Двухбалочный кран на 20 т — это пять приводов и 24.1 kW на одной шине, а не нагрузка одного крана. Даже при реакторе 5 процентов на каждом приводе шина выходит примерно на 18 процентов суммарного искажения потребления против предела 8 процентов. Вот что именно складывается и какое решение относится к какому крану.
Двухбалочный кран на 20 т — это не электрическая нагрузка одного крана. Типичная каталожная позиция указывает главный подъём 16 kW, вспомогательный подъём 2.6 kW, два двигателя тележки по 0.55 kW и четыре двигателя передвижения по 1.1 kW. Это 24.1 kW, распределённые по пяти приводам, висящим на одной шине. Когда они работают одновременно, гармонические токи складываются ещё до того, как дойдут до вашего трансформатора, и никакой расчёт для одного привода не предскажет, что покажет счётчик.
За этот год я был на трёх объектах, где новый двухбалочный кран вызывал отключения на предприятии, которое десять лет работало с однобалочными кранами. Во всех трёх случаях спор шёл так, будто кран неисправен. Два случая оказались проблемой шины, один — проблемой охлаждения шкафа, и ни один не был проблемой крана.
Причина, по которой двухбалочные краны ведут себя иначе, сводится к двум вещам, с которыми статье об однобалочном кране на этом сайте сталкиваться не приходилось. Приводов больше, а свыше 16 т есть два подъёма. Два подъёма означают два выпрямителя, два комплекта управления тормозом и два шанса на отпадание контактора в неподходящий момент. Дальнейшая арифметика — о том, что эти приводы делают друг с другом.
Всё ниже — либо опубликованная цифра с указанием источника, либо пункт стандарта, либо число, которое мы посчитали. Расчётные числа обозначены как проектные оценки. Никто не публиковал обследование гармонических искажений на 20-тонном двухбалочном кране во вьетнамском металлургическом цехе, и я не собираюсь делать вид, что это не так.
Больше, чем считают покупатели. Однобалочный кран на 10 т имеет один подъём, один комплект тележки и два двигателя передвижения. Двухбалочный кран той же грузоподъёмности имеет четыре двигателя передвижения, потому что каждая концевая балка несёт по два, а с 16 т и выше у него появляется ещё и второй подъём для лёгких грузов. Приведённая ниже опубликованная разбивка двигателей взята из стандартного каталога двухбалочных кранов 5–40 т, итоги приведены как напечатаны.
| Грузоподъёмность | Двигатель подъёма | Двигатели тележки | Двигатели передвижения | Мощность крана | Приводов на шине | Ток при 400 V |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 t | 6.1 / 1 kW | 2 x 0.31 kW | 2 x 0.55 kW | 8.82 kW | 3 | 16.6 A |
| 10 t | 9.5 / 1.5 kW | 2 x 0.44 kW | 2 x 1.1 kW | 14.08 kW | 4 | 26.6 A |
| 20 t | 16 / 2.6 kW | 2 x 0.55 kW | 4 x 1.1 kW | 24.1 kW | 5 to 7 | 45.5 A |
| 32 t | 20 / 5.0 kW | 2 x 1.1 kW | 4 x 1.5 kW | 33.2 kW | 5 to 7 | 62.6 A |
| 40 t | 38 kW | 2 x 1.5 kW | 4 x 2.2 kW | 47.0 kW | 5 to 7 | 88.7 A |
| 50 t (европейский лёгкий режим) | 4 / 0.67 m/min, 2 скорости | 20 / 5 m/min | 40 / 10 m/min, переключение полюсов | 44.4 kW | 4 | 83.8 A |
Токи — наш расчёт при 400 V, коэффициенте мощности 0.85 и КПД двигателя 0.90 по каталожным киловаттам. Число приводов — это количество отдельно коммутируемых двигателей, что и важно для гармоник: каждый двигатель со своим инвертором вносит своё искажение тока в своей точке шины. Наши собственные позиции по двухбалочным кранам публикуют ту же разбивку по грузоподъёмности, и это первое, что стоит сравнить между двумя предложениями.
На строке 50 т стоит задержаться. Это реальная опубликованная машина: пролёт 13.5 m, подъём 6 m, мост 8,950 kg и полная масса 12,810 kg, максимальная статическая нагрузка на колесо 134.5 kN, классификация U4/Q2 по EN 13001-1 и 44.4 kW электрооборудования. Инверторов у неё нет нигде. Подъём — 4/0.67 m/min на двухскоростном двигателе с переключением полюсов, передвижение — 40/10 m/min тем же способом. Запомните это, потому что от этого зависит, о чём вообще стоит беспокоиться.
Два подъёма на одном мосту — это не функция резервирования. Это функция производительности: вспомогательный крюк движется в 2–5 раз быстрее главного и берёт на себя всё до примерно четверти номинальной грузоподъёмности. На машине, которая большую часть дня поднимает 2 т, главный подъём — мёртвый груз.
