Электропривод шахтной подъемной машины на основе роторного тиристорного преобразователя частоты «ЭРАТОН-ФР(АТК)»

Традиционный электропривод переменного тока шахтной подъемной машины (ШПМ) содержит высоковольтные асинхронные электродвигатели с фазным ротором (АДФР), высоковольтные статорные реверсоры, роторные пусковые резисторно-контакторные станции управления (ПРКС) и станции динамического торможения (СДТ). Однолинейная структурная схема традиционного двухдвигательного электропривода переменного тока ШПМ показана на рисунке 1.

Рисунок 1

Упомянутый привод имеет существенные недостатки, которые заключаются в следующем:

• использование коммутационной аппаратуры для пуска и регулирования скорости ограничивает по мощности применение асинхронного привода;
• асинхронный электропривод с роторной резисторно-контакторной станцией управления и динамическим торможением не обладает регулировочными качествами, необходимыми для ШПМ, не обеспечивает высокую точность управления и не позволяет автоматизировать управление ШПМ, что приводит к снижению производительности подъема;
• при разгоне, торможении и работе ШПМ на пониженной скорости расходуется значительная электроэнергия, идущая на нагрев роторных сопротивлений ПРКС, нагрев электродвигателя и износ механических тормозов. Непроизводительно расходуемая электроэнергия повышает себестоимость продукции и снижает прибыль;
• асинхронный электропривод с пусковой резисторно-контакторной станцией потребляет из сети значительную реактивную мощность, которую необходимо оплачивать, либо компенсировать достаточно дорогими компенсаторами реактивной мощности.

Замена пусковой роторной резисторно-контакторной станции управления и станции динамического торможения на роторный тиристорный преобразователь частоты с микропроцессорной системой управления и регулирования типа «ЭРАТОН-ФР(АТК)» позволяет устранить перечисленные выше недостатки электропривода переменного тока с асинхронными электродвигателями с фазным ротором.

Преобразователь частоты типа «ЭРАТОН-ФР(АТК)» обеспечивает:

• плавный пуск и регулирование скорости вала АДФР без датчика положения вала электродвигателя, либо с датчиком скорости (тахогенератором);
• выравнивание моментов электродвигателей во всем диапазоне скоростей вала;
• высокую перегрузочную способность электропривода ШПМ;
• рекуперативное торможение электропривода с возвратом мощности с вала в питающую сеть;
• существенное снижение потребления из сети активной мощности, которая передается на вал электродвигателей с минимальными потерями и высоким КПД.

Однолинейная структурная схема электропривода ШПМ с роторными тиристорными преобразователями частоты типа «ЭРАТОН-ФР(АТК)» показана на рисунке 2. Согласно схеме между ротором каждого электродвигателя (Д1, Д2) и питающей сетью (6 кВ, 50 Гц) устанавливается тиристорный преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР(АТК)», который подключается к сети 6 кВ через согласующий трансформатор (Тр1, Тр2) и механический высоковольтный разъединитель (ВР1, ВР2).

Рисунок 2

За счет регулирования момента и скорости АДФР с помощью роторных тиристорных преобразователей типа «ЭРАТОН-ФР(АТК)» электропривод ШПМ обеспечивает:

• выбор зазоров в механических передачах и плавное натяжение канатов в паузах между пусками ШПМ;
• формирование с высокой точностью требуемой многопериодной диаграммы скорости подъемной машины независимо от изменения нагрузки;
• плавный разгон сосудов ШПМ за заданное время без потерь мощности в цепи ротора электродвигателя;
• стабилизацию скорости сосудов ШПМ в периоды равномерного движения с точностью не хуже 1% независимо от степени уравновешенности и характера изменения концевых усилий;
• выравнивание нагрузки электродвигателей на всех интервалах движения сосудов ШПМ;
• рекуперативное торможение с возвратом энергии движущихся масс в питающую сеть;
• замедление сосудов ШПМ за заданное время с формированием требуемого усилия любого знака;
• рекуперативное торможение электродвигателей с возвратом энергии движущихся масс в питающую сеть в периоды замедления сосудов ШПМ при формировании отрицательных тормозных усилий;
• малое время замедления и высокую точность остановки ШПМ без применения механического тормоза, который включается только после полной остановки ШПМ;
• работу ШПМ на пониженных скоростях в режимах маневрирования, дотягивания, постановки на кулаки, движения в разгрузочных кривых, осмотра ствола шахты без непроизводительных потерь времени и электроэнергии в роторной управляющей станции.

Электропривод с преобразователями «ЭРАТОН-ФР(АТК)» позволяет повысить производительность ШПМ за счет сокращения интервалов движения сосудов ШПМ с малой скоростью и формирования требуемой диаграммы скорости с высокой точностью.

