwertora, uk∏ad wektorowy
precyzyjnie steruje wielkoÊcià sk∏adowych
pràdu podawanego na silnik, zapewniajàc
du˝o mniejsze nagrzewanie si´ uzwojeƒ
i w wyniku tego – sta∏y moment obrotowy.
Wspomniana wczeÊniej technologia „Flux
Vector” polega na wykorzystaniu infor-
macji z enkodera do analizy i kontrolowa-
nia wielkoÊci dwóch sk∏adowych pràdu
silnika:

prostopad∏ej, która jest strumieniem

pola magnetycznego, powodujàcym
wzbudzenie,

stycznej, która „produkuje” moment

obrotowy.

Uk∏ad analizuje niezale˝nie strumieƒ po-
la magnetycznego (Flux) oraz elementy
wytwarzajàce moment. Elementy te sà re-
gulowane oddzielnie i dodawane wekto-
rowo, tak aby utrzymaç kàt 90° w stosun-
ku do siebie. Taka analiza i synteza po-
zwala na osiàganie maksymalnego mo-
mentu w zakresie od maksymalnej pr´d-
koÊci do zera.

Cz´stotliwoÊç jest wyliczana na pod-

stawie poÊlizgu i aktualnych obrotów wir-
nika. Zapewnia to ciàg∏à regulacj´ napi´-
cia i nat´˝enia pràdu w odpowiedzi na in-
formacje o silniku dostarczane przez en-
koder optyczny. PoÊlizg jest wprost pro-
porcjonalny do stosunku sk∏adowej mo-
mentu i sk∏adowej strumienia pola ma-
gnetycznego. Dodawany jest do cz´stotli-
woÊci wirnika, w celu okreÊlenia cz´sto-
tliwoÊci napi´cia i nat´˝enia. Cz´stotli-
woÊç ta jest u˝yta tak˝e do analizy pràdu
zmiennego, na jego dwie, brane pod uwa-
g´, sk∏adowe i do syntezy sk∏adowych na-
pi´cia na napi´cie dostarczane silnikowi.

Falownik mo˝e byç skonfigurowany ja-

ko regulator pr´dkoÊci lub jako regulator
momentu. Wektor strumienia pola jest

Nr 4 99

56

Sterowania nap´dem
dêwigów i dêwignic

Dobry

nap´d dêwigu oznacza
komfort jazdy, nieodczuwal-
ne przyspieszenia, dok∏ad-
noÊç zatrzymywania si´ na
przystankach i oszcz´d-
noÊç energii elektrycznej.

Maciej Lubaszka

T E C H N I K A I T E C H N O L O G I A

background image

utrzymywany jako wartoÊç sta∏a w zakresie
od 0 do obrotów synchronicznych. Powy-
˝ej obrotów synchronicznych wartoÊç wek-
tora strumienia jest redukowana w miar´
przyrostu pr´dkoÊci. Moment obrotowy
jest proporcjonalny do b∏´du pr´dkoÊci,
kiedy falownik pracuje jako regulator
pr´dkoÊci lub proporcjonalny do sygna∏u
wejÊciowego, kiedy falownik jest regulato-
rem momentu. Powy˝ej obrotów synchro-
nicznych uk∏ad zamiast sta∏ego momentu
zapewnia prac´ przy zachowaniu sta∏ej
mocy i sta∏ej pr´dkoÊci.

Wszystkie kalkulacje i obliczenia sà

wykonywane zgodnie z za∏o˝onym algo-
rytmem na podstawie informacji wejÊcio-
wych przez mikroprocesor i jako decyzje
logiczne w formie wyjÊç wyprowadzone
do odpowiednich bloków uk∏adu.

SCR – pó∏przewodnikowy,
sterowany uk∏ad prostowania

Najstarszym i do dziÊ pracujàcym na
dêwigach nap´dzanych silnikiem pràdu
sta∏ego jest uk∏ad Ward-Leonarda, pole-
gajàcy na po∏àczeniu równoleg∏ym wirni-
ka silnika pràdu sta∏ego z wirnikiem pràd-
nicy i jednoczesnym w∏àczeniu przeciw-
sobnie w ten obwód uzwojenia szerego-
wego pràdnicy.

Regulacja obrotów silnika pràdu sta∏e-

go polega na sterowaniu napi´ciem do-
starczanym na stojan pràdnicy. Natomiast
utrzymanie sta∏ej pr´dkoÊci w kierunku

Góra

i

Dó∏

, przy ró˝nym obcià˝eniu, pole-

ga na r´cznej regulacji wartoÊci opornoÊci
uzwojenia bocznikowego stojana pràdnicy
co pewien czas.