Опубликованный перечень конфигураций тяжёлой серии двухбалочных кранов делает закономерность очевидной. С 16 т и выше каждая грузоподъёмность записана парой.
| Указанная грузоподъёмность | Основной / вспомогательный | Доля вспомогательного от основного |
|---|---|---|
| 5 t | один крюк | нет |
| 10 t | один крюк | нет |
| 16 t | 16 / 3.2 t | 20 процентов |
| 20 t | 20 / 5 t | 25 процентов |
| 32 t | 32 / 5 t | 16 процентов |
| 50 t | 50 / 10 t | 20 процентов |
| 75 t | 75 / 20 t | 27 процентов |
| 100 t | 100 / 20 t | 20 процентов |
| 125 t и выше | 125 / 32 t и выше | 25–30 процентов |
Здесь электрическая история расходится с однобалочным краном. Вспомогательный подъём — это второй выпрямитель, вторая цепь управления тормозом и второй моторный кабель, и он намеренно выбран маленьким. Маленькие приводы — как раз те, у кого худшее искажение тока относительно собственной нагрузки, потому что ёмкость звена постоянного тока и реактор, если он есть, выбираются под малый типоразмер, а не под гармоники. Та же логика относится к талям и аксессуарам в заказе: малый агрегат — не простой.
Два шестипульсовых выпрямителя на одной шине не усредняются. Опубликованная лабораторная демонстрация на двух приводах от общей шины переменного тока показала 10.9 A пятой гармоники от первого привода и примерно вдвое больше при работающем втором. Один плюс один равно двум, как формулирует это техническая записка Eaton. Формы кривых похожи, фазовые углы похожи, а похожие углы складываются.
Между двумя крайностями, и весь разговор именно об этом разрыве. Удобное допущение — арифметическое сложение: пять приводов, пятикратный гармонический ток. Оптимистичное допущение — корень из суммы квадратов: пять приводов, 2.24-кратный гармонический ток. Реальность лежит между ними и зависит от того, насколько приводы похожи и сдвинуты ли фазы их выпрямителей.
Отрасль описывает это показателем суммирования, который часто обозначают alpha. Показатель 1 — арифметическое сложение без компенсации. Показатель 2 — корень из суммы квадратов, что получается при случайном распределении фазовых углов. Статья IEEE 2013 года Cuk, Cobben, Ribeiro и Kling измеряла параллельные асинхронные приводы на двух объектах в течение недели с разрешением одна секунда, охватив и шестипульсовые, и двенадцатипульсовые входы, и вывела коэффициенты для упрощённого суммирования именно потому, что ни одна из крайностей не верна.
Практически важно суммарное искажение потребления на шине, а не суммарное гармоническое искажение одного привода. Это разные числа, и покупатели постоянно их путают. Вот что дают два правила сложения для группы одинаковых приводов.
| Приводов на шине | TDD при арифметическом сложении, без реактора (THDi 100 процентов) | TDD при корне из суммы квадратов, без реактора | TDD при арифметическом сложении, реактор 5 процентов (THDi 40 процентов) | TDD при корне из суммы квадратов, реактор 5 процентов |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 100 процентов | 100 процентов | 40 процентов | 40 процентов |
| 2 | 100 процентов | 71 процент | 40 процентов | 28 процентов |
| 3 | 100 процентов | 58 процентов | 40 процентов | 23 процента |
| 5 | 100 процентов | 45 процентов | 40 процентов | 18 процентов |
| 7 | 100 процентов | 38 процентов | 40 процентов | 15 процентов |
| Предел IEEE 519-2022, Isc/IL 20–50 | 8 процентов | 8 процентов | 8 процентов | 8 процентов |
Наш расчёт по опубликованным ABB диапазонам THDi для приводов HVAC и стандартным правилам сложения. Таблица говорит неудобную вещь. Даже если у каждого привода есть реактор 5 процентов и фазовые углы распределились идеально, двухбалочный кран с пятью приводами выходит на 18 процентов TDD против предела 8 процентов. Установка реакторов очень сильно помогает отдельному приводу и всё равно оставляет шину вне нормы.
Это не повод отказываться от реактора. Это повод перестать верить, что реактор — весь ответ. На одиночном приводе та же таблица показывает падение с 40 до 18 процентов, поэтому реактор стоит своих двухсот долларов. На машине с пятью приводами тот же реактор даёт переход со 100 на 18 — число другого порядка, но всё ещё далеко от 8.
Сдвиг фаз — самое дешёвое реальное решение по гармоникам для группы приводов, и на кранах его почти никогда не заказывают. Идея проста: два шестипульсовых выпрямителя, питаемых от обмоток со сдвигом 30 электрических градусов, создают пятую и седьмую гармоники, сдвинутые на 180 градусов, поэтому они компенсируются на общей шине вместо сложения. Один шестипульсовый плюс один сдвинутый шестипульсовый ведут себя как двенадцатипульсовый выпрямитель в точке их соединения.