За счет обеспечения высокой точности управления с плавным замедлением и точной остановкой сосудов ШПМ электропривод «ЭРАТОН-ФР(АТК)» исключает проскакивания и удары клети, удары скипа по разгрузочным кривым, что продлевает срок службы механизмов и снижает эксплуатационные затраты.

Электропривод с ПЧ «ЭРАТОН-ФР(АТК)» обеспечивает снижение потребления активной мощности более чем на 30% по сравнению с традиционным электроприводом на базе пусковой резисторно-контакторной станции. Однако установка тиристорного преобразователя приводит к росту потребления реактивной мощности из питающей сети при несинусоидальном токе, что зачастую приводит к необходимости установки дополнительного фильтро-компенсирующего оборудования.

При модернизации действующих электроприводов с электродвигателями с фазным ротором пусковая резисторно-контакторная станция (ПРКС) и станция динамического торможения (СДТ) могут быть сохранены в качестве резервного электропривода. На рисунке 3 показана однолинейная структурная схема двухдвигательного электропривода ШПМ после модернизации с применением роторных преобразователей частоты «ЭРАТОН-ФР(АТК)» и с резервированием. В силовой схеме электропривода (рисунок 3) после модернизации сохранено в качестве резервного все оборудование традиционного электропривода с ПРКС и СДТ (рисунок 1). Во время работы преобразователей «ЭРАТОН-ФР(АТК)» пусковые станции отключается низковольтными переключателями (НП1, НП2). При этом, пусковые станции (ПРКС) и станции торможения (СДТ) резервируется в рабочем состоянии и могут быть включены в любой момент времени для пуска и регулирования скорости электродвигателей. Такая возможность повышает надежность электропривода ШПМ.

Рисунок 3

Модернизация ШПМ переменного тока с заменой пусковой резисторно-контакторной станции и станции динамического торможения на электропривод с преобразователями производится на действующей установке без прекращения ее работы. Предварительно выполняется монтаж преобразователей «ЭРАТОН-ФР(АТК)» на свободных площадях без остановки работающей ШПМ. После окончания монтажа в кратковременные паузы в работе ШПМ проводится настройка электропривода с ПЧ «ЭРАТОН-ФР(АТК)», после чего электропривод «ЭРАТОН-ФР(АТК)» вводится в работу простым переключением контакторов НК1 и НК2. Пусковая резисторно-контакторная станция и станция динамического торможения сохраняются в работоспособном состоянии в горячем резерве, что обеспечивает резервирование электропривода ШПМ. На применение преобразователей частоты «ЭРАТОН-ФР(АТК)» на опасных производственных объектах, в том числе и на шахтах, имеется разрешение № РРС 00-38883 федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору.

Транзисторный преобразователь «ЭРАТОН-ФР» или тиристорный преобразователь «ЭРАТОН-ФР(АТК)» в электроприводе шахтной подъемной машины?

Электропривод с роторными тиристорными преобразователями «ЭРАТОН-ФР(АТК)» обеспечивает регулирование скорости шахтной подъемной машины с показателями, близкими к показателям электропривода с роторными транзисторными преобразователями типа «ЭРАТОН-ФР». Также электропривод типа АТК существенно снижает потребление активной мощности из питающей сети, как за счет возврата мощности скольжения ротора в питающую сеть, так и за счет рекуперативного торможения электропривода аналогично электроприводу с роторным транзисторным преобразователем типа «ЭРАТОН-ФР».

Основные недостатки электропривода с тиристорным преобразователем «ЭРАТОН-ФР(АТК)» связаны с потреблением значительной реактивной мощности и мощности искажения из питающей сети, с зависимостью работоспособности тиристорного преобразователя в режимах инвертирования энергии от изменений напряжения питающей сети, а также с ограниченной нагрузочной способностью в тормозных режимах. Ограниченная нагрузочная способность в тормозных режимах определяется риском возникновения аварийных режимов срыва инвертирования тиристорного преобразователя при провалах напряжения питающей сети. Срыв инвертирования в режиме торможения приведет к резкому снижению тормозного момента электродвигателей и включению аварийного предохранительного торможения. Для исключения этих аварийных режимов при значительных колебаниях напряжения питающей сети система управления тиристорным преобразователем снижает ток и момент электродвигателя в режимах торможения до уровня, исключающего срыв инвертирования преобразователя. Это приводит к снижению ускорения торможения, увеличению времени торможения и росту времени цикла подъема/спуска грузов. Таких проблем не возникает при использовании роторных транзисторных преобразователей частоты типа "ЭРАТОН-ФР", которые собираются на полностью управляемых транзисторах, коммутируемых без участия напряжения питающей сети. Транзисторные преобразователи "ЭРАТОН-ФР" обеспечивают минимальное время торможения и время цикла подъема/спуска груза при значительных колебаниях напряжения питающей сети."