Wszystkie wi´ksze firmy dêwigowe na

swój sposób urozmaica∏y ten obwód w ce-
lu uzyskania równych pr´dkoÊci, mi´kkie-
go zatrzymania, uzyskania ma∏ych i rów-
nych pr´dkoÊci dojazdowych. A przede
wszystkim w celu uniemo˝liwienia samo-
istnego ruchu silnika przy zamkni´tym
hamulcu i otwartych drzwiach, wskutek
niew∏aÊciwej regulacji, zu˝ycia szczotek
lub nawet wadliwie dzia∏ajàcych pewnych
styczników. Ten niezamierzony i niebez-
pieczny ruch mo˝e byç spowodowany
równie˝ magnetyzmem szczàtkowym, ró˝-
nym dla ró˝nych silników.

W miar´ rozwoju technologii pó∏prze-

wodnikowej pojawia∏y si´ ró˝ne uspraw-
nienia tego systemu. Pod koniec lat 80. fir-
ma IPC Automation z USA opracowa∏a
pó∏przewodnikowy regulator, dowolnie
kszta∏tujàcy sygna∏ wejÊciowy i wzmacnia-

jàcy go do wartoÊci napi´cia dostarczanego
na stojan pràdnicy w uk∏adzie sprz´˝enia
zwrotnego z pràdniczkà tachometrycznà.
Regulator ten zapewni∏ systemowi stabil-
noÊç i bezpieczeƒstwo.

Prawdziwy przewrót, a w∏aÊciwie elimi-

nacj´ uk∏adu Ward-Leonarda, spowodo-
wa∏o opracowanie systemu pó∏przewodni-
kowego opartego na komponencie SCR
(

Silicon Controlled Rectified

– Silikonowy

Prostownik Sterowany). Od jego nazwy
przyj´∏a si´ w terminologii technicznej
USA nazwa SCR, jako okreÊlenie ca∏ego
sterowania silnikiem pràdu sta∏ego z wy-
eliminowaniem z uk∏adu pràdnica – silnik
pràdu zmiennego.

Najbardziej niezawodne obecnie syste-

my SCR projektuje i produkuje amerykaƒ-
ska firma „Baldor Motors & Drives”, za-
równo w wersji analogowej jak i cyfrowej.

SCR jako komponent

SCR nale˝y do rodziny tyrystorów i jest
prostownikiem, który mo˝e byç sterowa-
ny. Je˝eli sta∏y sygna∏ napi´cia DC jest do-
starczony do bramki SCR-u, b´dzie si´ on
zachowywa∏ jak normalny prostownik tak
d∏ugo, dopóki wartoÊç pràdu nie spadnie
do zera.

W∏àczenie i wy∏àczenie SCR nie jest

zbyt skomplikowane, pod warunkiem spe∏-
nienia pewnych wymogów. SCR w∏àcza si´
je˝eli jest dostarczone tzw. napi´cie prze-
wodzenia i bramka SCR-u jest otwarta.
SCR nie wy∏àczy si´ pod warunkiem, ˝e
pràd wzroÊnie do wartoÊci tzw. pràdu trzy-
mania (znamionowego). Je˝eli wartoÊç
pràdu nie osiàgnie wartoÊci trzymania

przed zdj´ciem sygna∏u z bramki, SCR zo-
stanie wy∏àczony. Stabilizacj´ pràdu trzy-
mania zapewnia tzw. uk∏ad trzymania (sieç
oporników i kondensatorów) w∏àczonych
równolegle na wyjÊcie mocy uk∏adu; SCR
wy∏àczy si´, gdy wartoÊç pràdu osiàga zero,
a sygna∏ napi´cia przewodzàcego nie jest
ponownie dostarczony w tzw. czasie wy∏à-
czenia SCR.

SCR jako uk∏ad
sterujàcy silnikiem

SCR jest 3-fazowym, 2-po∏ówkowym,
2-kierunkowym systemem sterowania prà-
du i napi´cia podawanego na wirnik silni-
ka pràdu sta∏ego w sposób bezstopniowy,
zgodnie z kszta∏towanym i wzmacnianym
sygna∏em wejÊciowym za∏o˝onej krzywej
ruchu dêwigu.

System pracuje w uk∏adzie sprz´˝enia

zwrotnego, pochodzàcego od enkodera
optycznego, zamontowanego na wale silni-
ka, z regulacjà pr´dkoÊci w zakresie 0,1%
lub tacho-generatora przy u˝yciu analogo-
wego SCR-u.

