Иванцов В.В., к.т.н., доцент, заместитель генерального директора ЗАО «ЭРАСИБ»,
Вдовин В.В., к.т.н., заместитель главного конструктора ЗАО "ЭРАСИБ"
март 2022 г.
В статье рассмотрены возможности и предложения компании ЗАО «ЭРАСИБ» на модернизацию устаревшего электропривода постоянного тока подъемных машин по схеме генератор – двигатель (Г-Д) на электропривод постоянного тока по схеме преобразователь частоты – двигатель (ПЧ-Д) на примере скиповой подъемной установки 2Ц6х2,8 шахты «Центральная» АО «ЮжУралЗолото Группа Компаний».
1. Описание существующего электропривода скиповой подъемной установки
В настоящее время на скиповой подъемной установке 2Ц6х2,8 шахты «Центральная» АО «ЮжУралЗолото Группа Компаний» используется безредукторный электропривод постоянного тока с каскадным соединением трех электрических машин по схеме: гонный синхронный электродвигатель - генератор постоянного тока – тихоходный электродвигатель постоянного тока (электропривод по схеме Г-Д). Структурная схема скиповой подъемной установки с электроприводом по схеме Г-Д изображена на рисунке 1.
Рисунок 1. Структурная схема скиповой подъемной установки с электроприводом Г-Д
Оборудование электропривода скиповой подъемной установки (ПУ) шахты «Центральная» по схеме Г-Д эксплуатируется в течение многих лет, сильно изношено, что приводит к частым отказам и простоям скипового подъема. Простои подъемной установки снижают производительность шахты. Наличие трех электрических машин с механическими коллекторами, подшипниковыми узлами требует значительных затрат на их обслуживание. Работа электропривода Г-Д с каскадным соединением трех электрических машин сопровождается значительными потерями активной мощности в электрических машинах, которые имеют относительно низкий КПД. Это приводит к непроизводительным затратам электроэнергии и повышению себестоимости продукции.
Для увеличения производительности скипового подъема за счет повышения надежности работы электропривода, снижения эксплуатационных затрат и затрат на оплату потребляемой электроэнергии необходимо выполнить модернизацию электропривода с переходом от устаревшей системы Г-Д на современную систему электропривода с использованием надежных и энергоэффективных полупроводниковых преобразователей постоянного тока (ППТ) с цифровыми микропроцессорными системами управления (система ППТ-Д).
В работающем электроприводе по схеме Г-Д (рисунок 1) скиповой подъемной установки 2Ц6х2,8 шахты «Центральная» используются следующие электрические машины:
1) гонный синхронный электродвигатель типа СДС3-16-64-12 У4 (номинальная мощность 2000 кВт, номинальные обороты 500 об/мин, напряжение статора 6000В, номинальный ток 225А, КПД= 95%, потери в номинальном режиме 102 кВт);
2) генератор постоянного тока П2-30-7 КУ4 (номинальная мощность 1800 кВт, номинальные обороты 500 об/мин, напряжение якоря 750В, ток якоря 2400А, КПД= 94%, потери в номинальном режиме 115 кВт);
3) приводной электродвигатель ПБВ 380/65 М (номинальная мощность 1300 кВт, номинальная скорость 30 об/мин, напряжение якоря 730В, ток якоря 1990А, КПД= 89,3%, потери в номинальном режиме 156 кВт).
Для анализа работы скиповой подъемной установки выполнены расчеты активной мощности, полной и реактивной мощности в питающей сети с электроприводом Г-Д (рисунок 1) за цикл подъема на поверхность скипа с грузом 6500 кг с глубины 760,5 м, (скорость скипа 9,4 м/с, ускорение 0,75 м/с ²). В расчетах принято, что гонный синхронный электродвигатель перевозбужден, и генерирует в сеть реактивную мощность с cosφ=0,9. Результаты расчетов за цикл подъема груженого скипа приведены на рисунке 2.
