ΧΙII. КОМПЛЕКТЫ РЕГУЛИРУЕМЫХ ТИРИСТОРНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
1. ТИРИСТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ПОДАЮЩЕЙ ЧАСТИ ВЫЕМОЧНЫХ КОМБАЙНОВ
Для обеспечения регулируемой подачи выемочных комбайнов в зависимости от изменения крепости угля используется гидравлическая подающая часть. Однако гидроприводу присущ ряд недостатков: требуется высокая чистота рабочей жидкости и высокая квалификация обслуживающего персонала; сложность регулирования; ухудшение механических характеристик
в процессе эксплуатации и резкое снижение срока службы из-за повышенных усилий. Кроме того, наличие на одной машине электро- и гидропривода существенно усложняет конструкцию машины и снижает надежность ее работы.
Этих недостатков лишена электрическая подающая часть [21; 35; 36; 55]. Наличие регулируемого электропривода подачи позволяет освободить электропривод исполнительных органов от операций, связанных с перемещением комбайна, благодаря чему вся мощность двигателя используется на разрушение угольного массива. Плавный пуск с небольшой кратностью пусковых токов обусловливает резкое сокращение потерь напряжения и улучшает моментные характеристики двигателя. Возможность получения «экскаваторной» характеристики электропривода при резком увеличении нагрузки свыше максимального момента снижает частоту вращения двигателя без его опрокидывания и таким образом защищает трансмиссии комбайна от динамических перегрузок. Кроме тою, наличие электропривода подачи позволяет более простыми и надежными средствами осуществить автоматизированное и дистанционное управление комбайном; повысить надежность, ремонтопригодность и срок службы последнего.
Технически возможны два варианта регулируемого электропривода подачи: с двигателем постоянного тока, питаемым от тиристорного (управляемого) выпрямителя, и с асинхронным короткозамкнутым двигателем, питаемым от тиристорного преобразователя частоты.
В последние годы ведутся работы по созданию электрической подающей части на базе тяговых двигателей постоянного тока, используемых в рудничных электровозах. Эти двигатели имеют мягкие гиперболические характеристики, повышенную тепловую устойчивость, обладают хорошими свойствами саморегулирования, малочувствительны к понижению напряжения и практически не опрокидываются.
Испытания электрической подающей части типа Э400А с регулятором нагрузки подтвердили ее работоспособность [30]. В дальнейшем был разработан тиристорный электропривод подачи на базе тяговых двигателей постоянного тока, питаемых от тиристорного преобразователя [35]. С учетом результатов испытаний этого электропривода в настоящее время ВНИИВЭ создана преобразовательная подстанция КППВУ-5 для привода подачи угольных комбайнов.
Техническая характеристика подстанции КППВУ-5
Харьковским заводом «Электромашина» разрабатываются взрывозащищенные двигатели постоянного тока мощностью 18 кВт для встройки в подающую часть комбайнов. Применение электрической подающей части позволяет увеличить производительность комбайна и существенно упростить его эксплуатацию [36].
Вместе с тем наличие в электроприводе подачи двигателя с таким сложным коммутационным устройством, как коллектор, в подземных условиях шахт существенно осложняет обслуживание и снижает надежность работы двигателя по сравнению с бесколлекторным асинхронным короткозамкнутым двигателем.
КОМПЛЕКТ АППАРАТУРЫ С ТИРИСТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ДВИГАТЕЛЯМИ ПОДЪЕМНЫХ МАШИН И МАГИСТРАЛЬНЫХ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ
Для привода подъемных машин и магистральных ленточных конвейеров с регулируемым пуском в шахтах используются асинхронные двигатели с фазным ротором и с реостатным управлением. Внедрение регулируемого электропривода в шахтах целесообразно осуществлять на базе этих двигателей путем модернизации их системы управления.
Рис. 53. Принципиальная электрическая схема станции СТПУ-5.
В промышленных установках ряда отраслей все более широко используются регулируемые в диапазоне 1 : 30 электроприводы на базе асинхронных двигателей с фазным ротором мощностью от
100 до 5000 кВт, которые значительно проще и надежнее в эксплуатации но сравнению с двигателями постоянного тока. Управление ими осуществляется по схеме асинхронно-вентильного каскада (АВК), которая обеспечивает хорошие регулировочные качества и значительный диапазон регулирования, высокую экономичность и небольшую стоимость оборудования по сравнению с электроприводом постоянного тока.
По совокупности своих качеств в части регулирования асинхронный электропривод с тиристорным управлением по схеме АВК несколько уступает тиристорному электроприводу постоянного тока, однако превосходит его в части экономичности и эксплуатационной надежности.
ВНИИВЭ разработан и внедрен комплект взрывозащищенной аппаратуры управления электроприводом по схеме АВК мощностью до 315 кВт (единичной мощности двигателя) и напряженки сети 660 В для подземных подъемных машин, магистральных ленточных конвейеров и других механизмов в шахтах, опасных по газу и пыли [3; 7, 31; 50].
В состав комплекта аппаратуры входят: станция СТПУ-5 тиристорного преобразователя, тахогенератор ТМГВ-30У-5, сглаживающий реактор РВ-330У-5, аппарат защиты АЗПТ (табл. 67). Исполнение станции СТПУ-5 по взрывозащите РВ—3В, И, а остальных аппаратов — РВ — 3В.