Jest to uk∏ad regenerujàcy, tzn. ener-

gia oddawana jest do sieci. I tylko z po-
wodu oddawanych do sieci w czasie rege-
neracji zniekszta∏ceƒ harmonicznych, za-
lecane jest u˝ycie transformatorów izola-
cyjnych pomi´dzy linià zasilajàcà i wej-
Êciem do SCR-u.

Mostki prostownicze SCR-ów prostujà

dostarczany pràd zmienny na kontrolowa-
ny pràd sta∏y. To samo napi´cie u˝yte jest
przez transformator podajàcy napi´cie na
zasilacze. Impulsy sterujàce sà dostarcza-
ne do bramek SCR-ów poprzez wzmacnia-

Nr 4 99

57

T E C H N I K A I T E C H N O L O G I A

Wektorowy falownik cz´stotliwoÊciowy

oparty na technologii cyfrowej moêe

sterowaç obrotami kaêdego silnika

asynchronicznego pràdu zmiennego

background image

cze i transformatory. Napi´cie stojana sil-
nika jest sterowane równie˝ przez SCR
i posiada ono zazwyczaj 3 wartoÊci:

wartoÊç ja∏owà (dêwig nie jest w ruchu),

wartoÊç ruchowà (dêwig jedzie ze sta∏à

pr´dkoÊcià),

wartoÊç maksymalnà (w czasie przyspie-

szania, zwalniania i w trakcie pr´dkoÊci
dojazdowej).

Diagnostyka
i bezpieczeƒstwo eksploatacji

Falowniki i SCR-y wyposa˝one sà w pro-
gramator po∏àczony z mikroprocesorem
poprzez z∏àcze RS232. Przy pomocy pro-
gramatora u˝ytkownik mo˝e wprowadzaç
i zmieniaç dane dotyczàce silnika, progra-
mowaç pewne wejÊcia i wyjÊcia, zmieniaç
lub ustawiaç funkcje operacyjne, monito-
rowaç pràd, napi´cie i obroty silnika oraz
u˝ywajàc systemów diagnostycznych mieç
wglàd do wszystkich ewentualnych uste-
rek funkcjonowania.

Falowniki i SCR-y dêwigowe wyposa˝o-

ne sà w szereg obwodów bezpieczeƒstwa
i obwodów wykrywajàcych nieprawid∏owo-
Êci, mogàce doprowadziç do zagro˝enia
eksploatacji czy nieprawid∏owoÊci ruchu.
Usterki sà wykrywane, wpisywane do pa-
mi´ci mikroprocesora i sygnalizowane na
ekranie programatora po przywo∏aniu je-
go funkcji diagnostycznej. U˝ytkownik ma
wybór, co do iloÊci wykrytych nieprawid∏o-
woÊci w czasie jednej godziny, po których
SCR jest unieruchomiony, a˝ do urucho-
mienia go manualnie (reset) lub pozosta-
wienia tej funkcji mikroprocesorowi g∏ów-
nemu, tablicy sterowej. Uk∏ad wybiera

usterki niebezpieczne (nie pozwala wów-
czas na ponowne automatyczne urucho-
mienie) i usterki chwilowe, po których sys-
tem mo˝e byç uruchomiony automatycz-
nie.

I na koniec kilka s∏ów o mo˝liwoÊciach

komunikowania si´ dêwigów ze Êwiatem
zewn´trznym. Funkcje te nie majà wp∏ywu
na prac´ dêwigu, ale mogà bardzo u∏atwiç
˝ycie. Ka˝dy wysokiej klasy sterownik
posiada mo˝liwoÊci komunikowania si´
z komputerem PC wg swojego w∏asnego
protoko∏u komunikacyjnego. Protoko∏y te
sà udost´pniane przez producentów ste-
rowników i nic ju˝ nie stoi na przeszko-
dzie, aby program komputerowy prze-
kszta∏ci∏ dane pobrane z procesora sterow-
nika w dowolny kszta∏t i tekst.

Monitorowanie i diagnostyka
ruchu dêwigów

Monitorowanie i diagnostyka przy u˝yciu
komputera osobistego polegajà na pobie-
raniu danych z mikroprocesora g∏ównego,
przetwarzaniu ich na kszta∏t graficzny
i tekstowy oraz wyÊwietlaniu ich na ekra-
nie monitora. Samodzielny program kom-
puterowy wspó∏pracuje ze sterownikiem
wyposa˝onym w dodatkowe z∏àcze RS322
lub RS422. Program sterownika rozpozna-
je wszystkie usterki i nieprawid∏owoÊci
dzia∏ania dêwigu lub dêwigów, które sà
przewidziane do wykrycia. Znaczy to, ˝e
do programu ciàgle mo˝na wprowadzaç
nowe sytuacje, które u˝ytkownik chcia∏by
rozpoznaç i odczytaç na ekranie.

