Электропривод шахтной подъемной машины на основе роторного транзисторного преобразователя частоты «ЭРАТОН-ФР»


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.

Однолинейная структурная схема традиционного двухдвигательного электропривода переменного тока шахтной подъемной машины

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 транзисторный преобразователь частоты с микропроцессорной системой управления и регулирования типа «ЭРАТОН-ФР» позволяет устранить все перечисленные выше недостатки электропривода переменного тока с асинхронными электродвигателями с фазным ротором.

Преобразователь частоты типа «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает:

  • плавность и высокую точность управления моментом и скоростью вала АДФР во всем диапазоне скоростей вала от нулевой скорости до 95% синхронной скорости без датчика положения вала электродвигателя;
  • выравнивание моментов электродвигателей во всем диапазоне скоростей вала;
  • высокую перегрузочную способность электропривода ШПМ в двигательном и тормозном режимах;
  • рекуперативное торможение электропривода с высоким тормозным моментом и возвратом мощности с вала в питающую сеть;
  • потребление из сети только полезной активной мощности, которая передается на вал электродвигателей с минимальными потерями и высоким КПД.

Однолинейная структурная схема частотно-регулируемого электропривода ШПМ с роторными преобразователями частоты типа «ЭРАТОН-ФР» показана на рисунке 2. Согласно схеме электропривода ШПМ между ротором каждого электродвигателя (Д1, Д2) и питающей сетью (6 кВ, 50 Гц) устанавливается рекуперативный транзисторный преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР», который подключается к сети 6 кВ через согласующий трансформатор (Тр1, Тр2) и механический высоковольтный разъединитель (ВР1, ВР2).

Однолинейная структурная схема частотно-регулируемого электропривода ШПМ с роторными преобразователями частоты типа «ЭРАТОН-ФР»

Рисунок 2

Работа электропривода ШПМ с ПЧ типа «ЭРАТОН-ФР» осуществляется следующим образом (на примере подъема клеть-противовес). При наложенном механическом тормозе на барабан ШПМ и клети, установленной на кулаках верхней приемной площадки, с подстанции подается высоковольтное напряжение 6 кВ 50 Гц. После подачи высоковольтного напряжения включаются контакторы реверсоров (К1 или К2), которые подают напряжение на статоры двигателей с определенной фазировкой, соответствующей направлению вращения вала вала двигателей Д1, Д2, обеспечивающему необходимое направление движения клети ШПМ после снятия с кулаков приемной площадки. Включаются преобразователи частоты «ЭРАТОН-ФР», которые формируют трехфазное напряжение с частотой 50 Гц, совпадающее по амплитуде и фазе с напряжением ротора двигателей. Электропривод готов к работе. При поступлении команды о начале движения снимается механический тормоз с барабана ШПМ и цифровая микропроцессорная система автоматического управления и регулирования повышает на относительно небольшую величину амплитуду и частоту напряжения преобразователей (выше амплитуды и частоты напряжения ротора двигателей). При этом плавно натягиваются канаты, выбираются зазоры в механических передачах, клеть приподнимается над кулаками на требуемую высоту и кулаки убираются. Далее система управления снижает частоту и амплитуду напряжения преобразователей ниже амплитуды и частоты напряжения ротора двигателей, что приводит к изменению направления вращения вала электродвигателей и началу движения клети в нужном направлении в соответствии с заданной тахограммой основного движения по заданным диаграммам скорости и ускорения. После разгона сосудов до требуемой основной скорости система управления преобразователями обеспечивает стабилизацию скорости и выравнивание нагрузки электродвигателей. После поступления команды на торможение ШПМ преобразователи частоты переводят электропривод в режим торможения с заданным замедлением, дотягиванием, стопорением и последующим наложением механического тормоза на барабан ШПМ. Для движения клети ШПМ в противоположном направлении во время паузы выполняется переключение контакторов в реверсорах, изменяющих фазировку напряжения статора двигателей Д1, Д2.