Опубликованные цифры искажения тока для доступных входных каскадов — от ABB и из данных Siemens по гармоникам приводов при полной нагрузке — объясняют, почему это важно.
| Входной каскад | Типичный THDi тока при полной нагрузке | Что это даёт шине с пятью приводами | Реальное применение на кранах |
|---|---|---|---|
| 6-пульсовый, без реактора | 90–120 процентов | доминирует худший случай | очень часто в дешёвых шкафах управления |
| 6-пульсовый, реактор 2–3 процента | 43–44 процента | помогает, но всё ещё выше 8 | частая модернизация |
| 6-пульсовый, реактор 5 процентов | 34–45 процентов | 15–18 процентов, если углы разнесены | стандарт в HVAC, редкость на кранах |
| 12-пульсовый | 8.8 процента | у предела, нужен трансформатор с двумя обмотками | редко на кранах, обычно в металлургии |
| 18-пульсовый | 3.9 процента | ниже предела | иногда, для мощных подъёмов |
| Активный выпрямитель, двухквадрантный | 1.3–5 процентов | ниже предела, единичный коэффициент мощности | всё чаще заказывают для подъёмов тяжёлого режима |
| Активный выпрямитель, четырёхквадрантный | 1.2 процента плюс рекуперация | ниже предела и возвращает энергию торможения | премиум, оправдан примерно свыше 50 т |
Одна опубликованная демонстрация стоит больше всей таблицы. Два одинаковых шестипульсовых привода на общей шине, один трансформатор сдвига фаз: пятая гармоника от 10.9 A на привод примерно до 21.8 A суммарно без сдвига и почти до нуля с ним. Трансформатор ничего не фильтровал. Он превратил две синфазные кривые в две противофазные.
На двухбалочном кране это действительно практично, потому что два подъёма — это отдельные приводы, которые не обязаны быть одинаковыми. Машина на 20 т с главным подъёмом 16 kW и вспомогательным 2.6 kW может получить вспомогательный подъём от сдвинутого питания или просто от отдельного малого трансформатора с другой группой соединений. Это компенсирует пятую и седьмую гармоники между двумя крупнейшими источниками ценой обмотки, а не активного выпрямителя.
Чего это не делает — не компенсирует четыре двигателя передвижения, которые одинаковы, питаются от одной пары инверторов в режиме master/slave и потому идеально синфазны друг с другом. Одинаковые приводы от одного инвертора — не четыре источника гармоник. Это один источник с четырьмя нагрузками, поэтому передвижение обычно наименьшая из проблем, а два подъёма — наибольшая.
Нет, и именно здесь большинство покупателей ставит диагноз наоборот. Описанная выше машина на 50 т имеет 44.4 kW электрооборудования и ни одного инвертора. Подъём — двухскоростное переключение полюсов на 4 и 0.67 m/min. Передвижение — двухскоростное переключение полюсов на 40 и 10 m/min. Тележка — 20 и 5 m/min. Каждое движение коммутируется контактором.
Такая машина не создаёт значительного гармонического тока, потому что асинхронный двигатель с переключением полюсов — линейная нагрузка. Она создаёт другое: пусковой ток в шесть–восемь раз выше номинального, который держится, пока двигатель не выйдет на скорость, с пиком первого периода до десяти–двенадцати крат по документации ABB по приводам. На машине 44 kW это событие в 500–800 A при каждом пуске, и при режиме M6 оно происходит несколько сотен раз в час.
Поэтому две конструкции требуют противоположных мер.
| Симптом | Кран с переключением полюсов | Кран с VFD | Неправильный ответ |
|---|---|---|---|
| Мигают лампы при каждом подъёме | да, пусковой ток | меньше, если звено постоянного тока не на пределе | покупка трансформатора побольше |
| Генератор отключается при пуске | весьма вероятно | возможно, если мал по мощности | установка гармонического фильтра |
| Греется ток в нейтрали или заземлении | нет | да, гармоники, кратные трём | замена кабеля |
| Горят предохранители конденсаторной батареи | маловероятно | классический гармонический резонанс | установка конденсатора побольше |
| Подгорание контактов контактора | высокое, из-за пускового тока | ниже | смена марки контактора |
| Правильная мера | устройство плавного пуска или модернизация до VFD | реактор, затем AFE или 12-пульсовый | существуют оба, они не взаимозаменяемы |
Наши проектные оценки по опубликованным ABB коэффициентам пускового тока и скоростям движений из опубликованного паспорта 50-тонного крана. Вывод: первый вопрос при любой проблеме питания двухбалочного крана — не о том, каковы искажения. А о том, есть ли вообще инвертор. Я видел гармонический фильтр, предложенный для крана с контакторной коммутацией, — вежливый способ продать человеку трансформатор, который ему не нужен.
Потому что шина — это резистор с индуктивностью, а кран снимает ток в той точке, где оказался мост. Кран, стоящий у точки питания, почти не видит падения. Тот же кран на дальнем конце видит всю длину проводника, и на длинном пролёте числа перестают быть теоретическими.
