Тиристорный электропривод постоянного тока "ЭПТОН-М" для шахтной подъемной машины

Назначение электропривода

Электропривод постоянного тока с тиристорными преобразователями типа «ЭПТОН-М» предназначен для управления шахтными подъемными машинами (ШПМ) с мощными приводными электродвигателями постоянного тока.

Тиристорные преобразователи «ЭПТОН-М» могут использоваться при модернизации действующих ШПМ постоянного тока, например, для замены электропривода на базе системы Г-Д (генератор-двигатель) на электропривод с тиристорными преобразователями и при создании новых ШПМ постоянного тока.

Отличительные особенности мощных тиристорных преобразователей «ЭПТОН-М»:

новые схемотехнические решения силовой части якорного преобразователя с использованием наращивания мощности электропривода за счет параллельного и последовательного соединения мостовых тиристорных комплектов, обеспечившие малые пульсации тока якоря и синусоидальную форму тока в питающей сети без дроссельного оборудования при одновременном повышении надежности;
новые конструктивные решения с использованием автономного жидкостного охлаждения силовых тиристорных блоков, позволившие существенно уменьшить габариты и массу электропривода;
новые микропроцессорные системы управления преобразователем, возбудителем и приводом, обеспечивающие формирование требуемой диаграммы скорости ШПМ с высокой точностью и минимизацию пусконаладочных работ.

Электропривод шахтной подъемной машины с тиристорными преобразователями «ЭПТОН-М» обеспечивает:

плавный разгон, торможение и реверсирование электродвигателей ШПМ;
двухзонное регулирование скорости электродвигателей ШПМ в требуемом диапазоне;
формирование требуемой диаграммы скорости ШПМ с заданным ускорением, замедлением и ограничением рывка;
ограничение скорости нарастания и спадания тока электродвигателя;
бесступенчатое регулирование скорости ШПМ при ручном управлении;
заданные перегрузки по току (моменту) электродвигателей и их длительность;
ручное и автоматическое управление ШПМ;
учет характера груза ШПМ по информации с пульта управления;
управление механическим тормозом ШПМ;
защиты, предусмотренные правилами безопасности в шахтах;
блокировки, запрещающие неправильные действия по управлению ШПМ;
аварийную, запретную, оперативную, предупредительную сигнализации.

По способу реверсирования электродвигателей тиристорные преобразователи «ЭПТОН-М» изготовляются в двух исполнениях: с реверсированием тока в цепи якоря и реверсированием тока в цепи возбуждения.

По количеству двигателей: однодвигательные и двухдвигательные.

По отношению частоты пульсаций выпрямленного напряжения к частоте питающей сети: 6-ти пульсные, 12-ти пульсные, 24-х пульсные силовые схемы на базе трехфазных мостовых комплектов.

Конструктивно тиристорные преобразователи «ЭПТОН-М» представляет собой набор шкафов напольного исполнения одностороннего обслуживания. Количество шкафов и их размеры зависят от мощности электропривода и способа охлаждения силовых элементов — воздушного или автономного жидкостного.

Электропривод с тиристорными преобразователями «ЭПТОН-М» комплектуется сухими или масляными согласующими трансформаторами.

Технические характеристики тиристорных преобразователей «ЭПТОН-М» в электроприводе шахтных подъемных машин

Наименование параметра	Размерность	Величина
Напряжение питающей силовой сети	кВ	6 или 10
Номинальный ток якорной цепи	А	От 1600 до 11000
Номинальное напряжение якорной цепи	В	От 440 до 1050
Напряжение трехфазной сети собственных нужд	В	380
Напряжение тиристорного возбудителя двигателя	В	До 440
Номинальный ток возбудителя	А	От 50 до 560
Диапазон регулирования скорости электродвигателя		100:1
Точность поддержания скорости	%	1,0

Пример реализации электропривода постоянного тока с тиристорным преобразователем «ЭПТОН-М» для многоканатной подъемной машины ЦШ 4х4

ЗАО «ЭРАСИБ» разработало и изготовило тиристорный преобразователь постоянного тока для модернизации электропривода многоканатной шахтной подъемной машины ЦШ 4х4 «Скиповая» рудника «Николаевский» ОА «ГМК Дальполиметалл». Оборудование выполнено на базе серийных преобразователей постоянного тока «ЭПТОН-М», изготавливаемых ЗАО «ЭРАСИБ» по ТУ3416-007-04747397-2007.