По сравнению с транзисторным преобразователем «ЭРАТОН-ФР» в роторе высоковольтного электродвигателя тиристорный преобразователь «ЭРАТОН-ФР(АТК)» имеет меньшую стоимость. Относительно небольшая стоимость «ЭРАТОН-ФР(АТК)» обеспечивает меньший срок окупаемости затрат на приобретение преобразователя, если применение АТК не приводит к необходимости дополнительного увеличения мощности кабельного хозяйства и питающих подстанций, либо дополнительной установки дорогостоящих фильтро-компенсирующих устройств. Учет этих обстоятельств требует комплексного подхода к выбору варианта электропривода с конкретным типом роторного преобразователя.

С учетом перечисленных недостатков целесообразно рекомендовать электропривод с тиристорным преобразователем «ЭРАТОН-ФР(АТК)» для применения в установках, где перечисленные недостатки не играют существенной роли, и не приводят к снижению качественных показателей электропривода. Например, можно рекомендовать электропривод типа АТК в шахтных подъемных установках, не требующих торможения с высокими тормозными моментами, например, в грузовых скиповых установках неглубоких шахт, а также во вспомогательных клетевых шахтных установках с относительно редкими подъемами/спусками, допускающими движение с относительно малыми скоростями и замедляющими ускорениями.

Опыт внедрения

В 2017 году ЗАО «ЭРАСИБ» разработало и изготовило роторные тиристорные преобразователи «ЭРАТОН-ФР-1250-1300-600 (АТК)» (1250 кВт) для модернизации вспомогательного клетевого подъема с шахтной подъемной машиной 1-6х2,8Д шахты «Ново-Кальинская» (АО «СУБР» г. Североуральск).

В комплект поставки оборудования входит:

• тиристорный преобразователь ЭРАТОН-ФР-1250-1300-600 (АТК) – 2 шт.;
  (ТУ 3416-009-04747397-2008)
• согласующий сухой трансформатор (Т) мощностью 1,6 МВА – 2 шт.;
• дроссель типа СРОС(З)-800-2мГн – 2 шт.;
• реверсор высоковольтный (Р) – 2 шт.;
  (ТУ 3414-014-04747397-2016)
• устройство комплектное распределительное КРУ-6-02 (КРУ1, КРУ2) – 2 шт.;
  (ТУ 3414-015-04747397-2016)
• устройство комплектное распределительное КРУ-6-03 (КРУ3, КРУ4) – 2 шт.;
  (ТУ 3414-015-04747397-2016)
• шкаф низковольтного переключателя (ШНП1, ШНП2) – 2 шт.;
• контроллер связи системы управления (КС СУ ШПМ) – 1 шт.

Тиристорные преобразователи «ЭРАТОН-ФР-1250-1300-600 (АТК)» предназначены для управления асинхронными электродвигателями с фазным ротором (АДФР) типа АКН-2-19-47-24УХЛ4 (1250 кВт, 250 об/мин, Up=1300B, Ip=600A), которые установлены на ШПМ шахты «Ново-Кальинская» в комплекте с резисторно-контакторными пусковыми станциями (ПРКС) и станциями динамического торможения (СДТ).

С учетом отмеченных выше ограничений по провалам напряжения сети и тормозным режимам электропривода типа АТК, преобразователи «ЭРАТОН-ФР(АТК)» обеспечивают работу ШПМ шахты «Ново-Кальинская» при условии: 1) ограничения максимальной скорости клети 7,5 м/с; 2) отклонения напряжения питающей сети от -5% до +5% от номинального. Поскольку подъем вспомогательный с относительно редкими подъемами/спусками, энергоснабжающая сеть мощная, без провалов напряжения, был выбран более дешевый вариант электропривода с тиристорными преобразователями «ЭРАТОН-ФР(АТК)».

Основные технические параметры оборудования для шахты «Ново-Кальинская»:

Массогабаритные показатели оборудования для шахты «Ново-Кальинская»:

Как заказать роторный преобразователь для шахтной подъемной машины

Для заказа электропривода шахтной подъемной машины заполните опросный лист. Заполненный опросный лист отправьте по факсу (383) 342 84 90 или по электронной почте по адресу erasib@erasib.ru.

За консультацией обратитесь к нашим специалистам по телефонам (383) 383 07 96, (383) 344 87 40 либо по электронной почте erasib@erasib.ru и Вы получите предложение с учетом специфики вашего предприятия и с учетом расходов на доставку, проектные работы, шефмонтаж и пуско-наладочные работы.