Опубликованные значения полного сопротивления для закрытых шинопроводов, применяемых на крановых путях, при 35 градусах C, на метр.
| Проводник | Номинальный ток | Полное сопротивление, Ом на метр | Сопротивление постоянному току, Ом на метр |
|---|---|---|---|
| Алюминий, контактная поверхность из нержавеющей стали | 500 A | 0.000158 | 0.000098 |
| Алюминий | 800 A | 0.000145 | 0.000075 |
| Алюминий | 1000 A | 0.000138 | 0.000052 |
| Медь | 500 A | 0.000162 | 0.000105 |
| Медь | 800 A | 0.000138 | 0.000058 |
| Медь | 1000 A | 0.000128 | 0.000035 |
Полезная часть — расчётные примеры самого производителя на том же листе, потому что они показывают, что происходит при общем пролёте. Два крана с суммарным током 900 A на алюминиевой шине 1000 A, длина пролёта 245 m, питание с конца: падение 52.6 V. Тот же пролёт в меди: 48.8 V. Один кран с током 1000 A на алюминиевой шине 1000 A длиной 250 m: 59.7 V. Для системы 400 V это 13.2 и 14.9 процента.
Это далеко за любым разумным пределом, и причина не в кране. Причина в питании длинного пролёта с одного конца при токе, близком к номиналу шины. Пример на самом деле показывает, что общий путь — это задача электрического проектирования прежде, чем задача крана, и что место питания важнее материала проводника.
IEC 60364-5-52 Приложение G носит рекомендательный, а не обязательный характер, но именно под него все проектируют: до 3 процентов для осветительных цепей и до 5 процентов для прочих конечных цепей, считая от точки питания. То же приложение прямо указывает, что просадку при пуске двигателя надо проверять отдельно, потому что соблюдение установившегося предела не гарантирует терпимой просадки при пуске.
Поэтому вопрос для двухбалочного крана — какую долю этих 5 процентов съедает шина. Наш расчёт ниже использует приведённые выше опубликованные полные сопротивления, питание с конца, 400 V и токи кранов из первой таблицы.
| Кран | Ток | Длина пути | Шина | Падение напряжения | Доля от 400 V |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 t | 45.5 A | 150 m | 1000 A Al | 1.63 V | 0.41 процента |
| 20 t | 45.5 A | 300 m | 1000 A Al | 3.26 V | 0.82 процента |
| 50 t | 83.8 A | 200 m | 1000 A Al | 4.01 V | 1.00 процента |
| 50 t | 83.8 A | 400 m | 1000 A Al | 8.01 V | 2.00 процента |
| 100 t | 170 A | 300 m | 1000 A Al | 12.2 V | 3.05 процента |
| 100 t | 170 A | 400 m | 500 A Al | 18.6 V | 4.65 процента |
| 2 x 50 t одновременно | 167.6 A | 400 m | 1000 A Al | 16.0 V | 4.01 процента |
| Опубликованный пример, 2 крана | 900 A | 245 m | 1000 A Al | 52.6 V | 13.2 процента |
Наш расчёт по опубликованному сопротивлению на метр, со стандартным соотношением для трёх фаз, где длина проводника равна половине пролёта при питании от середины и полному пролёту при питании с конца. Все строки — с питанием с конца, чтобы сравнение было корректным.
Результаты утешительны для крана и неутешительны для пути. Один двухбалочный кран с током 45–84 A съедает 0.4–2 процента бюджета, что нормально. Два таких крана на общей шине 400 m съедают 4 процента, и на собственные фидеры предприятия почти ничего не остаётся. Три крана при 900 A съедают 13.2 процента — это опубликованный пример и причина, по которой общий пролёт не проходит, хотя каждый отдельный кран на бумаге выглядит правильно.
И ещё одно, чего падение делает, а счётчик не покажет. Оно происходит в подвижном соединении, в токосъёмниках, а не в клеммной коробке. Прерывистый контакт токосъёмника на длинной шине — классический источник того, что отрасль называет слабым движением на дальнем конце: контактор держит, двигатель вращается, а груз всё равно не поднимается. Если симптом появляется только когда мост на одном конце пролёта, измеряйте напряжение на кране, а не на шкафу.
Варят его. Потери инвертора публикуются на уровне 40–50 W на kVA номинала, или 3–5 процентов номинальной мощности. Привод подъёма 45 kW при коэффициенте мощности 0.85 выглядит примерно как 53 kVA, поэтому его потери при полной нагрузке составляют от 2.1 до 2.7 kW тепла внутри стального шкафа.
Опубликованный расчётный пример от проектировщика крановых шкафов делает это наглядным. Шкаф главного подъёма типа QDY металлургического исполнения накапливает около 1.68 kW потерь: 1.5 kW в инверторе, 0.07 kW на шине, 0.04 kW в контакторах, 0.02 kW в блоке питания и 0.05 kW на мелкие элементы. Корпус 2,000 на 800 на 600 mm, установлен отдельно стоящим, что даёт эффективную площадь теплоотдачи 5.712 квадратного метра по соотношению IEC TR 60890. Окрашенная сталь отдаёт около 5.5 W на квадратный метр на кельвин. При перегреве 15 K шкаф отводит 471 W.
