372

NOVI ELEKTROMOTORNI POGONI NA MOSTNIM DIZALICAMA U HE ĐERDAP 1

Borislav Jeftenić, Dragan Jevtić

Elektrotehnički fakultet Beograd, ul. Bulevar Kralja Aleksandara br. 73, Beograd tel. 011/3218-339, jeftenic@etf.bg.ac.yu, jevtic@etf.bg.ac.yu

Sadržaj – U okviru rekonstrukcije HE Đerdap 1, predviđena je rekonstrukcija mostnih dizalica - kranova u mašinskoj sali elektrane. Rekonstrukcija je obuhvatila potpunu zamenu elektromotornih pogona na oba krana. Pogon svakog krana pojedinačno se sastoji od: pogona glavog dizanja 400t, pogona pomoćnog dizanja 80t, pogona kolica-mačke i pogona mosta. Svi novi pogoni su realizovani kao regulisani pogoni sa kaveznim asinhronim motorom, napajanim iz frekventnog pretvarača. Pogoni dizanja su sa senzorom brzine, dok su pogoni mačke i mosta bez senzora brzine. Da bi se obezbedilo dizanje tereta većih od maksimalne nosivosti jednog krana, potrebno je bilo omogućiti zajednički (tandemski) rad oba krana. To znači da treba upravljati sa oba krana u isto vreme sa jednog komandnog mesta.

1. UVOD Modernizacije elektromotornih pogona koje se danas vrše, po pravilu podrazumevaju zamenu motora. Iz upotrebe se izbacuju jednosmerni i asinhroni sa namotanim rotorom. Mesto ovih motora zauzimaju asinhroni motori sa kaveznim rotorom, koji su jednostavnije konstrukcije, i jeftiniji za održavanje. Sledeći korak je upotreba frekventnih pretvarača za napajanje motora. Navodi se samo mali deo prednosti upotrebe pretvarača: • Pokretanje i zaustavljanje bez trzaja, ako nema

nedozvoljenih zazora u mehaničkom prenosu. • Lako ostvarivanje regulacije sa promenama parametara

regulatora sa tastature pretvarača ili spoljnog panela. • Niz zaštita kojima se štite i pretvarač i motor. • Trenutno ili trajno praćenje stanja u pogonu. • Smanjeno održavanje. • Brza otplata investicije na bazi uštede energije i.t.d

2. OPIS POGONA Pogon dizanja 400t čini asinhroni motor sa kaveznim rotorom od 90kW sa ventilatorom za prinudno hlađenje, frekventni pretvarač, pretvarač za rekuperaciju energije kod kočenja, i dve elektrohidraulične kočnice, unutrašnja i spoljna. Pogon dizanja 80t čini asinhroni motor sa kaveznim rotorom od 90kW sa ventilatorom za prinudno hlađenje, frekventni pretvarač, pretvarač za rekuperaciju energije kod kočenja, i jedna elektrohidraulična kočnica.

Na nepogonskim krajevima motora dizanja 400t i 80t postavljeni su inkrementalni enkoderi za merenje brzine. Enkoderi su direktno vezani na pretvarače. Regulacija brzine

obrtanja u zatvorenoj sprezi ovih pogona ostvarena je u upravljačkom sistemu pretvarača. Kao upravljački algoritam frekventnih pretvarača koristi se fluks vektorska kontrola ugrađena u Danfoss-ove pretvarače serije VLT 5000 FLUX. Ovaj upravljački algoritam obezbeđuje brz odziv momenta i preciznu regulaciju brzine. To je iskorišćeno da se teret drži u stanju mirovanja bez upotrebe elektromehaničke kočnice. Pogon mačke čini asinhroni motor sa kaveznim rotorom od 7,5kW, frekventni pretvarač, sa čoperom za kočenje, otpornik za dinamičko kočenje, i elektrohidraulična kočnica. Pogon mosta čini asinhroni motor sa kaveznim rotorom od 25kW, frekventni pretvarač, sa čoperom za kočenje, otpornik za dinamičko kočenje, i elektrohidraulična kočnica. Zaštita svih motora od pregrevanja ostvarena je sa termistorima, koji su priključeni na zaštitne sisteme pretvarača. Motori kočnica snabdeveni su zasebnim zaštitama od preopterećenja i prevelike struje. Komandovanje motorom kočnice je iz PLC-a.