Рисунок 2. Диаграмма скорости и мощность в сети при работе электропривода Г – Д
Выделим основные положительные свойства электропривода Г – Д, которые необходимо учитывать при его замене на новый электропривод по схеме преобразователь постоянного тока – электродвигатель постоянного тока (ППТ – Д):
1. Электропривод Г – Д за счет входного перевозбужденного синхронного электродвигателя не потребляет из сети реактивную мощность, а генерирует ее в питающую сеть для компенсации реактивной мощности, потребляемой другими нагрузками. При настройке возбудителя на опережающий угол сдвига 0,9 в сеть генерируется реактивная мощность не менее 1000 кВАр.
2. Ток в питающей сети при работе электропривода Г – Д имеет синусоидальную форму без высших гармоник, что обеспечивает отсутствие искажений напряжения питающей сети и положительно сказывается на работе других потребителей.
Замена гонного электродвигателя и генератора на полупроводниковый преобразователь постоянного тока с более высоким КПД, более высоким быстродействием и точностью регулирования момента электродвигателя позволит снизить потребление электроэнергии, уменьшить эксплуатационные затраты на обслуживание электропривода, повысить надежность работы подъемной машины, снизить простои из-за поломок оборудования, повысить срок службы канатов.
2. Предложение ЗАО «ЭРАСИБ» по модернизации электропривода скиповой подъемной установки
ЗАО «ЭРАСИБ» предлагает поставить комплект оборудования с преобразователями постоянного тока собственной разработки и производства для перехода от устаревшего электропривода постоянного тока по схеме Г-Д на современный электропривод постоянного тока по схеме ППТ-Д, который повысит надежность скипового подъема, снизит эксплуатационные затраты и снизит энергозатраты. Структурная схема скиповой подъемной установки после предлагаемой модернизации показана на рисунке 3.
Рисунок 3. Структурная схема скиповой подъемной установки после модернизации
В процессе модернизации в скиповую подъемную установку (рисунок 3) предлагается ввести два однополюсных переключателя силовых цепей якоря (П1, П2), двухполюсный переключатель цепи возбуждения (П3), преобразователь постоянного тока цепи якоря (ПЧ Я) и преобразователь постоянного тока цепи возбуждения (ПЧ В). В результате предлагаемой модернизации сохраняется приводной электродвигатель постоянного тока Д, а гонный электродвигатель (ГД) и генератор постоянного тока (Г) заменяется на полупроводниковый преобразователь постоянного тока (ПЧ Я), который преобразует переменное напряжение сети 6000В 50 Гц в регулируемое постоянное напряжение цепи якоря. Также вводится преобразователь постоянного тока для цепи возбуждения (ПЧ В), который обеспечивает питание обмотки возбуждения электродвигателя Д регулируемым напряжением постоянного тока.
Все элементы действующего в настоящее время электропривода по схеме Г-Д (рисунок 1) предлагается сохранить после модернизации в рабочем состоянии в качестве резервного электропривода (рисунок 3). Резервирование электропривода с возможностью быстрого перехода с системы Г-Д на систему ППТ-Д и обратно за счет использования механических переключателей П1, П2, П3 существенно повысит надежность скипового подъема и позволит практически исключить простои подъемной установки, что повысит ее производительность.
ЗАО «ЭРАСИБ» имеет возможность изготовить и поставить несколько вариантов преобразователей постоянного тока для электропривода скиповой подъемной установки, которые отличаются используемыми полупроводниковыми элементами, структурой силовых цепей, энергетическими показателями, показателями электромагнитной совместимости с питающей сетью, влиянием на питающую сеть и, самое главное, ценой.
Выбор преобразователей для питания цепи якоря и цепи возбуждения приводного электродвигателя постоянного тока необходимо выполнять с учетом комплекса показателей, а не только по минимальной цене, поскольку преобразователи частоты, имеющие минимальную цену, как правило, оказывают максимальное отрицательное влияние на питающую сеть, за счет генерирования в сеть высокочастотных гармоник и потребления из сети значительной реактивной мощности. Весьма часто для снижения отрицательного влияния дешевых преобразователей на сеть приходится применять дорогостоящие фильтро-компенсирующие устройства и компенсаторы реактивной мощности.
