автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Энергосберегающий электропривод с преобразователем частоты для модернизации действующих проходческих подъемных машин

РГ6 од

7 (••-■? ДОНЕЦКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИМ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ГЕЙ ЕР Геннадий Валерьевич

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ ДЛЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ДЕЙСТВУЮЩИХ ПРОХОДЧЕСКИХ ПОДЪЕМНЫХ МАШИН

Специальность 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ДОНЕЦК — 1993

Работа выполнена в Долещазм ордена Трудового Красного Знаые щ| политехническом институте.

Научный руководитель: чоктор технических наук, профессор Е. С. ТРАУБЕ,

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Е Ы. ЧЕРМАЖХ; кандидат технических наук, старший научный сотрудник А. А. ДУ БИ1ЮКИЙ. ■

Ведущее предприятие: Научни-исследовательский институт горной механики им. М.М.$е дорова (г.Донецк).

Защита диссертации состоится "27" ^с/с/Д__1993 г.

в /3 - часов на заседании специализированного совета К 068.20.01 в Донецком политехническом институте, ауд, ¿.201

Адрес: 340000, г.Донецк, ул. Артема, 68, ДЛИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "8[)"

1995г.

Учены'" секретарь специализированного совета, кандидат технически^ наук, профессор

И. Т. Сидоренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы^ В современной энергетической программе Украины приоритет отдается энергосберегающим технологиям по сравнению с вводом новых энергетических мощностей. При проход!« шахтных стволов наиболее энергоемким является шахтный подъем. В настоящее время проходческие подъемные машины (ППМ) оснащаются асинхронным электроприводом с реостатным регулированием. Принципиально этот привод отличается значительными потерями в роторных сопротивлениях при работе на пониженных скоростях. Однако, достоверные данные о к. п. д. этих подъемных установок и зависимости последнего от технологических факторов отсутствуют, кэ.к и удельные нормы энергопотребления ППМ с таким электроприводом. Это делает актуальным исследование этих закономерностей и разработку мероприятий по снижению потерь. При этом необходимо учесть, что ППМ могут работать в условиях слабых сетей электроснабжения, характерных для начального периода строительства шахт.

Известны привода подъемных установок, исключающие потери в реостатах. Привод Г - Д обладает замечательным свойством - работа на малой мощности при низких скоростях происходит при снижении потребляемого тока, однако эта система привода не может быть рекомендована для ППМ из-за больших капиталовложений, а также для модернизации действующих подъемных установок. Принятые в стране в настоящее время тиристорные системы электропривода ТП-Д и частотные с асинхронным двигателем не обладают свойством снижать ток при работе на низких скоростях, что ведет к недопустимым снижениям напряжения за счет значительных реактивных мощностей при пуске и движении на пониженной скорости в условиях слабых сетей. Таким образом имеет место противоречие между положительными энергосберегающими свойствами современных систем электропривода и их отрицательным влиянием на слабые сети, характерные для ППМ. Разрешение этого противоречия представляет актуальную практическую и научную задачу.

Диссертационная работа выполнялась на основании целегой комп-лекной отраслевой научно-исследовательской программы "Создать и внедрить комплексы передвижного оборудования и мобильных зданий для оснащения стволов и обустройства строительных площадок, обеспечивающие в 1990 году снижение трудоемкости строительно-монтажных работ на 25% и сокращения продолжительности оснащения на 50% по сравнению с уровнем 1985 года", утвержденной Минуглепромом СССР 26.11.85 г. (шифр 332205).

Цель работы^ разработка асинхронного энергосберегающего электропривода действующей проходческой подъемной машины на базе источника напряжения низкой частоты.

Научная задача состоит в обосновании целесообразности питания асинхронных "вигателей действующих и вновь создаваемых ППМ от преобразователя частоты при движении на низких коростях при сохранении реостатного разгона и прямого включслия двигателя на полной скорости, а также ч разработке принципов управления приводом подъема в этих режимах и при. переходах мевду ними при подъема и спуске груза.

Основная идея работы заключается в применении с целью снижения злектропотреблешга в условиях слабых шахтных сетей питания подъемного двигателя ППМ от преобразователя частоты, включаемого через поникающий трансформатор, • что обеспечивает исключение реостатных потерь и снижение потребляемого тока при длительной работе на пониженных скоростях.

Основные научные факторы и их новизна:

1. Определены технологические факторы, влияющие на к. п. д. ППМ с асинхронный реостатным электроприводом и установлены зависимости мевду этими величинами.

