5 февраля 2021
ЗАО «ЭРАСИБ» приступило к изготовлению двух комплектных транзисторных рекуперативных преобразователей частоты типа «ЭРАТОН-В-Р» для тихоходного безредукторного высоковольтного (6 кВ) синхронного электропривода мощностью 2х1600 кВт многоканатной клетевой шахтной подъемной машины ШПМ 5х4УН производства ПАО «Уралмашзавод» для ствола шахты «Скипо-Клетевая» Ново-Учалинского подземного рудника ОАО «Учалинский ГОК».
Упрощенная структурная схема силовых цепей электропривода клетевой шахтной подъемной машины ШПМ 5х4УН с тихоходными синхронными электродвигателями показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Структурная схема силовых цепей электропривода клетевой ШПМ 5х4УН
Двухдвигательный частотно-регулируемый электропривод клетевой подъемной машины содержит два приводных тихоходных синхронных электродвигателя (СД1, СД2) типа ДСР 1600-46 УХЛ4 (1600 кВт, 46 об/мин, 6 кВ, 166А, 7,7 Гц) производства ПАО «Силовые машины» (г. Санкт-Петербург) с датчиками положения вала (энкодерами), два рекуперативных транзисторных преобразователя частоты типа «ЭРАТОН-В-185-6-7,7-Р-10-IP21-УХЛ4» разработки и производства ЗАО «ЭРАСИБ», два возбудителя синхронных двигателей (В1, В2), которые запитаны от согласующих трансформаторов (ТрВ1, ТрВ2) и питают обмотки возбуждения двигателей, а также высоковольтную коммутационную аппаратуру (высоковольтные ячейки ВЯ1,…,ВЯ6). Управление электроприводом производится по командам, поступающим из системы автоматизированного управления и контроля подъемной машиной (САУК ПМ) производства АО «СИНТЭП». Возбудители управляются по командам и сигналам, поступающим из систем управления преобразователей частоты (СУ ПЧ).
Структурная схема силовой части преобразователя частоты «ЭРАТОН-В-185-6-7,7-Р-10-IP21-УХЛ4» представлена на рисунке 2. На рисунке 3 показана структурная схема силового блока (силовой ячейки) рекуперативного транзисторного преобразователя частоты.
Преобразователь частоты «ЭРАТОН-В-Р» на выходное напряжение 6,0 кВ представляет собой высоковольтный транзисторный (IGBT) рекуперативный многоуровневый (тринадцать уровней) преобразователь с высокочастотной синусоидальной ШИМ. Количество последовательно соединенных силовых блоков (СБ) в каждой выходной фазе 6 штук, всего в составе ПЧ – 18 силовых блоков. Каждый силовой блок (СБ1А…СБ6С) запитан от отдельной вторичной трехфазной обмотки силового трансформатора (Тр1). В состав каждого силового блока (рисунок 3) входит «синусный» LC-фильтр, активный транзисторный выпрямитель, накопительный конденсатор (С), выходной инвертор (транзисторный Н-мост), устройство (ЭБ) электронного байпаса (закорачивания) выхода 1 и 2 силового блока и устройство предварительного заряда накопительного конденсатора (на схеме не показано).
Рисунок 2. Структурная схема преобразователя частоты «ЭРАТОН-В-Р» на 6 кВ
Рисунок 3. Структурная схема силового блока (ячейки) преобразователя «ЭРАТОН-В-Р»
Конструктивно преобразователь частоты «ЭРАТОН-В-185-6-7,7-Р-10-IP21-УХЛ4» выполнен в виде металлических шкафов одностороннего обслуживания с воздушной принудительной системой охлаждения. Степень защиты силовых шкафов преобразователя выполнятся IP21.
Система управления и регулирования синхронного электродвигателя с электромагнитным возбуждением разработки ЗАО «ЭРАСИБ» представляет собой систему подчиненного регулирования с внешним контуром регулирования частоты вращения и внутренним контуром регулирования момента с векторным управлением, которая выполнена с использованием датчика положения вала электродвигателя.
Для исключения резких рывков момента на шкиве трения, способных вызвать проскальзывания канатов, система регулирования имеет на входе S-задатчик частоты, который формирует тахограмму разгона с ограничением рывка (второй производной частоты вращения).
Для обеспечения приемлемого качества переходных процессов при растормаживании и разгоне в интегральную часть регулятора частоты (скорости) вводится динамический момент и статический момент. Для обеспечения оптимального управление синхронного электродвигателя система векторного управления формирует задание на моментообразующий ток статора, намагничивающий ток статора и ток возбуждения таким образом, чтобы обеспечивать заданный коэффициент мощности электродвигателя.
Система управления преобразователем частоты в цепи статора электродвигателя аппаратно реализована на цифровых сигнальных процессорах (англ. digital signal processor, DSP) и программируемых пользователем вентильных матрицах (ППВМ, англ. field-programmable gate array, FPGA).
Конструктивно система управления преобразователя разделена на несколько составных частей. Главная часть системы управления осуществляет векторное управления электродвигателем, обрабатывает внешние сигналы управления, информацию от энкодеров и датчиков тока, и формирует задание на выходное напряжение и ток преобразователя. Эта часть системы управления полностью гальванически развязана с силовой частью преобразователя и размещена в отдельном шкафу управления (ШУ) со степенью защиты IP54. На лицевой панели ШУ размещен пульт местного управления (сенсорная HMI панель), с помощью которого выполняется программирование и задание параметров преобразователя частоты.
Каждый силовой блок (ячейка) преобразователя имеет локальную систему управления, которая управляет активным выпрямителем напряжения, формирует сигналы управления IGBT транзисторами в зависимости от задания напряжения, поступающего от шкафа управления ПЧ. Данная система управления также обеспечивает защиты и измерение температуры силовых элементов блока, она конструктивно размещена внутри силового блока и не доступна для пользователя при работающем преобразователе частоты.
Связь главной системы управления с системами управления силовых блоков осуществляется через оптические линии связи, что обеспечивает гальваническую развязку и высокую помехоустойчивость.