Program komputerowy, opierajàc si´

na konkretnym protokole komunikacyj-

nym danego typu mikroprocesora, odczy-
tuje te dane i wyÊwietla w swoim formacie
na ekranie. W systemie monitorowania
i diagnostyki, program komputerowy od-
czytuje jedynie dane z programu mikro-
procesora bez ˝adnej ingerencji w funkcje
sterowania.

W celu obni˝enia kosztów system wy-

korzystuje typowy komputer osobisty PC,
poczàwszy ju˝ od 486DX/ 80 MHz, z kolo-
rowym lub nawet czarno-bia∏ym monito-
rem. System jest ∏atwo adaptowany i regu-
lowany do dowolnego uk∏adu dêwigów
(bez potrzeby zmiany oprogramowania,
do 6 dêwigów w grupie i 32 pi´ter z dowol-
nà kombinacjà przednich i tylnych drzwi
szybowych na dowolnych pi´trach).

Monitory mogà byç umieszczone

w maszynowni oraz/lub w oddalonych do
500 m pomieszczeniach biurowych lub
w g∏ównym hallu. System pokazuje na
ekranie komputera pozycj´ ka˝dego dêwi-
gu w grupie, kierunek jazdy, po∏o˝enie
drzwi, jazd´ lub postój, przydzia∏ i zmian´
przydzia∏u wezwaƒ do poszczególnych
dêwigów, otwarcie lub zamkni´cie drzwi
oraz aktualny stan operacji. W sposób
graficzny pokazany jest status wejÊç
i wyjÊç wraz z opisami. System wyÊwietla
status poszczególnych, wybranych przez
u˝ytkownika bloków programu, stany ele-
mentów czasowych oraz stany liczników
w programie, które mogà byç ustawiane
i regulowane równie˝ zewn´trznie z tabli-
cà sterowà. System ma mo˝liwoÊç wykry-
wania usterek, których opis wyÊwietlany
jest na monitorze.

Przy po∏àczeniu modemem dêwigu

z komputerem, umieszczonym w oddalo-
nej firmie dêwigowej, ju˝ przed wyjazdem
na miejsce awarii konserwator dowiaduje
si´ co jest uszkodzone i jakie cz´Êci powi-
nien zabraç ze sobà.

Sterowany z klawiatury komputera sys-

tem umo˝liwia wy∏àczenie lub w∏àczenie
poszczególnych pi´ter do ruchu w zakresie
wezwaƒ i dyspozycji, w celu uniemo˝liwie-
nia jazdy dêwigiem do poszczególnych
pi´ter osobom nieupowa˝nionym. System
wyposa˝ony jest kod, który uniemo˝liwia
operowanie dêwigiem przez osoby nieupo-
wa˝nione. Program mo˝na zainstalowaç
na typowym komputerze PC w pomiesz-
czeniu biurowym.

Opisane systemy sà ju˝ dost´pne na ryn-

ku dêwigowym w rodzimym wykonaniu i co
wa˝ne, potrafià komunikowaç si´ z u˝yt-
kownikiem w j´zyku polskim.

Nr 4 99

58

T E C H N I K A I T E C H N O L O G I A

SCR – wymiennik

uk∏adu Ward-Leonarda

Cyfrowy SCR


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Sterowanie napędami hydraulicznymi i pneumatycznymi
Instrukcja do ćw 06 Sterowanie pracą silnika indukcyjnego za pomocą falownika
9 6, 3. Praca falownikowa prostownika sterowanego
Sterownik dźwigowy CSD4, Automatyka
Sterownik dźwigowy Πk
15 16 17, 3. Praca falownikowa prostownika sterowanego
10 11, 3. Praca falownikowa prostownika sterowanego
Instrukcja do ćw 06 Sterowanie pracą silnika indukcyjnego za pomocą falownika
Instrukcja do ćw 06 Sterowanie pracą silnika indukcyjnego za pomocą falownika
31 sterowanie falowników
Układy Napędowe oraz algorytmy sterowania w bioprotezach
PODSTAWY STEROWANIA SILNIKIEM INDUKCYJNYM
Sterowce
WYKŁAD 02 SterowCyfrowe
wykład 4 Sterowanie zapasami
Sterowniki PLC
Hazardy sterowania

więcej podobnych podstron