Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод для безредукторной многоканатной шахтной подъемной машины с низкооборотными синхронными электродвигателями и высоковольтными рекуперативными преобразователями «ЭРАТОН-В-Р»


ЗАО «ЭРАСИБ» разработало комплектный высоковольтный частотно-регулируемый электропривод с высоковольтным тихоходным синхронным электродвигателем и высоковольтным транзисторным рекуперативным преобразователем частоты типа «ЭРАТОН-В-Р» для скиповой многоканатной безредукторной шахтной подъемной машины ЦШН 5х4 скипо-клетевого ствола Корбалихинского рудника.

Комплектный электропривод для многоканатной безредукторной шахтной подъемной машины ЦШН 5х4 разработан ЗАО «ЭРАСИБ» по двум вариантам, отличающимся типом и параметрами приводного электродвигателя и преобразователя частоты:

1. Комплектный электропривод с приводным синхронным электродвигателем с возбуждением от постоянных магнитов и рекуперативным транзисторным преобразователем частоты напряжением 6 кВ.

В многоканатной ШПМ типа ЦШН 5х4 предполагается применить приводной высоковольтный синхронный электродвигатель мощностью 3000 кВт напряжением 6000В с частотой 50 Гц при номинальных оборотах вала 42 об/мин с возбуждением от постоянных магнитов. Такой синхронный электродвигатель может быть разработан и изготовлен на электромашиностроительных заводах компаний РУСЭЛПРОМ (ООО «ЛЭЗ») и «Силовые машины» (г. Санкт-Петербург).

ЗАО «ЭРАСИБ» разработало высоковольтный транзисторный рекуперативный преобразователь частоты типа «ЭРАТОН-В-335-6-60-Р-00-УХЛ3.1» (3000 кВт, 6 кВ, 335А, 0-50 Гц, перегрузка по току 1,6) с цифровой микропроцессорной системой управления, который обеспечивает частотное управление синхронным электродвигателем с возбуждением от постоянных магнитов в составе скиповой ШПМ типа ЦШН 5х4 при заданных параметрах питающей сети, климатических факторах, заданных параметрах тахограммы движения сосудов ШПМ. Однолинейная структурная схема электропривода ШПМ показана на рисунке. Частотно-регулируемый электропривод с приводным синхронным электродвигателем и высоковольтным статорным преобразователем частоты строится с обязательным использованием датчика положения вала электродвигателя (абсолютного энкодера BS1).

Преобразователь частоты «ЭРАТОН-В-335-6-60-Р-00-УХЛ3.1» представляет собой высоковольтный (6 кВ) транзисторный (IGBT) рекуперативный многоуровневый преобразователь с высокочастотной синусоидальной ШИМ. Количество последовательно соединенных силовых ячеек в каждой выходной фазе 6 штук, всего в составе ПЧ – 18 штук. Каждая силовая ячейка имеет входной «синусный» фильтр, активный транзисторный выпрямитель, накопительный конденсатор и выходной транзисторный Н-мост. За счет входных активных выпрямителей в составе ПЧ обеспечивается рекуперативное торможение электропривода. Многоуровневый ШИМ с шестью последовательными Н-мостами в каждой фазе ПЧ обеспечивает коэффициент гармоник выходного тока менее 2%. Преобразователь частоты «ЭРАТОН-В-335-6-60-Р-00-УХЛ3.1» обеспечивает перегрузку по моменту приводного электродвигателя не менее 1,6 в течение основного разгона и торможения электродвигателя.

Однолинейная структурная схема электропривода ШПМ

Конструктивно преобразователь «ЭРАТОН-В-335-6-60-Р-00-УХЛ3.1» выполнен в виде шкафов одностороннего обслуживания со степенью защиты IP54. Общие размеры преобразователя (ШхВхГ) 13900х2400х1600 мм. Масса (ориентировочно) 23 т с учетом согласующих трансформаторов, входящих в состав преобразователя.

