Выполнил ОСТРОУХОВ ИВАН ОЛЕГОВИЧ

ТРЕБОВАНИЯ К СОВРЕМЕННЫМ СИСТЕМАМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК

Электропривод шахтных подъемных машин.

Критерии выбора систем электропривода ШПМ.

Различия в режимах работы подъемных установок, уровне управляемости, технологии работы, мощности привода определяют применение систем электропривода и позволяют в конкретном случае выбрать рациональный вариант привода.

Основным критерием выбора привода является технико-экономическое сравнение вариантов, при выполнении которого должны учитываться преимущества и недостатки приводов. Основными показателями для сравнения различных систем привода и автоматики шахтных подъемных машин должны являться как экономические, так и технические параметры:
-величина эффективной мощности подъемного электродвигателя;
-капитальные затраты на электрооборудование: стоимость оборудования и его монтаж, габариты и вес электрооборудования, удобство монтажа, занимаемые площади, строительные
-эксплуатационные данные, включая величину установленной мощности, коэффициент полезного действия, расход активной и реактивной мощности;
-эксплуатационные затраты, включая стоимость электроэнергии, эксплуатационную надежность привода; простота и доступность обслуживания, стоимость простоя машины; стоимость обслуживания, ремонта и резервирования электрооборудования;
-управляемость привода, точность поддержания скорости в зависимости от пределов изменения нагрузки и других возмущающих воздействий, диапазон регулирования скорости;
-простота и надежность автоматизации, экономическая эффективность автоматизации, четкость и точность выполнения заданной диаграммы скорости, обеспечение заданной производительности и повышение производительности подъемной установки.

Сравнительная оценка приводов. Асинхронный привод с контактным регулятором скольжения.

В настоящее время на шахтах и рудниках широко распространен и до сих пор применяется привод переменного тока с асинхронным двигателем с фазным ротором, управляемый реостатом в цепи ротора. Основные преимущества этого привода заключаются в его структурной простоте, малой стоимости оборудования и строительно-монтажных работ. Преимуществом асинхронного привода является простота обслуживания, малые затраты времени на восстановление при отказах, простота резервирования электрооборудования.

Недостатки привода с асинхронным двигателем с фазным ротором и роторным реостатом весьма существенны и заключаются в следующем.
-Асинхронный привод не обладает регулировочными качествами, необходимыми для шахтных подъемных машин. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором и роторным реостатом являются нелинейными, исключают однозначность между положением рукоятки управления и скоростью при различных нагрузках. Неудовлетворительная управляемость, сильная зависимость пониженной скорости от изменения нагрузки неблагоприятны для выполнения рабочих диаграмм ШПМ. Неудовлетворительным являются и естественные тормозные характеристики асинхронного двигателя, т.к. невозможно осуществление электрического торможения на скорости ниже синхронной при нормальном включении двигателя. Для управления асинхронным двигателем подъемной машины вынужденно используются различные характеристики при пуске, замедлении и при управлении на промежуточных скоростях. Низкая управляемость привода затрудняет осуществление автоматизации подъемных установок. Практически все подъемные установки с асинхронным приводом с реостатом в цепи ротора управляются оператором подъема вручную, при этом присутствует и играет большое значение человеческий фактор, который в 90% случаев является причиной аварий на подъемных установках.
-Энергетические показатели определяются высотой подъема, отношением Vср/Vмакс, продолжительностью работы на пониженных скоростях, отношением времени включения двигателя в цикле ко времени цикла, временем загрузки подъема в течении суток.
-Применение асинхронного привода на подъемах значительной мощности при увеличенном времени работы на сниженных скоростях характеризуются высокими тепловыми потерями в роторной цепи двигателя и расходом электроэнергии. Регулирование скорости сопровождается большими потерями в роторном реостате.
-Асинхронный привод имеет низкий cos: на скиповых подъемах он составляет 0,6-0,65, на клетевых - 0,35-0,5 в зависимости от особенностей рабочих диаграмм.

Привод постоянного тока по системе ТП-Д.