Структурная схема электропривода ШПМ ЦШ 4х4 приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема электропривода ШПМ ЦШ 4х4

Элементы помеченные * на рисунке 1 в комплект поставки не входят.

На рисунке 1 приняты следующие позиционные обозначения:

ВЯ* – существующая высоковольтная ячейка;
М1* – существующий электродвигатель П2-630-215-8КУ4;
ОВ1* – обмотка возбуждения электродвигателя П2-630-215-8КУ4;
BR* – существующий тахогенератор ПТ-42 У4;
ОВ2* – обмотка возбуждения тахогенератора ПТ-42 У4;
САУК ПМ – система автоматического управления и контроля подъемной машиной (поставка АО «СИНТЭП»);
Т1 – силовой согласующий трансформатор ТРСЗП-3200/6-УХЛ3;
ППТ1 – реверсивный двенадцатипульсный преобразователь постоянного тока ЭПТОН-М-3600;
ППТ2 – нереверсивный шестипульсный тиристорный преобразователь постоянного тока ЭПТОН-М;
ШК1, ШК2 – шкафы коммутации;
QF – выключать быстродействующий;
L1, L2, L3, L4 – сглаживающие реакторы СРОС-250 УХЛ4.

Реверсивный двенадцатипульсный преобразователь постоянного тока ЭПТОН-М-3600 (ППТ1 на рисунке 1) содержит:

силовые тиристорные шкафы ШС1, ШС2 (каждый силовой шкаф содержит по два реверсивных тиристорных комплекта БС2);
шкафы ШП1, ШП2 с блоками силовых предохранителей БП1.

ППТ1 обеспечивает питание якорной цепи приводного электродвигателя М1, изменение направления вращения вала электродвигателя (изменение направления движения сосудов), рекуперативное торможение электропривода и защиту преобразователя за счет силовых предохранителей.

Нереверсивный шестипульсный тиристорный преобразователь постоянного тока ЭПТОН-М-100 (ППТ2 на рисунке 1) содержит силовой тиристорный блок, источник напряжения (ИП) для питания обмотки возбуждения тахогенератора, систему управления (СУ) тиристорными преобразователями ЭПТОН-М-3600, ЭПТОН-М-100 и в целом электроприводом ШПМ.

Шкафы коммутации (ШК1, ШК2 на рисунке 1) представляют собой блоки линейных контакторов БЛК, которые обеспечивают размыкание якорной цепи в периоды простоя электропривода и наложения предохранительного тормоза.

Быстродействующий выключатель (QF на рисунке 1) представляет собой блок выключателя быстродействующего БВБ, который обеспечивает защиту якорной цепи от токов коротких замыканий с помощью выключателя автоматического быстродействующего ВАТ-49.

Система управления имеет следующие защиты:

максимально токовую;
интегрально-токовую;
от превышения/снижения напряжения силовых цепей;
тепловые защиты силовых элементов;
от обрыва якоря и цепи возбуждения;
от снижения тока цепи возбуждения тахогенератора ниже допустимого уровня;
от снижения сигнала задания скорости ниже 4 мА.

Система управления преобразователем запитана от источника бесперебойного питания, что повышает надежность при кратковременных просадках и исчезновениях напряжения питания цепей управления.

Система управления электроприводом разработана с учетом следующих особенностей многоканатной подъемной машины со шкивом трения:

На работу ШПМ существенное влияние оказывает упругость канатов. Канаты, шкив трения, клеть и скип образуют много-массовую упругую систему.
Отсутствует жесткая кинематическая связь между органом навивки (шкивом трения) и канатами. Возможно проскальзывание каната по шкиву трения, пробуксовка шкива относительно канатов и колебания канатов.