Значит, 1.68 kW потерь в шкафу, который естественно отводит 471 W, выходят на перегрев 1,680 делённое на произведение 5.5 и 5.712, то есть 53.5 K. В цеху с температурой 42 C внутри такого шкафа около 95 C.
Теперь добавьте второй подъём. Двухбалочный кран свыше 16 т ставит две группы инверторов в один корпус, и вспомогательный не так уж мал, потому что шкаф общий.
| Кран | Установленная мощность приводов | Тепло при 3.5 процента | Естественный отвод при 15 K | Установившийся перегрев без вентилятора | Внутри при 40 C снаружи |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 t однобалочный | 14.1 kW | 0.49 kW | 471 W | 16 K | 56 C |
| 20 t двухбалочный | 24.1 kW | 0.84 kW | 471 W | 27 K | 67 C |
| 32 t двухбалочный | 33.2 kW | 1.16 kW | 471 W | 37 K | 77 C |
| 50 t двухбалочный | 44.4 kW | 1.55 kW | 471 W | 49 K | 89 C |
| 50 t с одним вентиляторным комплектом | 44.4 kW | 1.55 kW | 1,200 W при 250 m3/h фильтрованного воздуха | около 15 K | около 55 C |
Наш расчёт по опубликованной норме потерь, опубликованному соотношению для корпуса и опубликованной кривой снижения характеристик. Последняя строка использует типичный фильтрованный вентиляторный комплект на 250 кубических метров в час и носит ориентировочный характер; определяющей является кривая поставщика вентилятора.
Почему это важно именно для искажений. Опубликованное снижение характеристик инвертора — 1.5 процента номинального выходного тока на градус выше 40 C окружающей среды. При 55 C внутри корпуса у привода остаётся 77.5 процента номинала, поэтому инвертор 45 kW ведёт себя как инвертор 35 kW. Привод, работающий на 78 процентах паспортного значения на двигатель, выбранный под полную нагрузку, либо отключается по перегрузке по току, либо, что хуже, работает в искажённой рабочей точке, где в кривой тока больше гармоник, чем в паспортной цифре, под которую его выбирали. Охлаждение шкафа на двухбалочном кране — не вопрос комфорта. Это часть аргумента о соответствии по гармоникам.
Две связанные привычки из того же источника стоит перенять. Выносите тормозной резистор из корпуса, потому что его поверхность достигает более 300 C во время цикла рекуперации. И никогда не крепите шкаф на стену, не пересчитав тепловой расчёт, потому что настенный одиночный корпус теряет около 11 процентов эффективной площади по сравнению с отдельно стоящим.
Иногда, и запас меньше, чем предполагает большинство покупателей. У катушки контактора есть диапазон срабатывания и диапазон отпускания, и диапазон отпускания широкий. Опубликованный паспорт одного миниатюрного контактора даёт срабатывание при 85–110 процентах номинального напряжения катушки и отпускание где угодно в диапазоне 20–75 процентов. Если ваш конкретный экземпляр отпускает на верхней границе этого диапазона, просадка в 25 процентов его отключит.
На двухбалочном кране это важнее, чем на однобалочном, потому что контакторов больше и движений, которые можно потерять, тоже больше. Потеря одного из четырёх контакторов передвижения оставляет три двигателя, тянущих один конец, и один, идущий накатом, что система master/slave затем пытается исправить, нагружая остальные три сильнее. Так кран и сходит с рельса.
| Источник | Показатель | Что это значит на объекте |
|---|---|---|
| Опубликованный паспорт контактора | срабатывание 85–110 процентов, отпускание 20–75 процентов от номинала катушки | просадка 25 процентов может отпустить катушку в худшем случае |
| IEC 60034-1, зона A | плюс-минус 5 процентов напряжения, плюс-минус 2 процента частоты | двигатель в безопасности, контактор — не обязательно |
| IEC 60034-1, зона B | плюс-минус 10 процентов напряжения, плюс 3 — минус 5 процентов частоты | номинальный момент есть, но горячее, только кратковременно |
| NEMA MG 1 | плюс-минус 10 процентов напряжения, плюс-минус 5 процентов частоты, суммарно не более 10 | североамериканский эквивалент, немного мягче |
| Исследование EPRI по устойчивости к просадкам | типичная просадка длится 5–15 периодов, 83–250 ms | достаточно долго, чтобы катушка отпустила и включилась снова |
| Практика выбора генератора | двигатели допускают 30–35 процентов, проектировщики ограничивают 20 процентами | эти 20 процентов — про контакторы, а не про двигатели |
Практическое решение почти ничего не стоит, и почти никто его не делает: питайте цепь управления от малого трансформатора со стабилизированным напряжением или от источника постоянного тока с конденсатором, чтобы напряжение катушки не повторяло колебания силовой шины. Другое решение — задавать движения последовательно, а не одновременно, что ПЛК может делать бесплатно.