За счет частотного регулирования момента и скорости АДФР с помощью роторных транзисторных преобразователей типа «ЭРАТОН-ФР» 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;
  • компенсацию реактивной мощности, потребляемой асинхронными электродвигателями ШПМ, без применения дополнительных компенсаторов реактивной мощности.

Электропривод с преобразователями «ЭРАТОН-ФР» 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 частотно-регулируемый электропривод «ЭРАТОН-ФР» исключает проскакивания и удары клети, удары скипа по разгрузочным кривым, что продлевает срок службы механизмов и снижает эксплуатационные затраты.

Электропривод с ПЧ «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает снижение потребления электроэнергии ШПМ более чем на 30% по сравнению с традиционным электроприводом на базе пусковой резисторно-контакторной станции.

Пример повышения производительности и энергоэффективности ШПМ с электроприводом «ЭРАТОН-ФР» на клетевой подъемной машине Казского филиала ОАО «ЕВРАЗруда»

Пример расчета экономии электроэнергии за счет электропривода «ЭРАТОН-ФР» на скиповой подъемной машине шахты «Осинниковская» ОУК «Южкузбассуголь»

Пример расчета экономии электроэнергии и повышения производительности одноконцевой бадьевой (проходческой) подъемной машины Ц3,5/2,4 рудника «Северный» ОАО «Кольская ГМК»

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» 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» 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.

однолинейная структурная схема двухдвигательного электропривода ШПМ после модернизации с применением роторных преобразователей частоты «ЭРАТОН-ФР» и с резервированием

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» на свободных площадях без остановки работающей ШПМ. После окончания монтажа в кратковременные паузы в работе ШПМ проводится настройка электропривода с ПЧ «ЭРАТОН-ФР», после чего электропривод «ЭРАТОН-ФР» 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» на опасных производственных объектах, в том числе и на шахтах, имеется разрешение № РРС 00-38883 федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору.

Опыт внедрения

 
Заказчик Объект Тип и мощность электропривода Год реализации проекта
АО «Топпром», шахта «Юбилейная», г. Новокузнецк Шахтная подъемная машина 2Ц-5*2,4 (скип) ЭРАТОН-ФР-630,
2 шт.
2х630 кВт
2016
ОАО «ОУК Южкузбассуголь», филиал «Шахта «Осинниковская», Кемеровская обл., г. Осинники Шахтная подъемная машина 2Ц4х1,8 (клеть) ЭРАТОН-ФР-800
800 кВт
2013
ОАО «ОУК Южкузбассуголь», филиал «Шахта «Осинниковская», Кемеровская обл., г. Осинники Шахтная подъемная машина 2Ц6х2,4 (клеть) ЭРАТОН-ФР-1000, 2 шт.
2 х 1000 кВт
2013
ОАО «ОУК Южкузбассуголь», филиал «Шахта «Осинниковская», Кемеровская обл., г. Осинники Шахтная подъемная машина 2Ц5х2,3 (скип) ЭРАТОН-ФР-800, 2 шт.
2 х 800 кВт
2012
ОАО «ОУК Южкузбассуголь», филиал «Шахта «Осинниковская», Кемеровская обл., г. Осинники Шахтная подъемная машина 2Ц5х2,3 (скип) ЭРАТОН-ФР-800, 2 шт.
2 х 800 кВт
2012
ОАО «СУЭК-Кузбасс», Шахта «Комсомолец», Кемеровская обл., г. Ленинск-Кузнецкий Шахтная подъемная машина 2Ц-5*2,3 ЭРАТОН-ФР-800, 2шт.
2х800 кВт
2014
ОАО «Приморский ГОК», Приморский край, п. Восток Шахтная подъемная машина 2Ц6х2,8 (клеть) ЭРАТОН-ФР-630, 2 шт.
2 х 630 кВт
2009
 

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 телефону (383) 383 07 96 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.


Галерея


Товары