Sl. 1. Raspored pretvarača u ormanima

3. UPRAVLJANJE Upravljački sistem realizovan je sa programabilnim logičkim kontrolerom (PLC), čija je struktura: logička jedinica, ulazno/izlazni (I/O) moduli, komunikacioni PROFIBUS modul. Preko profibas modula uspostavlja se veza sa frekventnim pretvaračima. Razmena informacija između kontrolera i pretvarača je na ovaj način ostvarena sa potrebnom brzinom i obimom. Naime, preko profibas komunikacije se pretvaračima šalju komande za start, stop i zadaje referentna (željena) brzina, a sa pretvarača se dobijaju informacije o vrednostima karakterističnih veličina (brzina, momenat, struja, napon, temperatura), kao i informacije o alarmima (smetnjama u radu pretvarača). Na profibas komunikaciji je i modul za bežičnu komunikaciju komandnih (IR modul) sistema kranova kada se nalaze u zajedničkom (tandemskom) radu. Pored profibas komunikacije postoji i komunikacija po protokolu MPI kojim je kontroler povezan sa operatorskim panelom u komandnoj kabini.

Zbornik radova 50. Konferencije za ETRAN, Beograd, 6-8. juna 2006, tom I Proc. 50th ETRAN Conference, Belgrade, June 6-8, 2006, Vol. I

373

Sl. 2. Profibus i MPI mreža na jednom kranu

4. REZULTATI U okviru ovog poglavlja biće prikazana kratka analiza rada karakterističnih pogona dizanja 400t, i pogona kretanja mosta. Pogon 80t, funkcionalno je identičan sa pogonom 400t, a pogon mačke zbog svoje jednostavnosti, i ograničenog prostora neće biti posebno razmatran. Podaci o svim korišćenim motorima i pretvaračima dati su u tabeli na kraju. Svi rezultati su snimani pomoću programa za praćenje rada elektromotornih pogona, razvijenog u Laboratoriji za elektromotorne pogone ETF u Beogradu. Praćenje rada se ostvaruje upotrebom standardnog komunikacionog porta (RS-485) frekventnog pretvarača. Ovaj komunikaciona veza se nakon faze puštanja u rad ukida. Pogon 400t U fazama velikih remonata hidroelektrana kada je potrebno izvaditi rotor agregata, pogon 400t se najčešće koristi. S obzirom da je težina rotora oko 630t, a nosivost jednog krana maksimalno 400t, potrebno je napraviti zajednički (tandemski) rad dva krana. Na taj način se ukupna nosivost podiže na 800t Poseban mašinski sklop (traverza) se okači na obe kuke pogona dizanja 400t pri čemu se obezbedi da upravljanje kranovima bude sa komandama jednog (vodećeg) krana. Analiza rada pogona 400t sprovedena je u nekoliko faza. Svako dizanje ili spuštanje počinje pokretanjem, zatim sledi period vožnje konstantnom brzinom, i na kraju je zaustavljanje. Ciklus može biti nastavljen bez aktiviranja elktrohidrauličkih kočnica. Pokretanje. U trenutku izdavanja komande za dizanje ili spuštanje potrebno je izbeći situaciju da dođe do propadanja tereta. Naime, motoru je potrebno konačno vreme da izvrši magnetizaciju a zatim i da razvije momenat u željenu stranu. Za vreme čekanja magnetizacije teret može pod dejstvom sile gravitacije da krene na dole Nakon završene magnetizacije, bez obzira na to da li želimo da dižemo ili spuštamo teret, motor UVEK razvija momenat u smeru dizanja. Vrednost tog početnog momenta se podešava parametrima frekventnog pretvarača, a komanda za regovanje elektrohidrauličnih kočnica je uslovljena ovim momentom. Tek nakon postizanja zadatog početnog momenta deaktiviraju se elektrohidraulične kočnice, tako da pogon preuzima držanje tereta u stanju mirovanja. Pravilnim izborom vrednosti početnog momenta može se izbeći situacija da teret krene u dizanje. Procedura pri komandi za spuštanje tereta je u ovoj fazi ista.

