В редукторных шахтных подъемных машинах (ШПМ) с приводными электродвигателями мощностью до 1250 кВт традиционно применяются высоковольтные асинхронные электродвигатели с фазным ротором (АДФР). Для частотного регулирования момента и скорости АДФР в шахтных подъемных машинах ЗАО «ЭРАСИБ» разработало и применяет роторный рекуперативный транзисторный преобразователь частоты типа «ЭРАТОН-ФР». Реверс направления вращения вала в электроприводе с приводными АДФР и роторными ПЧ типа «ЭРАТОН-ФР» выполняется за счет реверса фаз напряжения статора АД ФР с помощью контакторного реверсора.
Высоковольтный асинхронный электродвигатель с фазным ротором (АД ФР) при питании обмотки статора от сети 6 кВ 50 Гц и включении в цепь ротора рекуперативного транзисторного преобразователя частоты (ПЧ) типа «ЭРАТОН-ФР» представляет собой управляемую машину двойного питания (УМДП), которая обеспечивает частотное регулирование скорости вала от нуля до 95% синхронной скорости с постоянным моментом без датчика положения вала. Частотное регулирование скорости АД ФР преобразователем «ЭРАТОН-ФР» в указанном диапазоне осуществляется с высоким КПД (97%), высоким коэффициентом мощности (0,95 – 1,0) при синусоидальной форме тока в питающей сети. Электропривод с АДФР и «ПЧ ЭРАТОН-ФР» обеспечивает высокое быстродействие регулирования момента и скорости вала в двигательном и тормозном режимах за счет обеспечения большой перегрузочной способности по моменту двигателя (до 200% к номинальному). Торможение электропривода ШПМ с роторным преобразователем «ЭРАТОН-ФР» осуществляется с рекуперацией энергии вращающихся масс в питающую сеть. Перечисленные достоинства управляемой машины двойного питания с АДФР и роторным ПЧ «ЭРАТОН-ФР» обеспечили широкое применение данного электропривода при модернизации шахтных подъемных машин для замены устаревших систем с пусковой роторной резисторно-контакторной станцией и станцией динамического торможения. В период в 2009 до 2017 г.г. ЗАО «ЭРАСИБ» поставило роторные преобразователи частоты «ЭРАТОН-ФР» на 8 (восемь) ШПМ с одно- и двухдвигательными электроприводами мощностью от 630 до 1000 кВт, которые показали высокую надежность, энергоэффективность и позволили существенно повысить производительность ШПМ.
Основным достоинством частотно-регулируемого электропривода УМДП с приводными асинхронными электродвигателями с фазным ротором и рекуперативными транзисторными преобразователями «ЭРАТОН-ФР» в роторе является высокая точность управления моментом электродвигателя в двигательном и генераторном режимах на нулевой и малых скоростях вала без датчика положения (энкодера). Высокая точность управления моментом электродвигателя без энкодера на малых скоростях вала АДФР обеспечивается за счет регулирования тока ротора на высокой частоте, близкой к частоте питающей сети 50 Гц, и при высоком напряжении ротора АДФР. Высокая точность управления моментом АДФР при малых скоростях вала в двигательном и генераторном режимах, которую обеспечивает электропривод с роторными преобразователями «ЭРАТОН-ФР», имеет большое значение при маневрировании сосудов ШПМ, особенно в клетевых подъемных установках с плавной посадкой клети на кулаки.
Определенными ограничениями к применению УМДП с роторным преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР» и питанием статора АДФР от сети 6 кВ 50 Гц является ограничение максимальной скорости вала АДФР на уровне 95% синхронной скорости, которая на 3-4% ниже номинальной скорости вала, а также необходимость использования механического реверсора фаз напряжения статора для изменения направления вращения вала электродвигателя и изменения направления движения сосудов ШПМ. Вторым существенным ограничением к использованию электропривода с приводными АДФР, особенно в новых шахтных подъемных установках, явилось отделение Украины, основного производителя АДФР для шахтных машин, в самостоятельное государство, что существенно осложнило приобретение новых АДФР для ШПМ. Также определенные успехи в разработке и внедрении рекуперативного частотно-регулируемого электропривода с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором на шахтных подъемных установках значительно снизили внимание и интерес проектных и эксплуатирующих организаций к электроприводу на базе асинхронных электродвигателей с фазным ротором.
В 2017 году по инициативе и при участии ЗАО «ЭРАСИБ» компания РУСЭЛПРОМ приняла программу по импорто-замещению украинских электродвигателей с фазным ротором и разработала серию 62(64) электродвигателей АКН и АКНЗ для производства на электромашиностроительном заводе ООО «ЛЭЗ» (г. Санкт-Петербург). Производство электродвигателей с фазным ротором на российском заводе ООО «ЛЭЗ» создало предпосылки для сохранения частотно-регулируемых электроприводов с приводными АДФР в качестве конкурентных в шахтных подъемных машинах при условии устранения перечисленных выше ограничений по достижению синхронной скорости и отказу от контакторного реверсора в статоре АДФР.