Для исключения режимов проскальзывания и пробуксовки при проектировании ШПМ осуществляется правильный выбор масс сосудов, канатов, диаметров шкивов, типа футеровки и величины предельного ускорения/замедления сосудов. Основными причинами, вызывающими проскальзывание канатов, как правило, являются ошибочные действия машиниста, износ футеровки и канатов (уменьшение коэффициента трения между шкивом трения и канатами).

Однако в переходных режимах в много-массовой упругой системе могут возникать колебания канатов и соответственно усилий натяжений канатов с левой и правой стороны шкива трения. Колебания приводят к износу канатов и футеровки. При значительной величине колебаний может происходить проскальзывание 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.

Кроме того для защиты от проскальзывания канатов система управления имеет специальный дискретных вход. При подаче соответствующего сигнала от САУК ПМ система управления снижает ускорение, тем самым снижая разность натяжений канатов и препятствует проскальзыванию канатов.

Разработанная система регулирования обеспечила высокую точность управления сосудами ШПМ без противохода сосудов и без колебаний канатов.

Оборудование реверсивного тиристорного электропривода с преобразователями ЭПТОН-М обеспечивает:

плавный (без рывков) разгон и торможение вала электродвигателя и, соответственно, канатоведущего шкива и подъемных сосудов;
перегрузку по току якоря 1,4 о.е. (от номинального тока якоря электродвигателя) при разгоне и торможении электродвигателя в течение не менее 10 секунд;
ограничение тока электродвигателя в переходных режимах в заданных пределах;
подъем/спуск груза с заданной тахограммой движения;
подъем/спуск людей с заданной тахограммой движения;
осмотр (ревизию) ствола шахты с заданной скоростью;
режим перепанцировки (замена головных канатов) при этом ток якоря не превышает 6300 А, а длительность режима не более 10 секунд, данный режим должен осуществляться из холодного состояния с перерывом перед следующим запуском не менее 30 минут (время необходимое для охлаждения элементов силовой схемы ППТ2).

Тиристорный электропривод для клетевой шахтной подъемной машины АО «Учалинский ГОК» (Ново-Учалинский подземный рудник)

Для управления многоканатной безредукторной шахтной подъемной машиной с тихоходными приводными электродвигателями постоянного тока МП 1600-46 (1600 кВт, 46 об/мин, 725В) производства ПАО «Силовые машины» ЗАО «ЭРАСИБ» предлагает поставить комплект оборудования на основе тиристорных преобразователей «ЭПТОН-М-2500».

Однолинейная схема электропривода ШПМ с двумя приводными электродвигателями постоянного тока и комплектом электрооборудования представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Однолинейная схема электропривода ШПМ

Силовая часть электропривода ШПМ содержит два тиристорных преобразователя «ЭПТОН-М-2500» и два электродвигателя постоянного тока МП 1600-46. Преобразователь постоянного тока «ЭПТОН-М-2500» для питания цепи якоря представляет собой реверсивный тиристорный преобразователь с раздельным управлением комплектами, который выполнен по схеме 12-ти пульсного мостового выпрямителя. Для обеспечения приемлемого уровня пульсаций тока якоря используются сглаживающие дроссели (L) СРОС-250. Питание преобразователей постоянного тока осуществляется от силовых согласующих трансформаторов (Т1, Т2) ТЗСП-2500. Согласующие трансформаторы Т1 и Т2 имеют две группы трехфазных вторичных обмоток, сдвинутых на 30 эл. градусов, обеспечивают гальваническую развязку и понижают напряжение промышленной сети 6 кВ до уровня необходимого для работы «ЭПТОН-М-2500». Для защиты тиристоров от токов короткого замыкания используются быстродействующие предохранители (FU1- FU4). Для питания обмотки возбуждения используется нереверсивный преобразователь постоянного тока «ЭПТОН-М-200», который входит в состав преобразователя «ЭПТОН-М-2500». Возбудитель выполнен по схеме 6-ти пульсного выпрямителя и питается от сети 3х380 В, 50 Гц через согласующие трансформаторы (Т3 и Т4).