Это полностью зависит от того, формирует ли кран ваш месячный максимум. Там, где формирует, опубликованный промышленный тариф показывает масштаб потерь. Один тарифный лист сельского электрического кооператива берёт USD 11.56 за kW приобретаемой мощности плюс USD 11.81 за kW распределительной мощности, то есть около USD 23.37 за kW в месяц. Тот же лист корректирует оплачиваемую мощность вверх, когда коэффициент мощности при максимальной нагрузке ниже 97 процентов, умножая зафиксированную мощность на 97, делённое на фактический коэффициент мощности. Он также берёт USD 0.01009 за каждый избыточный kVARh, когда среднемесячное значение опускается ниже 95 процентов.
Шестипульсовый привод без реактора имеет истинный коэффициент мощности около 0.69, хотя коэффициент смещения привода равен 0.98, потому что член искажения тянет суммарное значение вниз. Вот что это даёт крану 24.1 kW.
| Коэффициент мощности | Полная нагрузка | Оплачиваемая мощность | Переплата в месяц | Переплата в год | Вероятная причина |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.98 | 24.6 kVA | 24.1 kW | нет | нет | активный выпрямитель |
| 0.93 | 25.9 kVA | 25.1 kW | USD 23 | USD 281 | реактор 5 процентов |
| 0.85 | 28.4 kVA | 27.5 kW | USD 79 | USD 953 | реактор 2–3 процента |
| 0.69 | 34.9 kVA | 33.9 kW | USD 229 | USD 2,748 | 6-пульсовый, без реактора |
| 0.69, два крана пикуют одновременно | 69.8 kVA | 67.8 kW | USD 458 | USD 5,496 | то же, удвоенное |
Наш расчёт, применённый к опубликованному тарифу и мощности крана 24.1 kW, при USD 23.37 за kW в месяц. Две честные оговорки. Это бьёт только там, где работа крана совпадает с расчётным максимумом, что типично для литейного цеха или цеха ЖБИ и нетипично для склада, где кран работает эпизодически. И это предполагает, что энергоснабжающая организация применяет букву именно этого тарифа, а это зависит от региона.
Там, где это действительно бьёт, реактор за несколько сотен долларов возвращает четырёхзначную сумму в год. В этом вся коммерческая аргументация в пользу реакторов на двухбалочном кране, и к хорошему гражданскому поведению она отношения не имеет.
Тяжёлые мостовые краны ведут до четырёх двигателей передвижения синхронно, а синхронизацию обеспечивает один крановый инвертор в режиме master/slave. Опубликованные данные приводов для кранового режима дают для двигателей передвижения 1.8-кратный номинальный момент при пуске, режим S4 с продолжительностью включения 40 процентов, до 360 включений в час и изоляцию по NEMA MG 1 Part 31 для совместимости с инверторами.
С этой схемой связаны два вида электрических отказов, и ни с чем другим на кране они не связаны. Первый — перекос момента: если один ведомый отстаёт, ведущий увеличивает момент на всех четырёх, опережающая концевая балка проскальзывает или сходит с рельса, и кран перекашивается на пути. Второй — уравнительный ток между двигателями, подключёнными к одному звену постоянного тока, когда длины их кабелей существенно различаются; это проявляется неравномерным нагревом двигателей, который тепловизор находит задолго до того, как появится код ошибки.
Ни то, ни другое не является проблемой гармоник, и оба часто списывают на гармоники, потому что симптом — отключение. Если ваши отключения происходят при передвижении и никогда при подъёме, вы смотрите на проблему согласования приводов, а не на проблему качества электроэнергии.
Почти полностью. Опубликованные проектные пределы для подъёмов, сведённые по классификациям ISO, FEM, CMAA и AS, задают жёсткий потолок часов работы и включений в час для каждого класса.
| Класс | ISO / AS | FEM | CMAA | Часов работы в сутки | Включений в час |
|---|---|---|---|---|---|
| 4 | M4 | 1Am | B | 2 | 180 |
| 5 | M5 | 2m | C | 4 | 240 |
| 6 | M6 | 3m | D | 8 | 300 |
| 7 | M7 | 4m | E | 16 | 360 |
| 8 | M8 | 5m | F | 16 плюс | 360 |
Машина класса M5 накапливает примерно 8 миллионов включений за срок службы при четырёх часах в сутки. Машина класса M7 накапливает примерно вчетверо больше, потому что потолок класса выше в четыре раза. Гармоники за одно включение не меняются. Меняется число включений, в которых гармоники и пусковой ток совпадают со всем остальным на предприятии.