Spuštanje i dizanje tereta. U fazi rada pri konstantnoj brzini razlikujemo dva slučaja:

Spuštanje tereta i Dizanje tereta

Pri spuštanju većih tereta dolazi do situacije da motor ulazi u generatorski režim. Energija koja se tada generiše se, pomoću jedinice za rekuperaciju energije, vraća u mrežu. S obzirom da vreme spuštanja tereta može da traje i par desetina minuta, upotreba rekuperatora umesto otpornika za kočenje je potpuno opravdana. Pored toga što smo postigli mogućnost trajnog kočenja, dobilo se i na uštedi energije.

3~Mreža

3~AM

ab

c

T1 T3 T5

T4 T6 T2

+

−

Cf

T1 T3 T5

T4 T6 T2

Ispravljač Filter

Motor

3~Mreža

3~AM

ab

c

T1 T3 T5

T4 T6 T2

+

−

CfCf

T1 T3 T5

T4 T6 T2

Ispravljač Filter

Motor

Sl. 3. Tok energije u režimu dizanja tereta.

3~Line

3~AM

ab

c

T1 T3 T5

T4 T6 T2

+

−

Cf

T1 T3 T5

T4 T6 T2

Jedinica za rekuperaciju

energije

Mrežne prigušnice

Ispravljač Filter Invertor

Motor

3~Line

3~AM

ab

c

T1 T3 T5

T4 T6 T2

+

−

CfCf

T1 T3 T5

T4 T6 T2

Jedinica za rekuperaciju

energije

Mrežne prigušnice

Ispravljač Filter Invertor

Motor

Sl. 4. Tok energije u režimu spuštanja tereta.

Pri dizanju tereta motor razvija pozitivan momenat tako što preko frekventnog pretvarača uzima energiju iz mreže. Ilustracija toka energije u ova dva različita režima prikazana je na slikama 3 i 4. Zaustavljanje. U fazi zaustavljanja mogu se tretirati dva slučaja:

Programsko zaustavljanje Brzo zaustavljanje (SVE STOP)

Pri zaustavljanju,bez obzira da li je pogon dizao ili spuštao teret, u situaciji programskog zaustavljanja brzina pogona se smanjuje po dinamici koja je zadata parametrom linearne silazne rampe. Nakon dostizanja nulte brzine motor i dalje razvija momenat potreban za držanje tereta u stanju mirovanja dok ne reaguju elektro-hidraulične kočnice. Aktiviranje elektrohidrauličnih kočnica je odloženo, podesivim kašnjenjem od 2 sekunde, od trenutka dostizanja nulte brzine. Za to vreme rukovaoc može ponovo pokrenuti pogon u bilo koju stranu, tako da je omogućeno veoma precizno pozicioniranje tereta. Ovo je, uz upotrebe male brzine kretanja, naročito značajno pri postavljanju rotora generatora u ležište. Silazna rampa kod brzog zaustavljanja je po pravilu uvek nekoliko puta kraća od rampe pri programskom

374

zaustavljanju. Kod brzog zaustavljanja uvek se ima rekuperacija energije. Aktiviranje elektrohidrauličnih kočnica u ovom slučaju nije odloženo, jer se ovaj način zaustavljanja koristi samo pri nužnim situacijama. Na slici 5. (slika gore) prikazan je polazak pogona 400t, vožnja sa konstantnom brzinom, i programsko zaustavljanje. U fazi pokretanja, motor preuzima držanje tereta od elektrohidrauličnih kočnica u stanju mirovanja. U fazi zaustavljanja, na grafiku momenata motora (slika dole), može se videti prisustvo momenta pri nultoj brzini.

Vreme [s]

0 2 4 6 8 10 450 452 454 456 458 460

0

20

40

60

80

100

Vreme [s]

0 2 4 6 8 10 450 452 454 456 458 460-60

-40

-20

0

20

40

60

Sl. 5. Polazak pogona kuke 400t i zaustavljanje. Na kraju grafika se vidi prisustvo momenta pri nultoj brzini.