2. Обоснована целесообразность применения и определены требуемые параметры преобразователей частоты и питающих их поникающих трансформаторов для всего диапазона применяемых ППМ с высоковольтным электроприводом.

3. Разработаны принципы управления ППМ при переходах от низкочастотной дотяжи к движению на полной скорости и наоборот в двигательных и тормозных режимах, ни основе чего синтезированы структурные схемы узлов, управляющих электроприводом ППМ в соответствии с этим! принципами.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: применением апробированных методов исследований л теоретическ-чи предпосылками, базирующимися на фундаментальных положениях теории электрических машин, электропривода и автоматического управления; соответствием теоретических и экспериментальных данныу статических и динамических характеристик электропривода (отклонения не более 15£), а также результатами испытаний, подтвердивших полученные выводы.

Значение работы. Научное значение рабо"')! состоит в обосновании метода и средств преодоления противоречий мевду энергетической эффективно^ _'ыо работы тиристорных электроприводов на низкой скорости и страдательным их влиянием при этом на слабую сеть ППМ.

Практическая ценность. В результате теоретических и эксперимен-т&лы. .х исследований разработан комплекс электрооборудования для модернизации действующих ПШ с асинхронным электроприводом, обеспечивающей существенное сн"чение энергопотребления этих установок. В работе приведены методы расчета и выбора основных элементов силовой

схемы этого электрооборудования, а также устройств управления ими, Разработанный электропривод может бить использован также для оснащения вновь создав; эмых ППМ.

Реализация результатов работы. Разработан, испытан и подготовлен к эксплуатации экспериментальный образец электропривода проходческой подъемной машины типа ПР-бхЗ,4/0,6 с двум асинхронными двигателями по 1000 кВт с частотной дотяжкой, установленной трестом "Донецкгаахтопроходка" на проходке воздухоподающэго. ствола шахты им. Абакумова ПО "Доиецкуголь".

Материалы диссертационной работы использованы ВНИИГМ им. М. !■(. Федорова при модернизации действующей высоковольтной подъемной машины, Донецким научно-конструкторским центром ВНЖОМШС - при создании проектов модернизированных ППМ. На основе исследований был разработан и изго":влен преобразователь частоты для сушильного барабана, испытанный на брикетной фабрике "Байдаковская" ПО "Александри-яутоль". На основе полученных результатов по заказу "осударственного комитета Украины по угольной промышленности в 1992 году начаты работы по организации серийного выпуска взрьвобезопасных преобразователей частоты для подземных горных машин.

- Апробация работы. Материалы диссертационной работы .были представлены на республиканской научно-технической конференции по вопросам развития стационарных установок угольных шахт (Донецк, 1988), на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы электротехники" (Москва,1989), на Международной конференции по электроэнергетике (Чехословакия,- Острава, 1990), на Международной конференции по технологии шахтного подъема (Польша, Гливице,1990), на Международной конференции по автоматизации технологических процессов шахт (Чехословакия, Острава,1990), та Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта" (Днепропетровск, 1990), на I Международном симпозиуме "Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности" (Ленинград, 1991), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Состояние и проблемы развития систем автономного электроснабжения^ Суздаль, Ленинград,1991), на Международной конференции по электроприводу и силовой электронике (Чехословакия', Высокие Татры, 1990).

Пуб.такации._ По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 1 авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 78 наименований, 6 приложен!"'), содержит 99 машинописных страниц основного текста, 30 рисунков и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и новизна проблемы, определены цель и задачи исследований, изложены основные научные и практические результаты.