При выборе преобразователя для замены синхронного электродвигателя и генератора постоянного тока необходимо проанализировать не только положительные результаты такой замены, но и отрицательное влияние преобразователя на питающую сеть, на других потребителей и минимизировать это отрицательное влияние, поскольку модернизируемый электропривод по схеме Г-Д таких недостатков не имеет.
Ниже приведено описание двух вариантов предлагаемых к поставке преобразователей постоянного тока для модернизации электропривода скиповой подъемной установки.
ЗАО «ЭРАСИБ» производит преобразователи постоянного тока с цифровыми микропроцессорными системами управления собственной разработки под маркой «ЭПТОН-М» и «ЭПТОН-М-Т» по техническим условиям ИКПН3.211.258ТУ.
3. Описание предлагаемых к поставке преобразователей постоянного тока производства ЗАО «ЭРАСИБ» для электропривода скиповой подъемной установки
3.1. Тиристорные преобразователи постоянного тока для электропривода с реверсом по цепи якоря приводного электродвигателя
ЗАО «ЭРАСИБ» предлагает к поставке комплектный тиристорный преобразователь постоянного тока «ЭПТОН-М-2000/200-730/400-Р1/Н1-IP21-УХЛ4 (якорь: 730В, 2000А, перегрузка по току 160% до 3200А, возбудитель 200А 400В)» с реверсивным 12-ти пульсным преобразователем цепи якоря и 6-ти пульсным нереверсивным преобразователем цепи обмотки возбуждения. В комплект поставки также входит сухой силовой трехобмоточный трансформатор мощностью 2000 кВА, два сглаживающих реактора типа СРОС(З)-700, трансформатор питания возбудителя мощностью 40 кВА, блок выключателя быстродействующего (БВБ) с автоматическим быстродействующим выключателем, блок линейных контакторов (БЛК) с двумя линейными контакторами, шкаф переключателей цепи якоря (ШПЯ) и шкаф переключателей цепи возбуждения (ШПВ). Структурная схема силовых цепей комплектного оборудования с тиристорным преобразователем «ЭПТОН-М-2000/200-730/400-Р1/Н1-IP21-УХЛ4» показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Структурная схема оборудования с тиристорным ППТ «ЭПТОН-М»
Тиристорный преобразователь цепи якоря содержит два реверсивных мостовых тиристорных комплекта в блоках силовых БС1, БС», которые по выходу соединяются параллельно через два линейных контактора в БЛК и два сглаживающих реактора Р1, Р2. Управление встречно-параллельными тиристорными комплектами раздельное. Входные цепи тиристорных комплектов подключаются с помощью отдельных трехфазных кабелей одинаковой длинны к двум вторичным обмоткам «сухого» силового трансформатора Тр1 мощностью 2000 кВА. За счет сдвига фаз вторичных обмоток трансформатора на 30 эл. градусов формируется 12-ти пульсное напряжение преобразователя цепи якоря.
Преобразователь цепи обмотки возбуждения (возбудитель) содержит один мостовой тиристорный комплект. Питание возбудителя осуществляется от сети 0,4 кВ 50 Гц через трехфазный трансформатор Тр2.
Система управления преобразователей цепи якоря и цепи обмотки возбуждения и система автоматического регулирования цифровые. Разработанная ЗАО «ЭРАСИБ» система управления исключает «рывки» электромагнитного момента на валу электродвигателя и рывки канатов 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.
Для анализа работы скиповой подъемной установки выполнены расчеты активной мощности, полной и реактивной мощности в питающей сети с тиристорным электроприводом ППТ-Д (рисунок 4) за цикл подъема на поверхность скипа с грузом 6500 кг с глубины 760,5 м, (скорость скипа 9,4 м/с, ускорение 0,75 м/с ²). Результаты расчетов составляющих мощности в сети за цикл подъема груженого скипа приведены на рисунке 5 и 6.