U prethodno pomenutom tandemskom radu kranovi se mehanički kruto sprežu. S obzirom na osobine takve veze, pogoni vožnje mostova moraju biti međusobno regulisani tako da jednako ili približno jednako dele opterećenje. U suprotnom može se dogoditi da pogon jednog mosta ode u preopterećenje, a drugog u kočenje. U tom slučaju veoma brzo bi došlo do reagovanja zaštite na jednom od pretvarača. Pomoću softverskog regulatora, koji se nalazi u PLC-u, izvršena je raspodela momenata čime je izbegnuto njihovo razilaženje. Regulator radi tako što od pretvarača dobija vrednosti momenata i njihovu razliku dodaje referentnoj učestanosti vodećeg pogona mosta. Na slici 6. je prikazana situacija kada su pogoni mostova voženi uz dejstvo regulatora raspodele momenata. Nakon 120 sekundi, u toku rada, ukinuto je dejstvo regulatora. Očigledno je da je došlo do povećanja razlike momenata. Ova razlika između ostalog zavisi od stanja kranske staze i od težine tereta. Prikazana merenja su vršena bez tereta pa je i pomenuta razlika momenata manje izražena.

Vreme [s]

0 50 100 150 200 250-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

Sl. 6. Momenti pogona mostova u tandemskom radu.

Na slici 7. su momenti pogona mostova sa PI regulatorom. Ovde su jasno izražene oscilacije pri startu i pri kretanju prvih 30-ak sekundi koje su rezultat uticaja integralnog dejstva i ne baš malih zazora u mehanici prenosa. Kretanje kranova je sa trzajevima što može izazivati njihanje tereta. Ovakav režim rada je posebno nepovoljan pri kretanju sa teškim teretima.

Vreme [s]

0 10 20 30 40 50 60-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

Sl. 7. Momenti pogona mostova u tandemskom radu sa

PI regulatorom.

Na slici 8 su prikazani momenti pogona mostova sa P regulatorom. Oscilacije na početku kretanja su znatno manje nego kada se koristi PI regulator i posledica su zazora u mehanici prenosa.

Vreme [s]

20 40 60 80 100 120 140-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

Sl. 8. Momenti pogona mostova u tandemskom radu sa P regulatorom.

Ukinuto dejstvo regulatora

375

Podaci o motoru pogona 400t: P=90kW, I=178A, U=400V, n=989 ob/min

Podaci o motoru pogona 80t: P=90kW, I=178A, U=400V, n=989 ob/min

Podaci o motoru pogona mačke: P=7,5kW, I=22A, U=400V, n=935 ob/min

Podaci o motoru pogona mosta: P=25kW, I=54A, U=400V, n=980 ob/min

Pretvarač pogona 400t: VLT 5125 FLUX

Pretvarač pogona mačke: VLT 5011 FLUX

Pretvarač pogona 80t: VLT 5125 FLUX

Pretvarač pogona mosta: VLT 5032 FLUX

5. LITERATURA

[1] B. Jeftenić, M. Bebić, D. Jevtić, "Raspodela opterećenja kod pogona u mehaničkoj sprezi", Ee 2001, Novi Sad, Nov. 2001

[2] Danfoss, "VLT 5000 flux", Operating instructions, MG.55.A5.02

Abstract – As a part of the reconstruction of HE Đerdap 1, the reconstruction of the portal cranes in the main hall is included. The reconstruction includes complete replacement of the electric drives on both cranes. Each crane consists of: Main hook drive 400t, auxiliary hook drive 80t, carriage travel drive, and crane travel drive. All drives are realized as controlled drives with squirrel-cage induction motor fed from the frequency converter. Both hook drives are with the speed sensor, while the carriage and crane travel drives are speed-sensor-less. To enable the lift of weight higher than the maximum capacity, tandem operation is required. Tandem operation means control of both cranes from the single command location.

NEW ELECTRIC DRIVES ON CRANES IN HE ĐERDAP 1

Borislav Jeftenić, Dragan Jevtić

/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName (http://www.color.org) /PDFXTrapped /Unknown

/Description >>> setdistillerparams> setpagedevice