Система управления (СУ) тиристорными преобразователями 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. Система управления преобразователями запитана от источника бесперебойного питания, что повышает надежность при кратковременных просадках и исчезновениях напряжения питания цепей управления. Разработанная ЗАО «ЭРАСИБ» система управления обеспечивает:

Плавный (без рывков и противоходов) разгон и торможение вала электродвигателя и, соответственно, барабана ШПМ, канатов и подъемных сосудов. Это достигается благодаря: формированию S-образной тахограммы разгона электродвигателя с плавным изменением во времени электромагнитного момента электродвигателей; применению адаптивных регуляторов с изменяемыми коэффициентами передачи в функции времени и скорости; использованию подстановки начальных условий в регулятор скорости до начала движения.
Ограничение тока электродвигателя в переходных режимах в заданных пределах. Перегрузку по току якоря 1,2 о.е. (от номинального тока якоря электродвигателя) при разгоне и торможении электродвигателя в течение не менее 15 секунд;
Работу электропривода по заданной тахограмме с высокой точностью при подъеме/спуске груза или осмотре (ревизии) ствола шахты.
Защиту преобразователя и двигателя. В преобразователи встроены следующие защиты: максимально токовая; интегрально токовая; от превышения/снижения напряжения силовых цепей; тепловые защиты силовых элементов; от обрыва якоря и цепи возбуждения; от снижения тока цепи возбуждения тахогенератора ниже допустимого уровня; от снижения сигнала задания скорости ниже допустимого.

Для защиты якорной цепи от токов короткого замыкания дополнительно используются быстродействующие автоматические выключатели типа Sécheron UR 36.81. Для отключения якорной цепи в аварийных режимах работы и при простоях ШПМ используется линейные контакторы (К) типа Sécheron BMS 0915.

Преобразователь «ЭПТОН-М-2500» выполнен с использованием следующих комплектующих:

силовые тиристоры: фирма ПРОТОН-ЭЛЕКТРОТЕКС (РФ, г. Орел);
быстродействующие предохранители ППБ (РФ, КЗНА, г. Коренево, Курская обл.);
микроконтроллеры фирм: FREESCALE Semiconductor, Atmel;
датчики тока: фирма LEM;
слаботочные элементы: VISHAY, KEMET, EPCOS, YAGEO, AVX, TEXAS Instruments.

Основные технические параметры преобразователя «ЭПТОН-М-2500»:

входное напряжение силовых цепей – 3×6 кВ;
входное напряжение цепей управления– 3×380 В с нулем
максимальное выходное напряжение по цепи якоря – 725 В;
номинальный выходной ток – 2500 А;
перегрузка по току, в течение не более 60 секунд – 1,2 о.е.;
коэффициент полезного действия, не менее – 95 %;
степень защиты шкафов с полупроводниковыми элементами – IP54;
вид климатического исполнения – УХЛ3.1 (от минус 10 °С до плюс 40 °С);
номинальный выходной ток возбудителя– 200 А;
способ охлаждения – принудительное воздушное (встроенные вентиляторы).

Электропривод постоянного тока с 12-ти пульсным тиристорным преобразователем создает в сети значительный по величине ток несинусоидальной формы и искажает напряжение в питающей сети, что отрицательно сказывается на работе других потребителей. На рисунке 3 в качестве примера искажений приведены осциллограммы тока в фазе сети 6 кВ 50 Гц (первый график) и фазного напряжения на обмотке силового трансформатора (второй график), которые полученны на имитационной модели при работе электропривода с 12-ти пульсным тиристорным преобразователем на скорости 0,5 номинальной.