Рисунок 5. Полная и активная мощность в сети при работе тиристорного «ЭПТОН-М-2000»
Рисунок 6. Реактивная мощность в сети при работе привода Г-Д и тиристорного «ЭПТОН-М»
Сравнивая зависимости составляющих мощности в сети при работе электропривода по схеме Г-Д (рисунок 2) и по схеме ППТ-Д с тиристорным преобразователем (рисунок 5 и 6) можно сделать следующие выводы:
1. Изменение полной мощности в сети при работе тиристорного электропривода ППТ – Д (рисунок 5) имеет явно выраженный импульсный характер со значительными скачками полной мощности в начале и конце основного разгона и торможения электродвигателя, что является недостатком данного варианта электропривода.
2. Электропривод по схеме Г-Д генерирует в сеть реактивную мощность (рисунок 6), а тиристорный преобразователь постоянного тока не может генерировать в сеть реактивную мощность и является потребителем значительной по величине импульсной реактивной мощности, что приводит к увеличению потребляемой полной мощности и тока в сети.
3. Скачкообразные изменения полной мощности в сети при работе тиристорного ППТ происходят именно из-за скачкообразного изменения реактивной мощности, потребляемой тиристорным преобразователем.
4. Скачкообразные изменения реактивной и полной мощности в сети при работе тиристорного преобразователя могут привести к значительным колебаниям напряжения питающей сети, что отрицательно скажется на работе других потребителей электроэнергии.
Кроме потребления реактивной мощности в сети при работе тиристорного ППТ появляются искажения потребляемого тока в питающей сети, которые приводят к искажениям формы напряжения в сети, появлению дополнительных потерь в сетях и отрицательно сказываются на работе других потребителей электроэнергии. На рисунке 7 показана форма тока в первичной обмотке силового трансформатора и фазного напряжения вторичной обмотки при работе 12-ти пульсного тиристорного преобразователя. Гармонический состав тока в сети при работе 12-ти пульсного тиристорного ПЧ содержит широкий спектр высших гармоник. Наибольшие амплитуды имеют высшие гармоники с номерами 11, 13, 23, 25.
Рисунок 7. Ток в фазе сети 6 кВ 50 Гц (красная линия) и фазное напряжение (синяя линия) при работе тиристорного преобразователя
Следует подчеркнуть, что действующий электропривод по схеме Г-Д потребляет из сети синусоидальный ток без высших гармоник и генерирует в сеть значительную реактивную мощность. Поэтому замена электропривода по схеме Г-Д на электропривод с тиристорным преобразователем без дополнительных компенсаторов высших гармоник и реактивной мощности в сети 6 кВ 50 Гц может привести к существенному ухудшению работы потребителей электроэнергии, которые подключены к той же подстанции, что и электропривод подъемной машины.
Для существенного снижения отрицательного влияния тиристорного преобразователя на качество напряжения и тока в сети 6 кВ 50 Гц ЗАО «ЭРАСИБ» предлагает дополнительно поставить как минимум фильтро-компенсирующее устройство (ФКУ) резонансного типа для устранения 11-ой, 13-ой, 23-ей и 25-ой гармоник тока. Структурная схема электропривода с тиристорным преобразователем «ЭПТОН-М» и резонансным ФКУ показана на рисунке 8.
Рисунок 8. Структурная схема электропривода ППТ-Д с тиристорным «ЭПТОН-М» и ФКУ
Техническое решение электропривода с тиристорным преобразователем «ЭПТОН-М» и резонансным ФКУ для компенсации 11, 13, 23, 25 гармоник ЗАО «ЭРАСИБ» успешно применило при модернизации электропривода постоянного тока скиповой шахтной подъемной машины 2Ц6х2,8У шахты «Заполярная» АО «Воркутауголь».
В Таблице 1 приведен гармонический состав напряжения фазы сети, измеренный во время реального разгона скипа подъемной машины шахты «Заполярная» при отключенном ФКУ и при работающем ФКУ-6-1000-11/13/23/25-IP21-УХЛ3.1. Сравнительный анализ гармонического состава напряжения сети при работе тиристорного преобразователя подъемной машины без ФКУ и с ФКУ-6-1000-11/13/23/25-IP21-УХЛ3.1 показывает значительное снижение высших гармоник напряжения сети за счет действия статического ФКУ с резонансными LC-цепями.