В первой главе на основе работ 3. М. Федоровой, А. Д. Димашко, А. Д. Динкеля, С. С. Меликсетова, Е. С. Траубе, М. М. Федорова, Е. М. Федорова, В. М. Чермалыха в области шахтного подъема и его электропривода проанализирован технологический цикл проходческой подъемной машины (ППМ), который в общем случае отличается от цикла стационарных подъемных машин тем, что до мере углубления ствола тахограмма и нагрузочная диаграмма машины постоянно изменяется, применяется только ручное управление приводом с большим количеством маневров, а также длительной работой на пониженной скорости (0,4-0,6 от времени цикла) и значительными нагрузками. Асинхронные реостатные электроприводы, которыми в настоящее время оснащаются ППМ, не соответствует технологическим требованиям из-за больших потерь электроэнергии в роторных сопротивлениях и недостаточной управляемости при работе на пониженных скоростях. Исходя из этого дан краткий обзор существующих систем энергосберегающего электропривода подъемных механизмов с учетом современных требований технической и экономической эффективности. Необходимость учета слабых сетей, питающих ППМ, приводит к тому, что предпочтение должно быть отдано системам электропривода, снижающим потребление реактивного тока при работе на пониженных скоростях и в пусковых режимах. Отвечающая этому требованию система Г-Д неприемлема по большим капитальным затратам, особенно, если речь идет о модернизации действующих ППМ. Применяемые в настоящее время системы тиристорного электропривода с двигателем постоянного тока и частотного с двигателем переменного тока характеризуются большим потреблением реактивного тока при движении на пониженных скоростях и при разгоне. Попытка устранить эти недостатки за счет компенсаторов существенно увеличивает капитальные затраты, что делает .акие системы нерациональными, особенно для модернизации действующих ППМ. Анализ показал, что наиболее рациональной для модернизации действующих ЛПМ является система электропривода с низкочастотной дотяжкой на базе 18-ти вентильного непосредственного преобразователя частоты (НПЧ), при его питании от понижающего трансформатора. Структурная схема предлагаемой системы электропривода приведена на рис. 1. Она содержит тиристорный преобразователь частоты (НПЧ), включаемый вместо источника тока динамического торможения через трехполюсный контактор КМ-ДГ, высоковольтный двигатель (АД) с роторной станцией (И), реверсор (КМ-В, КМ-Н), понижающий трансформатор (Т\0, разъединитель №), автомат (ОП.

При движении на пониженных скоростях и впмедле-нии с полной скорости при спуске питание ЛД осуществляется от НПЧ, а в остальных режимах работа привода осуществляется по традиционной схеме с реостатным регулированием. Преимуществом этой системы при модернизации является: 1. Снижение капитальных затрат во счет сохранения существующего на подъеме электропривода (АД, 1?, КМ-В, КМ-II).

2. Обеспечение требуемой управляемости при движении на пониженных скоростях и маневрах.

3. Экономия электроэнергии за счет исключения реостатных потерь при движении на пониженных скоростях.

4. ,Применение понижающего трансформатора с коэффициентом трансформа-

ции порядка 6 ведет к пропорциональному уменьшению влияния реактивных токов на питающую сеть.

В разработку вопросов теории и применения преобразователей

частоты с непосредственной связью большой вклад внесли С. С. Багдаса-

рян, Г. В. Грабовецкий, Л X. Дацковский, Г. Г. Жемеров, Б. Л Коринев,

В. А. Скрыпник, Б. И. Фираго, И. И. Эпштейн, Л Джюджи, В. Пелли и другие.

Тем не менее, при разработке энергосберегающего электропривода 11ПМ с

НПЧ необходимо решить ряд задач:

1. Оценка зависимости потерь энергии при существующей системе электропривода от технологических Факторов, а также определение направлений экономии электроэнергии и оценки ее экономической эффективности при создании предлагаемого электропривода с частотной дотяжкой.

2. Разработка схем и обоснование параметров силового электрооборудования предлагаемой системы электропривода для всего ряда ППМ.

3. Обоснование структурных схем и разработка устройств для управления электроприводом при работе на скорости дотяжки, а также при переходе от режима дотяжки к разгону до полной скорости и обратно при подъеме и спуске груза.

4. Разработка предложений по организации внедрения разработанной системы электропривода.

Ш второй главе проведены аналитические и экспериментальные

км-п\\ КМ-II

6 кВ

Рис. 1. Структурная схема электропривода.'

исследования энергетических показателей существующих электроприводов ШШ, а также пр ^еден анализ возможностей их улучшения при использовании предложенного электропривода с РТЧ. Для оценки энергетической эффективности действующих установок, по разработанной методике определены взаимосвязанные показатели: расход энергии на подъем тонны веса полезного груза И-и средний к. п. д. за цикл спуск-подъем для ряда ШШ. Анализ результатов расчетов показал, что удельные показатели знергопотреблени 1 мало зависят от типа машины и условий ее работы, а определяются в основном глубиной подъема. Расчетный к. п. д. рассмотренных ППМ с асинхронным реостатным электроприводом колеблется от 9% до 402, причем наихудшие показатели получены для малых глубин подъема. Броведенные экспериментальные исследования на ряде действующих ППМ (МПП-9, МПП-17,5 N 1 ш.ВДановская, МПП-17,5.К 2 ш.им. IX пятилетки, МПП-17,5 ш. Булавинская, МПП-9 ш. им. А. А. Скочинского) подтвердили верность аналитических расчетов, однако, в ряде случаев из-за того, что фактическая длительность маневровых операций в 1,5-2 раза больше значений, определенных по типовой тахограмме, установившаяся максимальная и пониженная скорости, подъема ниже расчетных, энергетические показатели действующих ППМ существенно хуже расчетных. Для количественной оценки возможности улучшения энергетических показателей ППМ при их модернизации по предложенной схеме проведен сопоставительный анализ трех систем электропривода: а) существующего реостатного;

0) идеального (имеющего потери только в двигателе и передачах); в) предлагаемого для модернизации.

