Электропривод постоянного тока с транзисторным преобразователем «ЭПТОН-МТ» для шахтной подъемной машины


Традиционно электропривод редукторных шахтных подъемных машин (ШПМ) с приводными электродвигателями мощностью более 1250 кВт и всех безредукторных ШПМ строился на базе мощных электродвигателей постоянного тока. Управление мощными электродвигателями в ШПМ осуществлялось с помощью регулируемых генераторов постоянного тока (система Г-Д), либо с помощью управляемых тиристорных преобразователей постоянного тока (система ТП-Д).

Электропривод постоянного тока ШПМ по схеме Г-Д состоит минимум из трех электрических машин, соединенных последовательно (гонный синхронный электродвигатель - генератор постоянного тока – приводной электродвигатель), поэтому имеет низкий КПД и требует существенных затрат на обслуживание электрических машин.

Электропривод постоянного тока ШПМ с тиристорными преобразователями (ТП-Д) также имеет существенные недостатки:

- из питающей сети потребляется значительная реактивная мощность;

- входные токи тиристорного преобразователя частоты содержат высшие гармонические составляющие, отрицательно влияющие на питающую сеть и другие потребители;

- потребляемая реактивная мощность и высшие гармоники входного тока требуют установки более мощных согласующих трансформаторов, повышающих цену оборудования;

- для компенсации реактивной мощности и снижения отрицательного влияния высших гармоник входного тока требуется установка дорогостоящих фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ) и быстродействующих компенсаторов реактивной мощности (КРМ).

Наиболее остро проблема фильтрации гармоник тока и компенсации реактивной мощности в питающей ШПМ сети возникает при замене устаревших приводов постоянного тока по схеме Г-Д на электропривод постоянного тока с тиристорными преобразователями ТП-Д. Заменяемый электропривод по схеме Г-Д с гонным синхронным электродвигателем (СД) потребляет из сети только активную мощность при синусоидальном токе. Установка тиристорного преобразователя вместо синхронного электродвигателя (СД) и генератора постоянного тока (Г) приводит к существенному увеличению потребляемой из сети реактивной мощности, сопровождается значительным увеличением тока и искажениями формы тока и напряжения в питающей сети. Отрицательное влияние тиристорного преобразователя на сеть может потребовать существенных затрат на замену кабельного хозяйства, повышение мощности трансформаторов питающей подстанции, установку фильтрокомпенсирующих устройств и быстродействующих компенсаторов реактивной мощности.

ЗАО «ЭРАСИБ» разработало и предлагает к поставке для электропривода постоянного тока шахтных подъемных машин мощные рекуперативные транзисторные преобразователи постоянного тока типа «ЭПТОН-МТ», которые сохраняют все достоинства электропривода постоянного тока, но лишены недостатков электроприводов по схеме Г-Д и по схеме ТП-Д с тиристорными преобразователями.

Мощные транзисторные преобразователи постоянного тока «ЭПТОН-МТ» для электропривода ШПМ строятся путем организации одновременной работы нескольких каналов преобразования на общую нагрузку – якорь электродвигателя постоянного тока. Каждый канал преобразования содержит входной трехфазный «синусный» фильтр, входной трехфазный транзисторный инвертор напряжения (активный выпрямитель) с синусоидальной ШИМ, промежуточное звено постоянного тока с накопительным конденсатором (НК), выходной транзисторный широтно-импульсный регулятор по схеме Н-моста и выходной реактор для сглаживания пульсаций тока (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема силовых цепей транзисторного преобразователя «ЭПТОН-МТ-875»

Входной активный выпрямитель с синусоидальной ШИМ преобразует переменное напряжение вторичной обмотки трансформатора в постоянное напряжение на накопительном конденсаторе. Входной трехфазный «синусный» фильтр не пропускает высокочастотные пульсации ШИМ в питающую сеть. Выходной широтно-импульсный регулятор преобразует постоянное напряжение НК в регулируемое напряжение якоря электродвигателя за счет широтно-импульсного регулирования на высокой несущей частоте. Выходные реакторы сглаживают пульсации выходного тока ШИР-регуляторов. Входная цепь каждого канала преобразования подключается к отдельной трехфазной обмотке силового согласующего трансформатора. Цифровая микропроцессорная система управления обеспечивает равномерное распределение тока якоря электродвигателя между каналами преобразования, регулирование скорости электродвигателя и защиту преобразователя и электродвигателя.

Входные силовые фильтры и активные выпрямители с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией обеспечивают синусоидальный ток в питающей сети без дополнительных ФКУ.

За счет входных активных выпрямителей и выходных широтно-импульсных регуляторов с накопительными конденсаторами (НК) из питающей сети потребляется только активная мощность во всем диапазоне регулирования скорости электродвигателя постоянного тока, что не требует установки дополнительных компенсаторов реактивной мощности.

На рисунке 2 представлены осциллограммы токов в питающей сети (верхний график) при работе двух электроприводов постоянного тока: с 12-ти пульсным тиристорным преобразователем (красная линия) и транзисторным преобразователем «ЭПТОН-МТ» (черная линия) при скорости двигателя постоянного тока 0,5 номинальной и одинаковых моментах сопротивления нагрузки.