Здесь диапазон 5–100 т расходится, и расходится в неудобном месте. Пределы эмиссии гармоник для оборудования, подключённого к общественным низковольтным системам при токе 16–75 A на фазу, задаёт IEC 61000-3-12. Двухбалочный кран на 20 т при 45.5 A попадает внутрь этого окна. Кран на 50 т при 83.8 A оказывается вне его, и тогда то же семейство продукции оценивают по собственному пределу искажений энергоснабжающей организации, а не по стандарту на оборудование.
| Документ | Область применения | Куда попадает двухбалочный кран |
|---|---|---|
| IEC 61000-3-2 | входной ток до 16 A на фазу | только самые малые машины; 5 т при 16.6 A уже вне |
| IEC 61000-3-12 | 16–75 A на фазу, до 690 V, 50 или 60 Hz, общественная низковольтная сеть | 5–32 т попадают внутрь; 40 т и 50 т оказываются вне |
| IEEE 519-2022 | искажение тока и напряжения в точке общего присоединения, пределы масштабируются по отношению токов короткого замыкания | применимый предел в большинстве экспортных контрактов, TDD 5–20 процентов в зависимости от отношения |
| IEC 60204-32:2023 | электрооборудование грузоподъёмных машин от вводного выключателя крана и далее, включая шинопроводы и подвесной токоподвод вне машины, до 1000 V AC | охватывает питание пути, то есть часть, которую чаще всего оставляют вне кранового контракта |
| IEC 60364-5-52 Приложение G | рекомендуемое падение напряжения: 3 процента для освещения, 5 процентов для прочих конечных цепей, просадка при пуске проверяется отдельно | бюджет, в который въедается путь |
| IEC 61800-5-1 | электрическая безопасность систем приводов, включая защиту от токов утечки на землю | приводы могут создавать сглаженный постоянный ток утечки, поэтому требуется устройство типа B или B+ |
Таблицу напряжений IEEE 519-2022 стоит носить с собой, потому что именно её покупатели цитируют без оговорки. В точке общего присоединения ниже 1 kV предел составляет 5.0 процента для любой отдельной гармоники и 8.0 процента суммарно. От 1 до 69 kV он ужесточается до 3.0 и 5.0. Таблица токов, которую все забывают, масштабируется по отношению токов короткого замыкания: 4.0 процента для пятой гармоники и 5.0 процента TDD при отношении ниже 20, возрастая до 15.0 и 20.0 при отношении выше 1,000. Кран на предприятии с мощной питающей сетью имеет больше запаса, чем тот же кран в конце длинного сельского фидера, и оборудование при этом идентично.
По токам утечки крановый момент в том, что устройство типа AC или A может быть «ослеплено» сглаженной постоянной составляющей, которую создаёт привод при повреждении. Опубликованная литература по устройствам для крановых установок рекомендует тип B или B+ с защитой от ложных срабатываний на длинных кабелях и отмечает, что встроенный EMC-фильтр заявлен эффективным лишь в пределах примерно 5–10 m экранированного моторного кабеля. На двухбалочном кране со шкафом на одном конце и подъёмом на другом это расстояние регулярно превышается — ровно та ситуация, для которой и существуют помехоустойчивые устройства.
Десять строк, и на каждую любой компетентный поставщик ответит на одной странице. Я предпочту их сертификату соответствия, за которым нет ни одной цифры.
1. Количество отдельно коммутируемых двигателей и для каждого — шестипульсовый вход, двенадцатипульсовый или активный. 2. Установлен ли реактор или фильтр, процент полного сопротивления, сторона переменного тока или звено постоянного тока. 3. Материал шины, номинальный ток, количество и расположение точек питания и рассчитанное падение при токе крана на фактической длине пролёта. 4. Сколько кранов делят шину и какую одновременность предполагает проект. 5. Тепловыделение шкафа в kW, способ охлаждения и температура окружающей среды в месте установки шкафа летом. 6. Напряжение катушки и допуск на удержание, и есть ли у цепи управления собственный трансформатор. 7. Изоляция двигателей по NEMA MG 1 Part 31, если установлены инверторы. 8. Тип и уставка устройства защиты от токов утечки, и устойчиво ли оно к многочастотному току утечки. 9. Класс режима по ISO 4301, FEM или CMAA с числом включений в час. 10. По какому пределу гармоник проектирует поставщик и в какой точке измерения.
Если вы получили предложение, где сказано только, что кран имеет маркировку CE, ни на один из этих десяти пунктов ответа нет. Это не критика маркировки CE. Это констатация, что маркировка CE ничего не говорит о десятом кране в вашем пролёте.
Для машин, которые уже работают, порядок работ ниже — то, что я действительно сделал бы, отсортированное по отдаче, а не по изяществу.