Таблица 1
На фото 1 показана осциллограмма фазного напряжения сети во время реального разгона скипа подъемной машины шахты «Заполярная» при отключенном ФКУ, где видны значительные искажения напряжения за счет высших гармоник.
Фото 1. Фазное напряжение сети 6 кВ 50 Гц при работе тиристорного «ЭПТОН-М» без ФКУ
На фото 2 показана форма фазного напряжения сети и ток ФКУ во время реального разгона скипа подъемной машины шахты «Заполярная» при включенном ФКУ-6-1000-11/13/23/25-IP21-УХЛ3.1. Форма фазного напряжения сети при включенном ФКУ близка к синусоидальной.
Фото 2. Фазное напряжение сети 6 кВ 50 Гц при работе тиристорного «ЭПТОН-М» с ФКУ
Применение резонансного ФКУ позволяет устранить высшие гармоники тока и напряжения в сети 6 кВ 50 Гц с наиболее значительными амплитудами при работе тиристорного преобразователя, а также частично компенсировать реактивную мощность по основной гармонике частотой 50 Гц. Однако полной компенсации реактивной мощности в сети с помощью статического резонансного ФКУ добиться невозможно и в сети при работе тиристорного электропривода будет циркулировать значительная импульсная реактивная мощность. На рисунке 9 показаны расчетные зависимости составляющих мощности в сети 6 кВ 50 Гц при работе тиристорного электропривода и резонансного ФКУ во время подъема груза подъемной машиной 2Ц6х2,8 на шахте «Центральная». Зависимости показывают потребление и генерирование импульсной реактивной мощности, что может привести к раскачиванию напряжения сети 6 кВ 50 Гц и созданию помех в работе потребителей электроэнергии.
Рисунок 9. Зависимости мощности в сети при работе тиристорного электропривода и ФКУ
Для полной компенсации реактивной мощности в сети 6 кВ 50 Гц с тиристорным преобразователем необходимо дополнительно установить динамическое устройство компенсации реактивной мощности. ЗАО «ЭРАСИБ» в дополнение к резонансному ФКУ предлагает поставить динамическое устройство компенсации реактивной мощности (УКРМ) типа «ЭРАТОН-В-6-УКРМ». ФКУ и динамическое УКРМ обеспечат потребление из сети только активной мощности при синусоидальном входном токе во время работы тиристорного электропривода.
На рисунке 10 показана структурная схема электропривода подъемной машины с тиристорным преобразователем «ЭПТОН-М», резонансным ФКУ и динамическим УКРМ типа «ЭРАТОН-В-6-УКРМ».
Быстродействующее УКРМ выполняется на базе высоковольтного ПЧ типа «ЭРАТОН-В» и представляет собой многоуровневый инвертор напряжения с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией, который содержит в каждой фазе ряд последовательно соединенных транзисторных Н-мостов с конденсаторами. Суммарная реактивная мощность конденсаторов «ЭРАТОН-В-6-УКРМ» определяет величину регулируемой реактивной мощности. На входе каждой фазы УКРМ установлен силовой фильтр (СФ) для подавления несущей высокой частоты, на которой работают транзисторы в Н-мостах. Для управления «ЭРАТОН-В-6-УКРМ» используется цифровая система регулирования.
Рисунок 10. Схема электропривода с тиристорным «ЭПТОН-М-2000», ФКУ и УКРМ
«ЭРАТОН-В-6-УКРМ» может потреблять реактивную мощность из сети и генерировать в сеть реактивную мощность. С учетом этого свойства «ЭРАТОН-В-6-УКРМ» суммарная реактивная мощность конденсаторов резонансных LC фильтров ФКУ выбирается равной только половине максимальной реактивной мощности нелинейной нагрузки, которую необходимо компенсировать. Недостающую половину максимальной реактивной мощности нелинейной нагрузки компенсирует «ЭРАТОН-В-6-УКРМ». Также «ЭРАТОН-В-6-УКРМ» не «засоряет» сеть высшими гармониками тока, а наоборот участвует в подавлении относительно низкочастотных гармоник, которые могут генерироваться нелинейной нагрузкой.