Результаты ~асчета к. п. д. и удельного расхода электроэнергии (по упомянутой выше методике) для перечисленных систем электропривода приведены на рис.2.

Сопоставление на основании приведенных н. рис. 2 зависимостей энергетических показателей идеального электропривода с реостатным показывает, что на действующих ППМ за счет применения энергосберегающего электр-»привода наибольшая эффективность мож быть получена на малых глубинах подъема. Предлагаемый вариант модернизации асинхронного элекгропривода с НПЧ для обеспечения режимов дотяжки позволяет существенно улучшкгь эн ргетические показатели установки (потери энергии снижаются в 1,5-3 раза).

w,

iBr-ч T 0,7

0,5

0,3

O,i

50 /.О 30 20 /О

ÍOO 200 300 m 500 600 700 800 SOO {ООО ÍÍOO /200 H,M Рис. 2. Зависимости энергетических показателей различных типов электропривода ППМ

1]р.М»;']иМ1;1]нпч.Н|пч- к. п. д. и удельный расход электро-энер, ли соответственно для реостатного, идеального и предлагаемого электропривода. В третьей главе произведен выбор силового электрооборудования предлагаемой системы привода и анализ переходных процессов в электроприводе при смене режимов работы. Проведенный при выборе параметров силового электрооборудования, на основании известного из литературы закона регулирования напряжения при частотном управлении,' анализ значений требуемых выходных напряжений НПЧ в полосе частот 0...10 Гц (V=o. ..1,6 м/с) для ряда ППМ показал, что величина ивыхнпч для различных установок зависит лишь от относительной скорости движения и его максимальное значение лежит, в 'пределах '920-1100 В. С учетом выбранной нулевой схемы силовой части НПЧ и применяемой синусоидальной модуляции коэффициент связи выходного напряжения НПЧ и вторичного напряжения питающего трансформатора равен 1, т.е.

В этом случае вторичное напряжение трансформатора для всего ряда ПШ может быть принято стандартным,' равным 1140 В. Для выбора габаритной мощности силового электрооборудования по. известной методике произведен расчет эквивалентного тока приводных двигать лей ППМ за цикл спуск-подъем с учетом того, что ток двигателя на участках работы с НПЧ примерно на 20% превышает значения, полученные при питании того же двигателя от сети 50 Гц при тех же значениях момента на валу. Исходя из полученных значений эквивалентного тока двигателей ряда ППМ при отработке тахограммы и принятого вторичного напряжения трансформатора определен коэффициент В, связывающий габаритную мощность питающего трансформатора с суммарной мощностью приводных двигателей

-^=0,2 +0,3.

Таким образом, для питания НПЧ в электроприводах высоковольтных 11ГШ целесообразно применять питаклще трансформаторы 6000/1140 В, габаритная мощность которых должна составлять 20-30Х суммарной мощности приводных двигателей.

Отличительной особенностью предлагаемого электропривода является наличие переключений в силовой части привода при смене режимов ра боты. Па рис. 3 показаны основные виды переходов: а - переход из режима низкочастотной дотлжки к реостатному регулированию при разгоне двигателя в процессе под-шма; в - обратный переход -' п режим частотного управления при замедлении в процессе подъема;

с - переход с частотного регулирования на реостатное с дальнейшим разгоном до естественной характеристики при ускорении в процессе спуска. В конце разгона АД переходит в режим генераторного торможения на естественной характеристике; <1 - переход с естественной характеристики на регулирование от НПЧСПЧ-АД с ослабленным полем АД при /«от =10 Гц) в начале Рис.3. Виды переходов между режимами при замедления машины в про-работе электропривода ППМ с НПЧ. цессе спуска.