Система управления электроприводом, заложенная в преобразователе частоты «ЭРАТОН-В-335-6-60-Р-00-УХЛ3.1», разработана с учетом особенностей многоканатной подъемной машины со шкивом трения, которые заключаются в отсутствии жесткой кинематической связи между шкивом трения и канатами. Эта особенность может приводить к проскальзыванию канатов по шкиву трения, пробуксовке шкива относительно канатов и колебанию канатов с угрозой аварии ШПМ.

Проскальзывания и колебания в канатах возникают при ступенчатом или резком изменении момента на шкиве трения. Поэтому разработанная ЗАО «ЭРАСИБ» система управления исключает «рывки» электромагнитного момента на валу электродвигателя за счет реализации следующих функций:

  1. Система управления формирует S-образную тахограмму разгона электродвигателя с плавным изменением во времени электромагнитного момента электродвигателей.
  2. В системе регулирования применены адаптивные регуляторы с изменяемыми коэффициентами передачи в функции времени и скорости.
  3. Применена интеллектуальная установка начальных условий регулятора скорости.

Разработанная система регулирования реализована в электроприводе многоканатной подъемной машины, который ЗАО «ЭРАСИБ» поставил в АО «Дальполиметалл» в 2017 году, где система регулирования электропривода обеспечила высокую точность управления сосудами ШПМ без противохода сосудов и без колебаний канатов.

Частотно-регулируемый электропривод с преобразователем частоты «ЭРАТОН-В-335-6-60-Р-00-УХЛ3.1» имеет высокий КПД, потребляет из сети только активную мощность при синусоидальном входном токе за счет активных входных выпрямителей и входных силовых фильтров, позволяет изменять направление вращения вала электродвигателей без дополнительного контакторного оборудования. Регулируемый электропривод обеспечивает надежную работу в режимах «Груз», «Люди», «Ревизия», и обеспечивает выполнение всех требований по разгону, движению, торможению и остановке сосудов ШПМ по заданной тахограмме подъема.

2. Комплектный электропривод с приводным серийным синхронным электродвигателем с электромагнитным возбуждением от обмотки возбуждения и рекуперативным транзисторным преобразователем частоты напряжением 3,5 кВ.

В качестве тихоходного синхронного электродвигателя в подъемной машине ЦШН 5х4 может быть применен серийно выпускаемый синхронный электродвигатель типа СДМЗ2-24-59-80УХЛ4 (4000 кВт, 6 кВ, 50 Гц при оборотах вала 75 об/мин) производства ООО «ЛЭЗ» (РУСЭЛПРОМ).

Электродвигатель СДМЗ2-24-59-80УХЛ4 рассчитан на номинальные обороты 75 об/мин, имеет номинальную мощность на валу 4000 кВт и номинальный момент на валу 510 кНм. Максимальные обороты электродвигателя в подъемной машине ЦШН 5х4 составляют величину 42 об/мин, что меньше номинальных оборотов электродвигателя в 75/42=1,786 раза. При максимальных оборотах электродвигателя СДМЗ2-24-59-80УХЛ4 в подъемной машине ЦШН 5х4, равных 42 об/мин мощность на валу электродвигателя должна быть снижена пропорционально снижению оборотов, а момент на валу электродвигателя может быть обеспечен не ниже номинального при использовании принудительного охлаждения.

Проведенные расчеты тахограммы движения ШПМ типа ЦШН 5х4 показали, что в наиболее тяжелом режиме подъема максимального груза 33 т с нижнего горизонта ствола приводной электродвигатель должен развивать пусковой момент не ниже 820 кНм в течение 18 секунд, что превышает номинальный момент синхронного электродвигателя в 820/510=1,61 раза, что допустимо для данного типа электродвигателей. При этом усредненная за цикл подъема-спуска груза мощность на валу электродвигателя не превышает 1400 кВт, что ниже допустимой мощности электродвигателя СДМЗ2-24-59-80УХЛ4 на максимальных оборотах вала 42 об/мин, которая при эффективном охлаждении двигателя равна 4000/75*42=2240 кВт.