Рисунок 2. Осциллограммы токов и напряжения сети с тиристорным и транзисторным ПЧ

На нижнем графике рисунка 2 показана фазная ЭДС (черная линия) и напряжение фазы питающей сети при работе транзисторного преобразователя «ЭПТОН-МТ». Осциллограммы получены на расчетной имитационной модели электропривода постоянного тока мощностью 5000 кВт. Анализ осциллограмм показывает, что входной ток тиристорного преобразователя (верхний график, красная линия) существенно больше, содержит высшие гармонические составляющие и сдвинут относительно ЭДС сети в сторону отставания за счет значительной реактивной составляющей, что отрицательно влияет на сеть и других потребителей. Существенно меньшее значение тока в сети при работе преобразователя «ЭПТОН-МТ» (верхний график, черная линия) по сравнению с работой тиристорного преобразователя за счет потребления транзисторным преобразователем «ЭПТОН-МТ» только активной мощности из питающей сети. Входной ток транзисторного преобразователя «ЭПТОН-МТ» имеет близкую к синусоидальной форму и совпадает по фазе с напряжением сети без применения дополнительных ФКУ и КРМ.

На рисунке 3 показана однолинейная структурная схема однодвигательного электропривода постоянного тока безредукторной ШПМ с транзисторным преобразователем «ЭПТОН-МТ.

Рисунок 3. Однолинейная структурная схема электропривода с преобразователем «ЭПТОН-МТ»

Электропривод постоянного тока ШПМ (рисунок 3) содержит приводной электродвигатель постоянного тока (Д) с электромагнитным возбуждением, транзисторный преобразователь постоянного тока типа «ЭПТОН-МТ», питающий цепь якоря электродвигателя, силовой согласующий многообмоточный трансформатор (Тр1), возбудитель электродвигателя с 6-ти пульсным тиристорным выпрямителем типа «ЭПТОН-М», согласующим трансформатором (Тр2) и автоматическим выключателем QF, линейный контактор (ЛК), автомат главного тока (АГТ), высоковольтный разъединитель (ВР). Для защиты силовых цепей от короткого замыкания используются быстродействующие предохранители (во входных цепях «ЭПТОН-МТ») и автоматический выключатель в цепи якоря электродвигателя (АГТ). Для отключения якорной цепи в аварийных режимах работы и при простоях ШПМ используется линейный контактор (ЛК). Управление преобразователем «ЭПТОН-МТ» осуществляется цифровой микропроцессорной системой управления по командам из системы автоматического управления и контроля подъемной машиной.

Электропривод ШПМ с приводным электродвигателем постоянного тока и транзисторным преобразователем «ЭПТОН-МТ» (рисунок 3) имеет высокий КПД, потребляет из сети только активную мощность при синусоидальном входном токе за счет активных входных выпрямителей с синусоидальной ШИМ и входных силовых фильтров, входящих в состав транзисторного ПЧ, позволяет изменять направление вращения вала электродвигателей без дополнительного контакторного оборудования за счет широтно-импульсного регулирования по цепи якоря. Регулируемый электропривод обеспечивает надежную работу в режимах «Груз», «Люди», «Ревизия», «Оборудование» и обеспечивает выполнение всех требований по разгону, движению, торможению и остановке сосудов ШПМ по заданной тахограмме движения.

В Таблице представлены параметры ряда транзисторных преобразователей «ЭПТОН-МТ», разработанных для электропривода ШПМ. Все преобразователи ряда рассчитаны на номинальное выходное напряжение 930В. Преобразователи выдерживают длительно номинальный ток нагрузки и в течение 30 секунд максимальный ток нагрузки. Конструктивно преобразователи «ЭПТОН-МТ» выполняются в виде шкафов с односторонним обслуживанием со степенью защиты от IP21до IP54. Охлаждение преобразователей принудительное воздушное.

На рисунке 4 для сравнения приведены расчетные зависимости мощности, потребляемой из сети транзисторным преобразователем постоянного тока типа «ЭПТОН-МТ-3350» и тиристорным преобразователем типа «ЭПТОН-М-4000» при подъеме груза скиповой ШПМ с приводным электродвигателем постоянного тока мощностью 3000 кВт (напряжение якоря 930В, номинальные обороты 42 об/мин). Зависимости получены на расчетной модели скиповой многоканатной безредукторной шахтной подъемной машины ЦШН 5х4 скипо-клетевого ствола СКС Корбалихинского рудника ОАО «Сибирь-Полиметаллы».

Рисунок 4. Зависимости потребляемой мощности электроприводом при подъеме скипа

Анализ приведенных зависимостей (графики 2 и 3 на рисунке 4) показывает значительное снижение потребляемой из сети мощности при использовании транзисторного преобразователя «ЭПТОН-МТ-3550» по сравнению с тиристорным преобразователем, применение которого требует установки дополнительного оборудования (ФКУ и КРМ), снижающего отрицательное влияние на питающую сеть.

Для заказа преобразователя «ЭПТОН-МТ» для ШПМ необходимо заполнить опросный лист и направить по факсу (383) 342-84-90 или по электронной почте erasib@erasib.ru


Галерея


Товары