Анализ произведен для

наиболее тяжелого из переходов, осуществляющихся при переключении питания АД с сети 6 кВ на НПЧ - перехода типа "<Г. При этом управление двигателем осуществляется при постоянной наибольшей частоте НПЧ (/=»10 Гц) с изменением амплитуды напряжения, подводимого к двигателю ' (т.е. режим, аналогичный ТРН-АД, но при пониженной частоте). Как известно, для электропривода ППМ с достаточной точностью можно рассматривать раздельно электромеханические и электромагнитные переходные процессы.

Оптимизация электромеханических переходных процессов в электроприводе при этом проводится по следующим критериям:

а) необходимость поддержания требуемого тормозного момента двигателя;

б) ограничение тока двигателя приемлемой величиной.

По разработанной методике, исходя из необходш-л,,ти поддержания

требуемого момента двигателя, произведены расчет зньчвьпй тока дьн г»геля при различнш алгоритмах переключения роторных сопротивлений. В результате анализа полученных значений тока ЛД сделен вывод о целесооОраьиоети начала процесса замедления от максимальной скорости при спуске с включением 5-8 ступеней типовой роторной стыщии. При этом ток ЛД в момент переключения не превышает 1.1 1пом при обеспечении требуемого в данной точке тормозного усилия. Ь ходе снижения скорости до установившегося значения, равного скорости дотягивания, ток АД спишется до (0,9. ..0,7) от 1ном.

Оптимизация электромагнитных переходных процессов в электроприводе при переходе типа '41" проводится по следующим критериям:

а) остаточное напряжение на обмотках статора в момент подключения двигателя к НПЧ должно Оыть безопасным для тиристоров преобразователя;

б) ограничения пиков электромагнитного момента двигателя.

Показано, что после отключения двигателя от сети б кВ наводимое на зажимах статора АД затухавшим полем ротора напряжение определяется по соотношению

где - параметры схемы вамеюбяия ЛД, 3 - скольжение АД,,

/га- обобщенный вектор тока ротора. При включенных в цемент перехода1 сопротивлениях 5-8 ступеней роторной станции остаточное напряжения на статоре АД в момент подключения НКЧ (после отработки времени задержки реле дуговой блокировки де ) составляет порядка 3500 В, что недопустимо. Анализ зависимости этого напряжения от возможных вариантов сопротивлений ступеней роторной станции в момент перехода показал, что безопасное переключение достигается при включении на время /рдв всей роторной станции. Изме... ние электромагнитного момента двигателя после подключения его к НПЧ (в соответствии с изложенным выше) рассмотрено как повторное включение с нулевыми начальным условиями на частоту, близкую к 10 Гц со значительным отрицательным скольжением. Анализ процесса изменения электромагнитного момента двигателя при включении 5-8 ступеней роторной станции показал, что в этом случае пики электромагнитного момента достигают пятикратного от установившегося значения (кривая 1 рис.4), что недопустимо. Установлено, что наиболее благоприятно переходный процесс протекает при замкнутом накоротко роторе (кривая 2 рис.4). При этом пик электромагнитного момента не превышает 1,6 от установившегося, а переходный процесс заканчивается за 0,02 с.

Для разрешения возникшего противоречия (оптимальный электромеханический переходный процесс - при включении 5-0 ступени роторной' станции; оптимальный электромагнитный переходный процесс - при игл ю-

чении всей роторной станции на время Ьав , затем при закорачивании роторной станции на 0,02 с) разработан алгоритм управления электроприводом при переходе типа "с1": - после поступления команды замедления при спуске одновременно от-клю'-пется реверсор и все контакторы ускорения (сопротивление роторной станции макси-, мально). За время работы реле дуговой блокировки и статора уменьшается до 1.00 В;

- после отработки ^pдЬ с подпючением АД к НПЧ включаются одновременно контакторы 5У и КЗ закоротив роторную цепь АД для обеспечения благоприятного протекания процесса установления момента и подготовив к включению 5-8 ступени роторной станции;

- через 0,02 с контактор КЗ отключается, оставив в работе 5-8 ступень роторной станции.

В четвертой главе на основе полученных алгоритмов управления электроприводом ШМ с ЧПЧ разработана структурная схема системы управления для обеспечения работы в двух основных режимах:

1. Резким ПЧ-АД при И>* <0,2 (зоны I и П рис.3) - условно режим 1.

2. Режим ПЧ-АД при ш* >0,2 и тормозном моменте на валу (зона Ш рис. 3) - условно режим 2.