На фото 3 показан внешний вид динамического «ЭРАТОН-В-6-УКРМ» для компенсации реактивной мощности в электроприводе постоянного тока ШПМ мощностью 3000 кВт и вид резонансного ФКУ, которые изготовлены ЗАО «ЭРАСИБ» 2019 году для тиристорного электропривода постоянного тока в АО «Сибирь-Полиметаллы» (ПАО УГМК).
Фото 3. Динамическое «ЭРАТОН-В-6-УКРМ» (слева) и резонансное ФКУ (справа)
3.2. Транзисторный преобразователь постоянного тока цепи якоря и тиристорный преобразователь цепи возбуждения для электропривода с реверсом по цепи якоря
В качестве второго варианта электропривода постоянного тока ППТ-Д ЗАО «ЭРАСИБ» предлагает к поставке комплектный транзисторный преобразователь постоянного тока типа «ЭПТОН-М-2000/200-730/440-Т1/Н1-IP21-УХЛ4» с реверсивным рекуперативным транзисторным преобразователем цепи якоря, 6-ти пульсным нереверсивным тиристорным преобразователем цепи обмотки возбуждения. В комплект поставки также входит сухой силовой пяти обмоточный трансформатор мощностью 1600 кВА, четыре сглаживающих реактора, трансформатор питания возбудителя мощностью 40 кВА, блок выключателя быстродействующего (БВБ) с автоматическим быстродействующим выключателем, блок линейных контакторов (БЛК) с двумя линейными контакторами, шкаф переключателей цепи якоря (ШПЯ) и шкаф переключателей цепи возбуждения (ШПВ).
На рисунке 11 показана структурная схема силовых цепей рекуперативного транзисторного преобразователя «ЭПТОН-М-2000-730-Т» (2000А, 730В) для питания цепи якоря электродвигателя постоянного тока ПБВ 380/65 М подъемной машины 2Ц6х2,8.
Рисунок 11. Структурная схема силовых цепей транзисторного преобразователя «ЭПТОН-М-2000-730-Т1» цепи якоря
Транзисторный преобразователь «ЭПТОН-М-2000-730-Т» (рисунок 11) содержит четыре силовых блока преобразования переменного напряжения в постоянное регулируемое напряжение (СБ1,…,СБ4), которые соединяются параллельно через сглаживающие реакторы (Р1,…, Р4) и линейные контакторы (на рисунке 11 не показаны). Параллельное соединение четырех блоков преобразования обеспечивает необходимое значение тока якоря электродвигателя в статических и динамических режимах работы электропривода.
Каждый силовой блок транзисторного преобразователя «ЭПТОН-М-2000-730-Т» содержит входной силовой «синусный» фильтр, активный выпрямитель (АВ), накопительный конденсатор (НК) и выходной широтно-импульсный регулятор (ШИР). Входные трехфазные цепи каналов запитаны от отдельных обмоток силового трансформатора Тр1. Выходные цепи силовых блоков соединены параллельно через сглаживающие реакторы.
Входной активный выпрямитель в каждом силовом блоке преобразует переменное напряжение вторичной обмотки трансформатора в постоянное напряжение на накопительном конденсаторе. Выходной широтно-импульсный регулятор преобразует постоянное напряжение НК в регулируемое напряжение за счет широтно-импульсного регулирования на высокой несущей частоте. Выходные реакторы сглаживают пульсации выходного тока широтно-импульсных регуляторов (ШИР).
Входной силовой фильтр и входной активный выпрямитель с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией обеспечивают синусоидальный ток в питающей сети без установки дополнительных фильтро-компенсирующих устройств (ФКУ).
За счет активного выпрямителя и выходного широтно-импульсного регулятора с накопительным конденсатором в звене постоянного тока (НК) из питающей сети потребляется только активная мощность во всем диапазоне регулирования скорости электродвигателя постоянного тока, что не требует установки дополнительных компенсаторов реактивной мощности.
Перечисленные выше свойства электропривода с транзисторным преобразователем постоянного тока типа «ЭПТОН-М-2000-730-Т» в цепи якоря электродвигателя совпадают с положительными характеристиками действующего электропривода Г – Д в части влияния на питающую сеть.
