Коллектив авторов - История электротехники

Грузоподъемные машины и механизмы являются одним из основных средств комплексной механизации всех отраслей народного хозяйства. Эти машины, к которым, в первую очередь, относятся краны, представляют собой машины прерывистого циклического действия и предназначаются для перегрузки грузов на предприятиях, строительных площадках, железнодорожных станциях, морских и речных портах и других объектах.

Кроме того, краны на ряде предприятий являются основным звеном технологического цикла производства.

В отличие от большинства других производственных механизмов грузоподъемные машины характеризуются весьма разнообразными режимами работы как по значению статической нагрузки, так и по продолжительности работы и частоте включений.

В соответствии с действующими в нашей стране стандартами все многообразие режимов работы грузоподъемных машин сводится к пяти режимам (легкий — Л; средний — С; тяжелый — Т; весьма тяжелый — ВТ; весьма тяжелый, непрерывный — ВТН). В понятие режима работы входят: относительная продолжительность включений (ПВ), частота пусков, годовое и суточное использование, коэффициент использования грузоподъемных машин по грузоподъемности и другие показатели напряженности работы.

Категорией напряженности режима учитывается температура окружающей среды, а также и

такой показатель, как степень ответственности машины, которая может потребовать повышенных запасов прочности. Так, например, разливочный кран мартеновского цеха по частоте включений и ПВ может быть отнесен к легкому режиму. Однако предъявляемые к нему исключительные требования безопасности вынуждают выбирать кран применительно к режиму ВТ или ВТН.

Подавляющее большинство грузоподъемных машин, изготавливаемых отечественной промышленностью, имеет электрический привод основных рабочих механизмов, и поэтому эффективность действия этих машин в значительной степени зависит от качественных показателей используемого кранового электрооборудования. Электропривод большинства грузоподъемных машин характеризуется повторно-кратковременным режимом работы при большой частоте включений, широким диапазоном регулирования скорости и постоянно возникающими значительными перегрузками при разгоне и торможении механизмов.

Особые условия использования электропривода в грузоподъемных машинах являлись основой для создания специальных серий электрических двигателей и аппаратов кранового исполнения. В настоящее время крановое электрооборудование имеет в своем составе серии крановых электродвигателей переменного и постоянного тока, серии силовых кулачковых и магнитных контроллеров, командоконтроллеров, кнопочных постов, пультов управления, конечных выключателей, тормозных электромагнитов и электрогидравлических толкателей, пускотормозных резисторов, полупроводниковых устройств регулирования, устройств управления по радиоканалу или одному проводу и ряд других аппаратов, комплектующих различные крановые электроприводы.

Специальные двигатели и аппараты для кранов выпускаются уже с конца прошлого века. Крупносерийное производство основного кранового электрооборудования в нашей стране было начато в 1930–1931 гг. после соответствующей специализации завода «Динамо», который до настоящего времени является ведущим предприятием в разработке комплектных крановых электроприводов и в изготовлении основных элементов этих комплектов.

Основным родом тока для крановых и судовых электроприводов является переменный ток напряжением 380 В и частотой 50 Гц. Это и предопределяет весьма широкое применение электроприводов с использованием асинхронных двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором. Следует отметить в перспективе применение в качестве источника питания сеть переменного тока напряжением 660 В, 50 Гц. Это, в свою очередь, вызывает необходимость иметь электрические машины и аппаратуру управления (в основном контакторы, автоматы), рассчитанные на эти напряжения.

Менее широкое распространение получили электроприводы постоянного тока: их применяют металлургические предприятия, суда рыболовного флота, а также суда старой постройки, на которых используются источники постоянного напряжения 110, 220 и 440 В.

Можно констатировать, что сегодня около 90% всех крановых и судовых электроприводов выполняются на переменном токе и только 10% — на постоянном токе.

Все системы крановых и судовых электроприводов можно разделить на две группы: электроприводы с непосредственным управлением с помощью кулачковых контроллеров и с дистанционным управлением с помощью командоаппаратов (командоконтроллеров и кнопочных выключателей). Первая система является наиболее простой и дешевой, отличается простотой наладки. Вместе с тем эта система имеет невысокие эксплуатационные характеристики, невысокий ресурс работы, неудобна в управлении. В силу своей простоты система с непосредственным управлением нашла применение для крановых и судовых механизмов с относительно невысокими требованиями к эксплуатационным параметрам.

Более 80% крановых и судовых механизмов выполняются с электроприводами с кулачковым контроллером. При этом на переменном токе система построена на применении асинхронных двигателей с фазным ротором и ступенчатым изменением сопротивлений резисторов в цепи ротора, короткозамкнутых асинхронных двигателей с изменением сопротивлений резисторов в цепи статора. На постоянном токе применяются в основном потенциометрическая схема включения двигателей для механизмов подъема и схема с изменением сопротивлений резисторов цепи якоря для механизмов горизонтального перемещения грузов. Подобные системы отличаются невысоким диапазоном регулирования скорости, который для электроприводов постоянного тока не превышает 1:6, а для электроприводов переменного тока — 1:3 (в электроприводах с односкоростными короткозамкнутыми двигателями скорость вообще не регулируется).

В 70-е годы для общепромышленных крановых механизмов было освоено производство кулачковых контроллеров серии ККТ переменного тока и серии ККП постоянного тока. Для судовых механизмов была внедрена серия кулачковых контроллеров КВ1 и КВ2. Максимальная мощность управления составляла 40 кВт.

Остальная часть крановых и судовых механизмов имеет электроприводы с дистанционным управлением. Причем основная масса этих электроприводов построена с релейно-контакторным управлением. И только менее 5% электроприводов выполняются с применением полупроводниковых средств управления — различных тиристорных регуляторов и преобразователей (преобразователей частоты и постоянного тока). Системы дистанционного управления релейно-контакторного типа построены аналогично системам с кулачковыми контроллерами как на постоянном, так и на переменном токе. Однако в отличие от указанных приводов в последние годы разработаны системы электроприводов с применением асинхронных двигателей с фазным ротором, в которых используется принцип динамического торможения с самовозбуждением и принцип импульсно-ключевого регулирования. Указанные системы регулирования обеспечивают диапазон регулирования уже в пределах 1:8.