Главные преимущества привода ТП-Д это высокое быстродействие, получение нужных характеристик и точности управления, благодаря которым облегчаются процессы управления. Благодаря высокой управляемости привода, по системе ТП-Д просто осуществить автоматизацию движения подъемной машины. Электропривод подъемной установки на базе тиристорного преобразователя УКТЭШ-МП позволяет:
-сформировать оптимальную диаграмму скорости, т.е. обеспечивающую максимальную производительность при условии непревышения допустимого уровня динамических нагрузок в элементах подъемной установки;
-перед стопорением снижать скорость до 0,2м/с, что обеспечивает требуемую точность остановки подъемных сосудов в точках остановки и снижает динамические нагрузки в момент стопорения машины механическим тормозом;
-дозировать с требуемой точностью момент подъемного двигателя при нулевой скорости, что позволяет начинать движение при полностью расторможенной машине. К недостаткам тиристорного привода по системе ТП-Д в применении к шахтным подъемным машинам следует отнести следующее.
-В приводе по системе ТП-Д из-за питания двигателя и другого оборудования пульсирующим током увеличиваются электрические потери, снижается приведенный к.п.д.
-Привод по системе ТП-Д подъемных машин характеризуется низким коэффициентом мощности. На скиповых машинах с односложными диаграммами движения он оказывается не более 0,6-0,65, а для многогоризонтных клетевых машин с разъездами между горизонтами на пониженной скорости - не более 0,35. Для улучшения cos φ необходимо применение дополнительного оборудования, объем которого возрастает в первый период эксплуатации подъемов, когда номинальная скорость, как правило не используется, имеется малая степень заполнения диаграммы скорости и cos φ еще более уменьшается.
-Привод по системе ТП-Д обладает некоторыми недостатками по отношению к питающей сети. При пуске привода по системе ТП-Д возникают толчки реактивной мощности и падение напряжения электросети из-за жесткого соединения привода с электросетью. Повторяющиеся и неконтролируемые во времени пуски нескольких приводов подъемных машин увеличивают падение напряжения электросети, могут привести к его колебаниям, превышающие нормы ГОСТа. При работе ТП генерируются высшие гармоники, негативно воздействующие на другие электроприемники. Для ограничения этих воздействий работающего ТП на питающую сеть необходимо выполнение некоторых условий при проектировании системы электроснабжения предприятия и самого электропривода, а именно:
-Выбор системы электроснабжения с наибольшим значением мощности короткого замыкания на питающих шинах ТП. Для вновь строящихся предприятий при проектировании системы электроснабжения необходимо принимать экономически обоснованный ток к.з. на питающих шинах ТП, соответственно выбирать мощность питающих трансформаторов и типы токоограничивающих реакторов таким образом, чтобы соотношение мощности к.з. на питающих шинах подстанции к мощности ТП было не менее 50-70;
-выбор многопульсной схемы выпрямления. В преобразователях DCS 600 применяются две схемы выпрямления - 6-ти пульсная (одинарный мост) и 12-пульсная (двойной мост).
-применение фильтров и регулируемых компенсирующих устройств. Рекомендуется при реконструкции действующих подъемных установок, где изменение мощности питающей подстанции экономически не обосновано. Характерные особенности 12-пульсной технологии:
-Привод состоит из двух 6-пульсных преобразователей;
-Согласующие трансформаторы с соединением обмоток трансформаторов триугольник/триугольник и триугольник/звезда обеспечивают на преобразователях напряжение с фазовым сдвигом векторов на 30^o. Наиболее существенные преимущества 12-пульсной технологии:
-Приведенный уровень гармоник на стороне переменного напряжения для 12-пульсной схемы значительно ниже в сравнении с 6-пульсной: Конфигурация Гармоники 6-пульсная 5-я, 7-я, 11-я, 13-я, 17-я, 19-я, 23-я, 25-я,… 12-пульсная 11-я, 13-я, 23-я, 25-я,…
-Возможность аварийной работы с одним преобразователем в случае неисправности в другом преобразователе. Аварийная работа возможна с 50 % нагрузкой на двигателе.
-Повышение эффективности (КПД) двигателя за счет снижения переменной составляющей постоянного напряжения.

Приводы переменного тока по системе ПЧ-АД и ПЧ-СД.