Кроме того, в режиме замедления с номинальной скорости до пониженной при спуске в зоне ско: остей *Ло,2 должен осуществляться переход от режима 2 к ре.иму 1. Структурная схема разработанного электропривода приведена на рис.5. Она содержит командоаппарат (КА), педаль динамического торможения (ДТ), канал: I регулирования режимов 1,2 (КР1, КР2), блок выбора режимов (БВР), систему управления НПЧ (СУ), тиристорный преобразователь (НПЧ), приводной двигатель (АД) с роторной станцией (РС), контакторы реверсора (КМ-В, КМ-Н) и контактор динамического торможения (КМ-ДТ), подключающий НПЧ к статору АД. Выбор одного из двух возможных режимов работы электропривода с НПЧ и выработку команд Не переключение роторной станции осуществляется специальным логическим блоком БВР в соответствии с изложенным в главе 3. В качестве входных используются логические сигналы: V - достижение двигателем частоты вращения ш*>о,2, Ь - срабатывание контактора ДТ.

установления момента двигателя.

Sy

- S

I_____

'Чч

0, о.

¡c¡

Выходные сигналы БВР - команды на включение соответствующих режимов и переключение роторной станции. Функционирование БВР описывается системой логических уравнений

Я2 = .

Состояние X означает появление сигнала с временной задержкой 0,02 с. При работе электропривода в режиме 1 магнитный поток в АД поддерживается системой стабилизации в функции-выходной частоты НПЧ $ и сигнала абсолютного скольжения известными методами. В тормозном режиме закон управления двигателем в этом случае имеет вид

И — Ц, + к^-Нрг'Р I (1)

где Ц, - начальное напряжение, подводимое к АД при нулевой выходной частоте НПЧ, к/ - составляющая выходного напряжения НПЧ, пропорциональная частоте, Кргр - составляющая выходного напряжения НПЧ, обеспечивающая постоянство магнитного потока двигателя при изменении нагрузки, р - абсолютное скольжение.

Дчя устойчивой работы двигателя в режиме 2, учитывая необходимость наличия начального тормозного момента при переходе в режим 2 по команде машиниста приы*»1 напряжение на двигателе должно изменяться в соответствии с выражением

и^Цо-Кг-р', , (2)

_г

гдеуВ - рассогласование в канале регулирования скорости.

Для ограничения выходной частоты НПЧ при работе в зоне Ш выходной ;;нгнал регулятора скорости ограничивается на уровне, соответствующем частоте 12 Гц. При этом возможен плавный переход системы регулирования от режима 2 к режиму 1 при снижении скорости вращения двигателя от момента достиженияи)*=0,22 до момента прихода сигнала "Р1" от БВР (прии)*=о,2), т.е. переход в режим 1. С этой целью предложен закон регулирования двигателем в тормозном режиме в виде:

При этом, если на частоте 12 Гц выполняется равенство

нЗ-к^чо),. («

что возможно при выборе коэффициента

то при и) >>0,22, когда выходная частота НПЧ максимальна и равна

12Гц, выполняется равенство (4), и выражение (3) принимает вид закона регулирования (2). В ходе снижения скорости в зоне от а)* =0,22 до &0*0,2 слагаемое Я<р(/-10) постоянно уменьшается и к моменту перехода в режим 1 (прии) вых.нпч^Ю Гц) закон регулироваиия(З) стано-

вится идентичным закону регулирования режима I. Таким образом в процессе перехода от закона регулирования (2) к-закону регулирования (1) обеспечивается постоянство амплитуды выходного напряжения НПЧ, а, следовательно, непрерывность электромагнитного момента двигателя.

Для проведения лабораторных и промышленных испытаний, а также внедрения на ППМ ЦР-6хЗ,4/0,б, работающей на проходке воздухоподакяце-го ствола ш. им. Абакумова, изготовлен экспериментальный образец НПЧ -с системой управления электроприводом, выполненной в соответствии с изложенным выше. Лабораторные испытания экспериментального образца электропривода были проведены на специально созданном стенде, расчет параметров которого приведен в работе. Полученные в ходе экспериментов результаты подтвердили работоспособность разработанного электропривода. Расхождение между расчетными и экспериментальными параметрами статических (жесткость механических характеристик двигателя) и динамических характеристик электропривода в исследуемых режимах не превышает 15Х.

В заключении сформулированы общие выводы по результатам проведенных исследований, показаны области возможного применения энергосберегающего электропривода с НПЧ.