Специалисты ЗАО «ЭРАСИБ» разработали электропривод с управляемой машиной двойного питания на базе АДФР, который сохраняет все достоинства УМДП с одним роторным ПЧ, а также обеспечивает регулирование скорости АДФР с постоянным моментом от нуля до синхронной скорости вала без датчика положения вала и изменение направления вращения вала без механического реверсора в статоре. Дополнительные возможности и улучшение показателей УМДП обеспечиваются за счет установки рекуперативных транзисторных преобразователей частоты «ЭРАТОН-В-Р» в статор и «ЭРАТОН-ФР» в ротор АДФР. На рисунке показана однолинейная структурная схема частотно-регулируемого электропривода шахтной подъемной установки с двумя приводными машинами двойного питания на базе высоковольтных асинхронных электродвигателей с фазным ротором и рекуперативных транзисторных преобразователей «ЭРАТОН-В-Р» в статоре и «ЭРАТОН-ФР» в роторе электродвигателя.
Статорный преобразователь частоты «ЭРАТОН-В-Р» (рисунок) формирует стабилизированное трехфазное напряжение, величина и частота которого ниже напряжения питающей сети, например, 3 кВ 25 Гц. При снижении амплитуды статорного напряжения, напряжение ротора АД ФР также должно быть пропорционально снижено. Роторный преобразователь «ЭРАТОН-ФР» формирует трехфазное напряжение с регулируемой величиной и частотой и обеспечивает векторное управление моментом и скоростью электродвигателя аналогично электроприводу УМДП с одним роторным ПЧ «ЭРАТОН-ФР», но только в другом диапазоне напряжения ротора и его частоты. Для регулирования скорости вала от нуля до синхронной скорости АДФР роторный ПЧ уменьшает частоту выходного напряжения от частоты, равной частоте напряжения статора (25 Гц) до нуля с последующим повышением частоты от нуля до частоты, равной разности частот сети (50 Гц) и частоты статорного ПЧ (25 Гц) с реверсом фаз при нулевой частоте. Для изменения направления вращения вала АДФР статорный ПЧ производит бесконтактный реверс фаз напряжения статора с переходом через нулевое значение при нулевой скорости вала в паузе между подъемами груза ШПМ.
При установке двух преобразователей частоты в статор и ротор АДФР (рисунок) номинальное напряжение и частота каждого ПЧ снижаются по сравнению с установкой одного ПЧ в статор, или в ротор АДФР. Ток статора и ротора АДФР определяется требуемым моментом электродвигателя и не меняется по сравнению с установкой одного ПЧ в статор, или ротор АДФР. За счет снижения напряжений статора и ротора АДФР при сохранении величины тока в статоре и роторе суммарная установленная мощность двух преобразователей в статоре и роторе АДФР остается такой же величины, как и установленная мощность одного преобразователя в статоре или роторе АДФР.
В электроприводе УМДП с двумя преобразователями частоты в статоре и роторе сохраняется способность управлять моментом АДФР при нулевой и малой скорости вала без датчика положения вала (энкодера), поскольку регулирование момента электродвигателя на нулевой и малой скорости вала осуществляется при достаточно большой частоте напряжения статора и ротора (например, 25 Гц). Способность регулировать момент электродвигателя с высокой точностью на малых скоростях вала без датчика положения (энкодера) обеспечивает существенные преимущества при прочих равных условиях перед электроприводом с короткозамкнутыми асинхронными электродвигателями и статорными преобразователями, которые не могут обеспечить высокое качество управления моментом двигателя при нулевой и малой скорости даже с датчиком положения вала, особенно в генераторном режиме. При этом УМДП с двумя преобразователями частоты в роторе и статоре обеспечивает практически бесконечный диапазон регулирования скорости вала (от нуля до синхронной скорости АДФР) с высокой управляемостью моментом и скоростью электродвигателя в двигательном и генераторном режимах, а также бесконтактный реверс направления вращения вала АДФР.
В настоящее время ЗАО «ЭРАСИБ» совместно со специалистами завода ООО «ЛЭЗ» (компания РУСЭЛПРОМ) подготовило к производству двухдвигательный электропривод по схеме управляемой машины двойного питания (УМДП) с высоковольтными приводными электродвигателями с фазным ротором типа АКН-62-1250-6-600У3 (1250 кВт, 600 об/мин) и двумя преобразователями частоты «ЭРАТОН-В-3-630-Р» (630 кВт, 3 кВ) в статоре и «ЭРАТОН-ФР-630» (630 кВт, 0,7 кВ) в роторе для многоканатной подъемной машины ЦШ 4х4 по проекту модернизации подъемной машины «Восточная» скипо-клетевого копра шахты «Северопесчанская» ОАО «Богословское рудоуправление» (УГМК). Электропривод УМДП с АДФР не требует установки датчиков положения вала приводных электродвигателей и разработан как альтернативный вариант по отношению к низковольтному (0,69 кВ) и высоковольтному (6 кВ) частотно-регулируемому электроприводу с приводными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором, обязательными элементами которого являются датчики положения вала (энкодеры) приводных электродвигателей.
Система управления УМДП с преобразователями в статоре и роторе АДФР 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:
- Система управления формирует S-образную тахограмму разгона электродвигателя с плавным изменением во времени электромагнитного момента электродвигателей.
- В системе регулирования применены адаптивные регуляторы с изменяемыми коэффициентами передачи в функции времени и скорости.
- Применена интеллектуальная установка начальных условий регулятора скорости.
Частотно-регулируемый электропривод УМДП с преобразователями частоты в статоре и роторе АДФР 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.
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.