Авторы: М.В. Головатый, студент; К.Н. Маренич, доц., Ph.D
Источник: Механика жидкости и газа / Материалы XI международной научно-технической студенческой конференции в г. Донецке 28-30 ноября 2012 г. – Донецк, ДонНТУ – 2012, C. 16-18.
М.В. Головатый, К.Н. Маренич. Обоснование рациональности квазичастотного принципа управления приводом рудничной транспортной установки. Исследован квазичастотный принцип управления приводом скребкового конвейера, в целях обеспечения безопасности обслуживающего персонала в очистном забое.
Эксплуатация шахтного скребкового конвейера отличается интенсивным разгоном тягового органа при пуске, что создает опасность травматизма для обслуживающего персонала в стесненном пространстве очистного забоя. Кроме этого, в процессе эксплуатации имеют место пуски груженого скребкового конвейера, что сопряжено с необходимостью преодоления повышенных моментов сопротивления. Исследованиями [1] доказано, что момент сопротивления при трогании скребкового конвейера в 1,6 – 1,8 раз превышает величину момента сопротивления в процессе движения.
На сегодняшний день для обеспечения плавности пуска конвейера используется гидромуфта. Однако ее пуско-защитные функции реализуются не в полной мере. Механическая характеристика гидромуфты позволяет осуществить разгон при малой нагрузке АД, однако создает условия для резкого наброса вращающего момента на трансмиссию при достижении двигателем номинальной скорости. Высокий момент инерции гидромуфты приводит к увеличению растягивающих усилий тягового органа при стопорении, что способствует порыву цепи.
Указанные обстоятельства обусловливают необходимость поиска новых технических решений в области управления пусковыми режимами привода. В перспективном электроприводе уровень ступени пусковой скорости должен быть соразмерим со скоростью перемещения человека в условиях очистного забоя и не превышать 0,2 – 0,3 м/с. Исходя из перечисленных требований, пуск скребкового конвейера возможно осуществить путем управления частотой вращения ротора АД. Анализ известных способов частотного регулирования дает основания полагать, что наиболее приемлемым для данных условий является способ квазичастотного управления АД, при котором за счет программного переключения групп тиристоров силового коммутатора на его выходе формируется трехфазное напряжение фиксированной пониженной частоты. Такое квазисинусоидальное напряжение представляет собой трехфазную систему напряжений, каждая полуволна которого представлена совокупностью фрагментов синусоид промышленной частоты. Условиями формирования симметричных квазисинусоидальных напряжений в полуволнах и фазах являются: fc / fm = 6n ± 1, где n – число натурального ряда [2].
Квазичастотный режим электропитания АД обеспечивает устойчивую пониженную частоту вращения ротора и может использоваться для реализации ступени пониженной скорости привода при пуске. Последующий разгон до номинальной частоты вращения ротора АД предполагает переключение частот питающего напряжения с пониженной на номинальную. Этот процесс характеризуется ненулевыми начальными условиями, т.к. включение последующего режима электропитания АД происходит при незатухающем магнитном потоке предшествующего режима.
При равенстве но модулю и совпадении по фазе векторов начальных и установленных потокосцеплений статора (ротора) величина переходного момента АД равна нулю. Указанное условие может быть выполнено при плавном изменении частоты подводимого к АД напряжения. Однако схема тиристорного коммутатора позволяет формировать дискретные частоты выходных напряжений.
При fc / fm = 3n + 1 и n ≤ 2 тиристорный коммутатор обеспечивает формирование квазисинусоидальных напряжений дискретных частот 7,14 Гц и 12,5 Гц. При fc / fm = 3 частота квазисинусоидального напряжения составляет 16,67 Гц.
Использование квазисинусоидальных напряжений промежуточных частот (12,5 Гц и 16,67 Гц) позволит приблизить частоты напряжений предшествующего и последующего режимов электропитания АД, упростит реализацию совпадения по фазе векторов напряжения токов и потокосцеплений, соответствующих моменту окончания предшествующего режима и моменту начала последующего режима электропитания АД.
Таким образом, управление разгоном электропривода системы «тиристорный коммутатор – асинхронный двигатель» предполагает подачу на АД напряжений с частотой следующей последовательности: 7,14 Гц, 12,5 Гц, 16,67 Гц, 50 Гц.
При формировании напряжения последующего режима используются комбинации включаемых тиристоров, имеющие место в предшествующем режиме и следующие с более высокой частотой таким образом, что первая комбинация включаемых тиристоров последующего режима является одновременно последней комбинацией включаемых тиристоров предшествующего режима (рис. 1) [2].
Рисунок 1 – Диаграммы формирования квазисинусоидальных напряжений в процессе разгона АД
Повышение плавности переходного процесса при переходе с частоты 16,67 Гц на 50 Гц можно осуществить с помощью изменения во времени величины питающего напряжения.
Таким образом, квазичастотный принцип управления приводом скребкового конвейера является рациональным средством пуска и способен заменить существующее техническое решение с большей эффективностью. Алгоритм управления тиристорным коммутатором позволяет обеспечить плавный разгон от фиксированной пониженной ступени пусковой скорости до номинальной.