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 электронной почте, указанной в верхней части сайта.

За консультацией обратитесь к нашим специалистам по телефону либо по электронной почте, указанным в верхней части сайта, и Вы получите предложение с учетом специфики вашего предприятия и с учетом расходов на доставку, проектные работы, шефмонтажные и пусконаладочные работы.