Рисунок 3 – Ток в фазе сети 6 кВ 50 Гц и фазное напряжение силового трансформатора

Для снижения потребления реактивной мощности и уменьшения искажений тока в питающей сети ЗАО «ЭРАСИБ» предлагает дополнительно поставить динамическое устройство компенсации реактивной мощности (УКРМ) и резонансное фильтро-компенсирующее устройство (РФКУ). УКРМ обеспечит потребление из сети только активной мощности на выполнение полезной работы и покрытие потерь в электроприводе, а РФКУ снизит искажения тока в сети 6 кВ 50 Гц и приблизит ток в сети к синусоидальному.

Предлагаемое к поставке резонансное фильтро-компенсирующее устройство (РФКУ) представляет собой комбинацию четырех пассивных резонансных LC-контуров, настроенных на подавление в сети 6 кВ 50 Гц 11-ой, 13-ой, 23-ей и 25-ой гармоник входного тока преобразователя.

Динамическое устройство компенсации реактивной мощности (УКРМ) представляет собой высоковольтный транзисторный инвертор напряжения типа «ЭРАТОН-В-УКРМ» с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией, который генерирует реактивную мощность по основной гармонике напряжения питающей сети с высоким быстродействием.

Эффективность действия РФКУ и УКРМ демонстрируют осциллограммы токов и напряжений в сети 6 кВ 50 Гц, которые изображены на рисунке 4. Осциллограммы получены на имитационной модели электропривода.

Рисунок 4 – Осциллограммы тока и напряжения в сети при работе ШПМ с РФКУ и УКРМ

На первой осциллограмме рисунка 4 изображены фазный ток преобразователя после точки подключения РФКУ и УКРМ (красная линия) и фазный ток сети 6 кВ 50 Гц до точки подключения РФКУ и УКРМ (черная линия). На втором графике рисунка 4 показаны ЭДС фазы сети (черная линия) и фазное напряжение на первичных обмотках силовых трансформаторов (синяя линия). На интервале времени от 0,11 до 0,15 секунд работает электропривод ШПМ и резонансное ФКУ (рисунок 4), которое настроено на подавление 11, 13, 23, 25 гармоник в токе сети, а УКРМ отключено. В результате действия РФКУ ток в сети 6 кВ 50 Гц до точки подключения РФКУ имеет синусоидальную форму за счет компенсации 11, 13, 23, 25 гармоник тока преобразователя. Ток в сети при подключенном РФКУ и отключенном УКРФ имеет амплитуду, близкую к амплитуде тока преобразователя и сдвинут относительно напряжения сети за счет потребления значительной реактивной мощности.

В момент времени 0,15 с (рисунок 4) к сети 6 кВ 50 Гц подключается динамическое устройство компенсации реактивной мощности (УКРМ), которое поставляет в сеть реактивную мощность, равную реактивной мощности, потребляемой тиристорным преобразователем. За счет компенсации реактивной мощности амплитуда тока в сети (черная линия на первом графике рисунка 4) снижается до уровня, определяемого потребляемой активной мощностью. Фаза тока в сети после подключения УКРМ совпадает с фазой напряжения сети. За счет применения динамического УКРМ на базе высоковольтного инвертора напряжения с высокочастотной синусоидальной ШИМ компенсация реактивной мощности выполняется с высоким быстродействием практически без переходных процессов. В результате работы динамического УКРМ из сети потребляется только активная мощность, затрачиваемая на выполнение полезной работы и покрытие потерь в электроприводе.

Компенсация гармоник тока и компенсация реактивной мощности преобразователя разгрузит питающую сеть и положительно скажется на работе как самого электропривода ШПМ, так и на работе других потребителей.

Для заказа преобразователя «ЭПТОН-М» необходимо заполнить опросный лист и направить по факсу (383) 342-84-90 или по электронной почте erasib@erasib.ru

Галерея

Товары

Тиристорные реверсивные электроприводы постоянного тока «ЭПТОН-М»

Преобразователи постоянного тока «ЭПТОН»

Отправить заявку

Вернуться к списку