В приложениях приведены тексты программ и проверочные расчеты на ЭВМ активной и реактивной мощности тирисюрннх приводов постоянного тока модернизированных ППМ типа МПБК-25, МПП-17,5М, энергетических показателей ППМ, инструкция по эксплуатации, программа и методика приемочных испытаний НПЧ для ППМ, разрешение МакНШ на испытания. Помещены документы, подтверждающие внедрение приведенных разработок.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Установлено, что коэффициент полезного действия ряда ППМ составляет от 9 до 401, причем наихудшие показатели получены для малых глубин подъема.

2. Впервые проведены экспериментальные исследования энергопотребления действующих ГШ, в основном подтвердившие теоретические результаты. В связи с тем, что фактическая длительность маневровых операций в 1,5-2 раза больше значений, определенных по типовой тахограмме, установившиеся эксплуатационные максимальная и пониженная скорости подъема значительно ниже расчетных, экспериментально полученные энергетические показатели действующих установок существенно хуже расчетных. В этих условиях очевидной является

необходимость применения на ППМ энергосбере! ающего электропривода,

i Необходимость учета слабых сетей, питающих ППМ, приводит к тому, что предпочтение должно отдаваться системам электропривода, снижающим потребление реактивного тока при работе на пониженных скоростях.

4. Показана целесообразность модернизации высоковольтного электроп-гивода ППМ с применением 18-ти вентильного тиристорного преобразователя частоты для обеспечения режимов дотяжи, позволявшая существенно улучшить энергетические показатели установки (потери энергии снижаются в 1,5-3 раза) и регулировочные свойства привода. Установлено, что для питания КПЧ на высоковольтных ППМ целесообразно применять трансформаторы 6000/1140й с габаритной мощностью 20-30Z суммарной мощности приводных двигателей, п. На основании анализа электромеханических 11 электромагнитных переходных процессов в электроприводе ШМ при смене режимов работы синтезирован алгоритм управления приводом с НПЧ в переходных режимах' обеспечивающий безопасность процесса переключения двигателя от сети 6 кВ к низковольтному НПЧ, оптимальность протекания электромагнитного переходного процесса при этом (пик электромагнитного момента ке превышает 1,6 от установившегося, а переходный процесс заканчивается за 0,02 с).

6. На основании полученного алгоритма переключений разработаны законы управления электропривода ПШ с НПЧ, обеспечивающие непрерывность электромагнитного момента в двигательном режиме при скорости дотягивания, а в тормозном режиме - во всем диапазоне скоростей. Описанные законы управления защищены авторским свидетельством N 1685690.

7. Синтезирована структурная схема и логическая часть системы управления liiTî, реализующая разработанные законы регулирования, а такие система управления электроприводом ППМ с КПЧ.

8. Сосдан экспериментальный образец тиристорного преобразователя частоты с системой управления электроприводом ППМ, реализующей разработанные законы управления приводом. •

9. Проведенные . на лабораторной модели комплексные экспериментальные исследования подтвердит правильность основных теоретических положений, изложенных в работе, показали, что разработанная система электропривода с НПЧ для обеспечения режимов дотяжки для модернизации действующих высоковольтных ППМ полностью отвечает требованиям к электроприводу проходческой подъемной•установки. Реализация результатов работы приведена выше в одноименном разделе. На основе полученных результатов по заказу Государственного комитета. Украины по угольной промышленности в 1992 г. начаты работы по ор-

ганизацни серийного выпуска взрыгобозопасны* НПЧ для подаемш горных машин.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ дИССЕРГАЦИИ

. Разработка и внедрение энергосберегающей системы регулируем-;¡ч, электропривода для параметрического ряда проходческих подъемны,; машин: Отчет / Донецкий политехнический институт. Руководите.1!,') В. Б. Потапов, отв. исполнитель Г. Р, Гейер; N ГР 01860047216, инв. ü 02890040106. ,-Донецк, 1989.-165 с.

:. Багдасарян С. С. , Гейер Г. В. , узалевский В. В. Шдернизация аси.чх ронного электропривода перед?чтаых подъемных установок.- Донецк. -Деп. в УкрНИИНТИ, 1989, N 1783, 8 с.

¡. Багдасарян С. е., Потапов В. Б., Гейер Г. К Повышение технического уровня и энергетических показателей злекгропоивода проходческих подъемных машин. // Уголь Ук айны. -1989. - Н 9. - С. 30-31.

. Модернизация шахтных проходческих подъемных установок, с. С. Багдасарян, Г. В. Гейер, В. Б. Потапов, Ю. Н. Хохотра, А. А. Шзьелкии - Донецк.- Деп. в УкрШИНМ, 1989, N 1974, 10 е.