Фирма АВВ разработала и активно внедряет на механизмах требующих высокое качество управления (металлургия, подъемно-транспортное оборудование) новое поколение привод переменного тока построенных по системе преобразователь частоты со звеном постоянного тока - двигатель переменного тока. Рекомендации по выбору систем приводов для подъемных установок В настоящее время нет однозначного решения по выбору системы электропривода к каждому типу подъемной машины. Уменьшение рассматриваемых вариантов электроприводов возможно за счет использования при сравнении таких критериев:
-1) относительная стоимость приводов;
-2) требуемая мощность привода и максимальный момент при пуске;
-3) уровень управляемости в связи с назначением и технологией работы подъемной установки. Рассмотрим более подробно варианты электропривода по каждому из названных критериев.
При выполнении технико-экономического сравнения приводов одним из основных показателей являются капитальные затраты на электрооборудование, в которые необходимо включить стоимость электрооборудования, строительные расходы и сопутствующие капитальные вложения. По этому критерию без сомнения меньшей стоимостью обладает вариант электропривода с асинхронным двигателем с реостатом в цепи ротора. Но применение этого типа электропривода оправдано на малозагруженных клетевых и вспомогательных подъемах, где при относительно малом времени работы подъема неэкономичность и низкая управляемость привода не сказываются на эксплуатационных расходах. Для клетевых подъемных машин главных стволов при работе с несколькими горизонтами и для скиповых подъемных установок, работающих на больших скоростях и требующих автоматизации необходимо применять регулируемый привод постоянного или переменного тока.
Область применения редукторного привода ограничивается допустимым крутящим моментом на тихоходном валу редуктора. При выборе между редукторным и безредукторным приводом необходимо учитывать некоторое увеличение капитальных затрат при безредукторном приводе и значительные преимущества по эксплуатационным показателям. Это позволяет рекомендовать без¬ре¬дук¬торный привод для большинства подъемных установок при мощности двигателя выше 1000 кВт. На барабанных подъемных машинах мощность приводного двигателя может определяться требуемым пусковым моментом при движении с максимальной глубины. При одинаковых условиях подъема (высота, масса поднимаемого груза) подъемные установки со шкивом трения требуют значительно меньшей мощности при пуске по сравнению с барабанной машиной за счет общей уравновешенности системы подъема. При этом на машине со шкивом трения пусковой ток будет значительно ниже, что снизит влияние привода на питающую сеть.
По критерию влияния электропривода на питающую сеть безусловным лидером является электропривод переменного тока с преобразователями частоты фирмы АВВ. Такие электроприводы могут быть рекомендованы для реконструкции действующих подъемных установок, где изменение мощности подстанции и установка фильтрокомпенсирующих устройств невозможна из-за ограниченности размеров промышленной площади.

Применение привода переменного тока с преобразователями частоты может оказаться целесообразным в следующих случаях:
-мощность шахтной подстанции относительно невелика и не допускает пусковых нагрузок от ТП постоянного тока;
-реактивные мощности при пуске привода ТП-Д подъемных машин создают недопустимые падения напряжения и колебания напряжения;
-приводы подъемных машин удалены от питающей и распределительной подстанции, питающие линии имеют большую протяженность и сопротивление, при которых применение системы ТП-Д вызвало бы недопустимые по ГОСТу падения и колебания напряжения сети;
-к питающей подстанции подключается значительное число приводов, влияющих на электросеть ухудшением гармонического состава напряжения до неприемлемого уровня.

В таблице приведены возможные границы применения различных систем электропривода.

Система ЭП	Мощность привода,кВ	Вид подъёма
		Клетевой		Скиповой	Проходческий
		Вспомогательный	Главный
Асинхронный однодвигательный	315 - 1250	+	-	-	+
Асинхронный двухдвигательный	630 - 2500	+	-	-	+
ТП-Д или ПЧ-АД редукторный однодвигательный	315 - 1600	-	+	+	+
ТП-Д или ПЧ-АД редукторный двухдвигательный	630 - 3200	-	+	+	+
ТП-Д или ПЧ-СД безредукторный	630 - 6300	-	+	+	-
ПЧ-СД безредукторный	свыше 6300	-	+	+	-

наименьшие показатели по капиталовложениям имеет комплект регулируемого По результатам этого предварительного расчета Заказчику был предложен оптимальный вариант - многоканатная подъемная машина с приводом постоянного тока при 12-пульсной схеме выпрямления, при котором требуется применением фильтрокомпенсирующих устройств минимальной мощности. Вариант барабанной подъемной машины:

Рисунок-анимация 1. Расчетная диаграмма скорости подъема

Рисунок-анимация 2. Расчетная диаграмма нагрузок за цикл подъема (кН)

Рисунок 3. Расчетная-анимация требуемая мощность за цикл подъема (МВт)