На протяжении многих десятилетий двигатели и приводы использовались в электрических подъемниках, катушках и лебедках. Энди Пай объясняет, как они встроены в эти системы.
Приводные приложения могут быть классифицированы как одноквадрантные, двухквадрантные или четырехквадрантные:
Высокопроизводительные приложения, включающие нагрузки в четырех квадрантах (квадранты I-IV), где скорость и крутящий момент могут быть в любом направлении, включают подъемники, элеваторы и наклонные конвейеры.
Часто считается, что технология постоянного тока приравнивается к старой технологии, и многие инженеры придерживаются упрощенного взгляда на то, что двигатель постоянного тока сложен и требует большого технического обслуживания, что делает его дорогостоящим в эксплуатации. Они утверждают, что двигатель переменного тока прост и прочен, не требует особого обслуживания, следовательно, дешевле и вдобавок обладает более высокой степенью защиты. Конечно, верно, что для простых и объемных применений, таких как управление вентиляторами, насосами и компрессорами, приводы с регулируемой частотой вращения переменного тока превосходны и энергоэффективны.
Между тем, на другом конце шкалы приводы переменного тока предлагают гораздо большую полосу пропускания из-за их более высокой частоты модуляции несущей и принудительной коммутации IGBT.
Но на самом деле современные приводы постоянного тока также находятся на переднем крае технологии привода с переменной скоростью. Простые в использовании программные средства настройки и диагностики делают настройку современных приводов постоянного тока быстрой и простой, а также доступен целый ряд сетевых и коммуникационных опций. Технология цифровых преобразователей мощности с микропроцессорным управлением в настоящее время достигла такого уровня технической сложности, который позволяет выполнять практически любую работу привода как с приводами постоянного, так и переменного тока. Это часто сводится к экономике:
В кранах и подъемниках, как и во многих секторах рынка, наблюдается тенденция к использованию двигателей переменного тока с регулировкой вектора потока. Однако из-за очень большого количества используемых в настоящее время двигателей постоянного тока, особенно с намотанным полем, двигатели переменного тока по-прежнему представляют лишь небольшую часть этого промышленного применения. Двигатели постоянного тока с намоткой (серийные, шунтирующие или составные) используются для подачи рулонов при фрезеровании / металлообработке, крановых подъемниках, кабельных катушках с приводом от двигателя и двигателях подъемников лифтов. Также используются двигатели постоянного тока с постоянными магнитами и взрывозащищенные двигатели постоянного тока.
Во многих приложениях с ремонтными нагрузками, таких как краны и подъемники, где способность двигателя выдерживать полную нагрузку при нулевой скорости означает, что механические тормоза могут не потребоваться для целей управления, постоянный ток часто является наиболее экономичным и безопасно управляемым вариантом. Относительно небольшой размер привода постоянного тока по сравнению с инверторным приводом также может свидетельствовать в его пользу.
Стандартный 4-квадрантный привод постоянного тока способен приводить в действие двигатель и тормозить в обоих направлениях вращения, при этом энергия, вырабатываемая при торможении, возвращается в сеть. В отличие от привода переменного тока, это рекуперативное торможение достигается без необходимости промежуточного накопления, резистивного сброса или дополнительного силового моста.
Жесткие промышленные применения, такие как прокатка стали и обкатка цементной печи, являются другими областями, где приводы постоянного тока могут быть предпочтительными. Приводы постоянного тока также очень эффективны для немоторных применений, таких как электромагниты, зарядка батарей и электролиз.
Современные приводы постоянного тока наследуют гибкость системной интеграции, более характерную для приводов переменного тока.
Когда имеешь дело с устаревшей системой, основанной на приводах постоянного тока, возникает вопрос о том, стоит ли модернизировать существующий привод постоянного тока или дешевле полностью заменить его приводом переменного тока. Следовательно, выбор между технологией переменного и постоянного тока является трудным, и необходимо оценить различные варианты:
Важны следующие основные критерии:
Хорошим примером модернизации, в которой технологии переменного и постоянного тока используются в тандеме, являются четыре плавучих грейферных крана на Амстердамском балкерном терминале IGMA.
Все четыре крана имеют четырехканатную грейферную систему и в основном используются для перегрузки сыпучих грузов с судна на причал. Два крана грузоподъемностью 16 тонн были модернизированы приводами переменного тока с регулируемой скоростью, в то время как два более крупных крана грузоподъемностью 25 тонн используют приводы постоянного тока.
Двигатели переменного тока для подъема и закрывания грейфера, а также двигатели для подъема и поворота — все они оснащены приводами переменного тока.
Примечательной особенностью этой установки является управление поворотным движением: на многих обычных кранах поворотное движение осуществляется с помощью двигателей со скользящими кольцами. Двигатель со скользящим кольцом обеспечивает хорошее регулирование крутящего момента двигателя при ускорении и замедлении, и его можно отключить, когда регулятор переведен в нулевое положение. Однако этот метод управления очень неэффективен на низких скоростях, с резкими скачками крутящего момента между ступенями резистора, расходуется много энергии, и система требует очень регулярного и интенсивного технического обслуживания.
Чтобы противостоять этому эффекту, было разработано программное обеспечение, которое дает машинисту крана оптимальный контроль над качающимся грузом без необходимости в ПЛК. Система управления поворотом обеспечивает водителю контроль как над скоростью, так и над крутящим моментом двигателя.