| Мероприятие | Стоимость | Что решает | Окупаемость |
|---|---|---|---|
| Вынести шкаф из горячей зоны и добавить вентиляторный комплект | USD 400–1,500 | 20–25 K внутреннего перегрева, восстанавливает полный номинал привода | менее года там, где отключения часты |
| Питание цепи управления от источника стабилизированного напряжения | USD 200–600 | отпадание контакторов при просадках | немедленно |
| Реактор 5 процентов на каждый привод, где его нет | USD 200–600 на привод | THDi примерно со 100 до примерно 40 процентов, коэффициент мощности с 0.69 до 0.93 | 6–18 месяцев на плате за мощность |
| Вторая точка питания в середине пролёта пути | USD 1,500–5,000 | вдвое снижает падение на длинном пролёте | единственное реальное средство от слабого движения на дальнем конце |
| Сдвинутое питание для вспомогательного подъёма | USD 2,000–6,000 | компенсирует 5-ю и 7-ю гармоники между двумя крупнейшими приводами | 2–6 лет в зависимости от предела |
| Активный выпрямитель на главном подъёме | надбавка USD 3,000–9,000 | THDi ниже 5 процентов, единичный коэффициент мощности, рекуперация | 3–8 лет, быстрее при тяжёлом режиме |
| Гармонический фильтр на шине предприятия вместо крана | USD 4,000–12,000 | общую проблему, если вклад дают несколько кранов | полностью зависит от остальной нагрузки на шине |
| Установка гармонического фильтра на кран с контакторной коммутацией | USD 3,000–8,000 | ничего, потому что выпрямителей нет | никогда. Ставьте устройство плавного пуска |
Стоимость — наши проектные оценки на 2026 год, европейская и ближневосточная поставка. Последняя строка в таблице стоит намеренно. Это ошибка, которую я вижу чаще всего, и именно её подписывают, потому что слово «фильтр» звучит как инженерия.
Да, но не по той причине, которую предполагают люди. Два привода подъёма складывают свои гармонические токи на шине ещё до того, как ток дойдёт до вашего трансформатора, а однотипные приводы с близкими фазовыми углами складываются почти арифметически. Опубликованная лабораторная демонстрация показала пятую гармонику одного привода на уровне 10.9 A и примерно вдвое больше при работающем втором приводе. Вспомогательный подъём сложнее из двух, потому что он мал и работает в плохой рабочей точке. Наша серия двухбалочных кранов указывает оба подъёма отдельно именно по этой причине.
Нет, и это та часть, которая удивляет покупателей. Реактор снижает THDi тока отдельного привода примерно со 100 процентов до примерно 40 процентов, это большое улучшение и оно стоит своих денег. На шине с пятью приводами итоговое суммарное искажение потребления всё равно оказывается около 15–18 процентов, даже если фазовые углы распределены идеально, против предела IEEE 519 в 8 процентов. Реактор необходим, но недостаточен. Остаток разрыва закрывают сдвиг фаз или активный выпрямитель.
Потому что шина — это и есть цепь, и кран снимает ток в той точке, до которой доехал. Опубликованный лист проводников даёт 0.000138 Ом на метр для алюминиевой шины 1000 A, что для пролёта 245 m, по которому ходят краны с суммарным током 900 A, даёт падение 52.6 V, то есть 13.2 процента от 400 V. Один двухбалочный кран при 45–84 A съедает лишь 0.4–2 процента, поэтому симптом, который вы видите, почти всегда означает общий пролёт. Добавьте точку питания в середине пролёта прежде, чем что-то менять.
Да, и таких много. Опубликованный двухбалочный кран на 50 т и 13.5 m указывает 44.4 kW электрооборудования с двухскоростными двигателями с переключением полюсов на подъёме, тележке и передвижении и без единого привода. Такая машина почти не создаёт гармонического тока, потому что асинхронный двигатель с переключением полюсов — линейная нагрузка. Зато она даёт пусковой ток в шесть–восемь раз выше номинального, и правильное решение — устройство плавного пуска, а не фильтр. Спросите, какую конструкцию вы покупаете, прежде чем принимать решение по гармоникам.
Потому что две группы инверторов стоят в одном корпусе, а потери инвертора составляют 3–5 процентов номинальной мощности. Опубликованный расчётный пример даёт для шкафа одиночного подъёма 45 kW 1.68 kW внутренних потерь в коробке, которая естественно отводит 471 W при перегреве 15 K, что выходит на перегрев 53.5 K и примерно 95 C внутри при 42 C в цеху. Инверторы снижают ток на 1.5 процента на градус выше 40 C, поэтому привод 45 kW ведёт себя как привод 35 kW. Поставьте вентиляторный комплект и вынесите тормозной резистор из шкафа.
Охлаждение шкафа, затем напряжение цепи управления, затем реакторы, именно в этом порядке. Четвёртый пункт, который окупается, — вторая точка питания на пути, но только если симптом в слабом движении на дальнем конце, а не в искажениях. Если предприятие платит за корректировку коэффициента мощности, реактор за несколько сотен долларов на кране 24.1 kW экономит около USD 2,700 в год при истинном коэффициенте мощности 0.69, исходя из опубликованного тарифа с платой около USD 23.37 за kW мощности.
Похожие статьи:
Качество электроэнергии крана: что однобалочный кран делает со слабой сетью
Энергопотребление двухбалочного крана: во что на самом деле обходится эксплуатация машины 5–100 т
Монтаж двухбалочного крана: сборка моста на объекте
Воплощённый углерод крана: что на самом деле несёт в себе 20-тонный двухбалочный кран
Энергопотребление тали: куда на самом деле уходят киловатт-часы