КПД преобразователя «ЭПТОН-М-2000-730-Т» (96%) существенно выше КПД электромашинного агрегата действующего электропривода Г – Д (89%), поэтому электропривод с транзисторным преобразователем также позволяет существенно снизить энергопотребление активной мощности из питающей сети.
Для анализа энергозатрат скиповой подъемной установки выполнены расчеты активной мощности и полной мощности в питающей сети с реверсивным по цепи якоря транзисторным электроприводом ППТ-Д за цикл подъема на поверхность скипа с типовым грузом 6500 кг с глубины 760,5 м, (скорость скипа 9,4 м/с, ускорение 0,75 м/с ²). Результаты расчетов составляющих мощности в сети за цикл подъема груженого скипа приведены на рисунке 12.
Рисунок 12. Зависимости полной и активной мощности в сети 6 кВ 50 Гц при работе транзисторного ППТ «ЭПТОН-М-2000-730-Т»
Сравнивая диаграммы скорости и зависимости мощности в сети при работе электропривода Г – Д (рисунок 2) и при работе электропривода ППТ – Д с транзисторным преобразователем в цепи якоря приводного электродвигателя (рисунок 12) необходимо отметить следующие особенности:
1. За счет повышения КПД электропривода с транзисторным преобразователем цепи якоря снизится потребление активной мощности из сети.
2. Изменение полной мощности в сети при работе транзисторного электропривода ППТ – Д (рисунок 12) происходит без скачкообразного нарастания мощности в сети и по характеру изменений совпадает с активной мощностью в сети электропривода Г – Д (рисунок 2), что является достоинством данного варианта электропривода.
3. Из сети 6 кВ 50 Гц при работе транзисторного электропривода потребляется только активная мощность, которая тратится на выполнение полезной работы по подъему груза и на компенсацию потерь в элементах электропривода.
Система управления (СУ) транзисторным преобразователем и электроприводом выполнена на современных сигнальных цифровых микропроцессорах и реализует цифровую систему подчиненного регулирования с внутренним контуром регулирования тока и внешним контуром регулирования скорости, а также обеспечивает комплекс защит преобразователя и электропривода.
4. Заключение
4.1. Замена электропривода постоянного тока по схеме Г-Д на электропривод постоянного тока по схеме преобразователь постоянного тока – двигатель (ППТ-Д) снизит энергопотребление, повысит надежность работы оборудования, повысит производительность подъема и снизит эксплуатационные затраты на обслуживание электрических машин.
4.2. Применение тиристорных преобразователей типа «ЭПТОН-М» для питания цепи якоря и цепи возбуждения электродвигателя без дополнительного компенсирующего оборудования позволяет выполнить модернизацию электропривода с минимальными затратами на покупку оборудования.
4.3. Применение тиристорных преобразователей для управления электродвигателем постоянного тока без дополнительного компенсирующего оборудования приводит к потреблению из питающей сети значительной реактивной мощности и к искажениям тока и напряжения в питающей сети выше допустимых значений по ГОСТ 32144-2013 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
4.4. Установка фильтро-компенсирующего устройства резонансного типа и компенсатора реактивной мощности в электропривод постоянного тока с тиристорным преобразователем в цепи якоря повышает качество потребляемой электроэнергии до требований ГОСТ 32144-2013, но увеличивает стоимость оборудования для модернизации.
4.5. Использование мощного транзисторного преобразователя постоянного тока типа «ЭПТОН-М-2000-730-Т» в цепи якоря электродвигателя и маломощного тиристорного преобразователя в цепи возбуждения обеспечивает решение всех задач модернизации при потреблении из сети только активной мощности и синусоидального тока в соответствии с ГОСТ 32144-2013 без дополнительного компенсирующего оборудования.
4.6. Стоимость комплекта оборудования для модернизации электропривода подъемной установки с транзисторным преобразователем цепи якоря «ЭПТОН-М-Т» меньше стоимости комплекта оборудования с тиристорным преобразователем в цепи якоря, резонансным ФКУ и динамическим УКРМ.