. Разработка энергосберегающего электропривода подъемных кэханиа-мов. Е. С. Траубе, С. С. Багдасарян, В. Б. Потапов, U Н. Хохотва, Г. В. Гей ер - В кн.: Современные проблемы электромеханики. Тез. докл. Веес. науч. техн. КОНф. -iL : МЭИ, 1989. - С. 156-158.

. Траубе Е. С., Багдасарян С. С., Гейер Г. В. Синтез алгоритмов цифре; кого управления тиристорами циклоконвертора. VEDENCKA' KONFERENCt; КЕ 40. VYROCI ZALOZENI FA .JLTY STR0JNI А ELEKTROTECHNICKE'. ELEKTROEHERGETIKA А OBECNA' ELEKTROTECHNIКА. , OSTRAVA - P0RUBA, 29.-31.5.1990.

. Применение циклоконверторог, для совершенствования электропривода подъемных машин. Е. 0. Траубе, С. С. Багдасарян, Г. В. Гейер, Ii ¡1 Сарматов. Report of international Seminar on mine shaft hoisting technology, Glivice, 1990.-C. 199-20S.

. Траубе E. С., Багдасарян С. С., Гейер Г. В. Автоматизированный электропривод подъемных установок о применением циклоконвертора. World Mining Contjress. Report of 10 International Conference on Automation in Mine Control, vol 2, Ostrava, 1990.-C. 402-406.

. Траубе E. С., Багдасарян С. С., Гейер Г. В. Энергосберегающий электропривод проходческих подъемных установок угольных шахт с применением источника тока низкой частоты. В кн.: Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и слете мах электроснабжения промышленности и транспорта. Тез. док. Всес. науч. техн. конф. - Днепропетровск, 1990. С. 371-372.

X Траубе Е. С. , Багдасарян С. С. , Хохотва Ю. iL , Потапов В. Б. , Гейер

Г. В. Energi saving thyristor electrical drive with asynchronous motor for- the shaft sinking mine hoist. International conference on electrical drives ana power electronics, proceedings, vol 2, High Tatras, 1990.-c. 110-113.

11. Регулируемый электропривод стационарных горных машин с непосредственным преобразователем частоты. Е. С. Траубе, С. С. Багдасарян.В. Б. Потапов, А. А. Шавелкин, Г. В. Гейер// Изв. вузов. Горный дурнал. -1991.-N 3.-С. 123-128.

12. Высоковольтный электропривод проходческих подъемных машин с режимом частотного дотягивания. Е. С. Траубе, С. С. Багдасарян, Г. В. Гейер, В. Медуна, ЯШорал. В кн.: Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности. Тез. докл. Í' международного симпозиума. - Ленинград, 1991.-С. 63-64.

13. Применение тиристорного преобразователя частоты для модернизации высоковольтного асинхронного электропривода проходческих подъемных установок. Е. С. Траубе, С. С. Багдасарян, Г. В. Гейер, В. Медуна, Я ИЬрал В кн.: Состояние и проблемы развития систем автономного электроснабжения. Тез, докл. Всес. науч. -техн. совещания. - Ленинград, 1990.-С. 138-140.

14. А. С. 1686690 СССР, Н02Р7/42. Электропривод с комбинированным частотно-параметрическим управлением /С. С. Багдасарян,Г'. В. Гейер, В. В. Музалевский. (СССР). - N 4749778/07; Заявлено 17.1.0.89; Опубл. 23.10.91. Бюл. N 39, 7 с.: ИЛ.

Личное .участие соискателя в работах, опубликованных в соавторстве: /1/ - экспериментальные исследования энергопотребления ППМ и их анализ; /2/-/Б/ - обоснование целесообразности применения энергосберегающего электропривода на ППМ; /б/-/8/, /10/, /11/ - разработаны законы управления двигателем ППМ; /9/ - обосновано применение HIM для привода ППМ; /12/,/13/ - разработана структурная схема и алгоритмы перехода в режим частотного дотягивания; /14/ - предложен закон управления двигателем в режимах замедления ППМ.

П«дп. п пе1|ать-0.ЭД93?°рмаг B0XS4'/i6. Бумага ni4aOípaq_x Офсетная печать, Усл. меч, я. О,За . Усл. кр.-етт. -ГJe . Уч.-иэд. л. , Тираж -120 И).

Заказ КЧ-8У. ■

Донецкий политехнический институт, 340000, Донецк, ул. Артема, 58. Д|\\11П, 34003«, Донецк, ул. Артема, !№