Таким образом, серийный синхронный электродвигатель типа СДМЗ2-24-59-80УХЛ4 производства ООО «ЛЭЗ» может быть применен в качестве приводного электродвигателя на скиповой подъемной машине ЦШН 5х4. Применение серийного электродвигателя СДМЗ2-24-59-80УХЛ4 может существенно сократить затраты на поставку приводного электродвигателя по сравнению с затратами на разработку и изготовление специального электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов.

Для снижения мощности на валу электродвигателя СДМЗ2-24-59-80УХЛ4 при снижении номинальных оборотов до 42 об/мин напряжение статора электродвигателя должно быть снижено пропорционально оборотам до величины 3400В, а максимальная частота подводимого трехфазного напряжения также должна быть снижена с 50 Гц до 28 Гц. Таким образом, преобразователь частоты «ЭРАТОН-В-Р», питающий электродвигатель СДМЗ2-24-59-80УХЛ4, при максимальных оборотах барабана ШПМ ЦШН 5х4, равных 42 об/мин, должен формировать трехфазное линейное напряжение не менее 3400В (при соединении обмоток статора в звезду) с частотой 28 Гц при усредненном за цикл подъема токе 370А.

Указанным выше требованиям соответствует высоковольтный транзисторный преобразователь частоты типа «ЭРАТОН-ВР-370-3,5-30-Р-00-УХЛ3.1» производства ЗАО «ЭРАСИБ», который выполняется изменением схемы соединения силовых ячеек преобразователя «ЭРАТОН-В-335-6-60-Р-00-УХЛ3.1», описанного в п. 1 с последовательного соединения шести силовых ячеек в фазе на параллельно-последовательное соединение тех же ячеек. При этом в состав преобразователя вводится возбудитель на базе тиристорного преобразователя «ЭПТОН-М», который питает обмотку возбуждения синхронного электродвигателя. Управляющие свойства, массогабаритные и энергетические показатели видоизмененного преобразователя «ЭРАТОН-ВР-370-3,5-30-Р-00-УХЛ3.1» не отличаются от преобразователя «ЭРАТОН-В-335-6-60-Р-00-УХЛ3.1», описанного в п. 1.

ЗАО «ЭРАСИБ» имеет более чем десятилетний положительный опыт проектирования, изготовления, шефмонтажа, пуско-наладочных работ и курсового обучения персонала в отношении регулируемого электропривода шахтных подъемных установок, в том числе многоканатных скиповых. Транзисторные преобразователи частоты марки «ЭРАТОН» и тиристорные преобразователи марки "ЭПТОН" производства ЗАО «ЭРАСИБ» успешно работают на девяти шахтных подъемных машинах, где показали высокую надежность оборудования, обеспечили существенную экономию электроэнергии и значительный рост производительности шахтного подъема.

Специалистами ЗАО «ЭРАСИБ» разработаны, изготовлены и успешно работают в составе частотно-регулируемого электропривода высоковольтные транзисторные преобразователи частоты «ЭРАТОН-В» мощностью до 5600 кВА и выходной частотой до 333 Гц..

ЗАО «ЭРАСИБ» разработало и использует в транзисторных преобразователях марки «ЭРАТОН» собственные алгоритмы цифрового векторного управления синхронными электродвигателями как с возбуждением от постоянных магнитов, так и с обмоткой возбуждения. Частотно-регулируемые электроприводы с синхронными электродвигателями и преобразователями марки «ЭРАТОН» успешно эксплуатируются на многих производственных объектах и объектах военного назначения.

Обладая квалифицированными специалистами с большим опытом работы в горнодобывающей отрасли ЗАО «ЭРАСИБ» гарантирует выполнение всех требований к электроприводу шахтной подъемной машины, высокое качество и надежность поставляемого оборудования при использовании в ШПМ приводных электродвигателей любого типа и мощности.

Как заказать 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.