67. Комплект аппаратуры с тиристорным управлением
* В числителе указан длительный ток утечки, в знаменателе — кратковременный ток однофазной утечки через R = 1000 Ом; собственное время срабатывания равно 0,1 с.
Станция тиристорного преобразователя обеспечивает плавный пуск, регулирование скорости от нуля до номинальной и торможение асинхронных двигателей. При изменении нагрузки от —100 до +100 % номинальной диапазон устойчивого регулирования частоты вращения равен 1:40.
Преобразователь станции СТПУ-5 выполнен с неуправляемой роторной группой вентилей. При частоте вращения ниже синхронной каскад обеспечивает двигательный режим. С целью улучшения энергетических показателей электропривода при достижении двигателем частоты вращения, близкой к номинальной, кольца ротора закорачиваются короткозамыкатели. Тормозной момент на валу двигателя может быть получен в режиме динамического торможения.
В состав станции (рис. 53) входят три выемных блока —силовой тиристорный БСТ, системы управления тиристорами БСУ и управления приводом БУП. Электрическая связь блоков друг о другом и остальными элементами схемы станции осуществляется через штепсельные разъемы типа РП-14-30, а напряжение 660 В полается через разъемы стыкового типа.
Инвертор и неуправляемый выпрямитель силового блока БСТ собраны по трехфазной мостовой схеме на тиристорах VT1—VT6 типа Т500 и вентилях VD1—VD6 типа В500 (рис. 54), Охлаждение тиристоров и вентилей принято водяное, двустороннее, керамическими охладителями.
Номинальный выпрямленный ток силового блока равен 1800 А при скорости охлаждающей жидкости 8 л/мин и 35 °С, температуре корпуса полупроводниковых приборов 85 °С. В силовом блоке предусмотрены RC-ueпи А7, А8, защищающие силовые полупроводниковые приборы от коммутационных перенапряжений, выходные блоки А1—А6 с импульсными трансформаторами и устройство защиты от перегрева полупроводниковых приборов, выполненное на ртутных термоконтакторах SK1—SK6, трансформаторе Тр и выпрямителе VD7.
Блок БСУ служит для формирования и фазового сдвига управляющих импульсов, подаваемых через импульсные трансформаторы на управляющие электроды тиристоров VT1—VT6 силового блока БСТ, имеет следующие технические данные:
В системе управления блока БСУ используется вертикальный принцип фазосмещения. Функции входного устройства и ограничения углов регулирования осуществляются специальным блоком.
Предусмотрена возможность изменения уставки ограничения углов регулировочными резисторами. Блок формирования импульсов образует шесть идентичных каналов, каждый из которых содержит генератор пилообразного напряжения, нуль-орган, формирователь и усилитель импульсов. Блоки синхронизации и выпрямителя используются для получения синхронизирующих и постоянных (стабилизированных и нестабилизированных) напряжений.
Напряжение 24 В подается в систему управления через замыкающий контакт реле блока управления с выдержкой времени, что исключает появление ложных импульсов, вызванных переходным процессом при подаче напряжения на блок.
Функцию формирования сигналов управления на входе блока БСУ выполняет БУП в зависимости от поступающих на него внешних сигналов управления. Одновременно блок БУП служит источником питания переменным стабилизированным напряжением сельсинного командоаппарата задания частоты вращения приводного двигателя, имеет следующие технические данные:
Построен блок по принципу подчиненного регулирования параметров (регулирование тока выпрямленной цепи ротора двигателя подчинено регулированию частоты вращения), осуществляемого унифицированными блоками регуляторов тока и скорости. Основу блоков регуляторов составляет операционный магнитный усилитель со следующими техническими данными:
Сигналы задания на частоту вращения и обратной связи по скорости поступают на блок входных устройств, который в зависимости от направления вращения и режима работы привода (двигательный или динамическое торможение) меняет полярность обратных связей и параметров настройки системы. Команду на автоматическое включение короткозамыкателя при достижении двигателем номинальной частоты вращения в двигательном режиме подает блок датчика скорости.
Источник питания блока БУП включает сетевой и выходной трансформаторы, выпрямитель, транзисторный компенсационный стабилизатор напряжения, генератор Ройера и усилитель мощности.
Для настройки системы электропривода при работающей станции в специальный ее отсек выведены следующие регулировки (см. рис. 53): коэффициента обратной связи по скорости — R14, максимальной скорости в режиме динамического торможения — R15, уровни срабатывания короткозамыкателя — R12, коэффициента обратной связи по току — R11, уровня токоограничения (токовой отсечки) — R8, коррекции регулятора тока — R7.
Искробезопасность цепей управления обеспечивается специальными источниками питания—феррорезонансными стабилизирующими трансформаторами, имеющими низкое вторичное напряжение и высокое внутреннее сопротивление, а также специальной схемой включения реле К1—K4 (рис. 54).
Станция имеет защиты от токов к. з. в цепях управления; перенапряжений в цепи выпрямленного тока, вызванных накоплением энергии в сглаживающем дросселе (VD1, С1, С2, R2, R3 на рис. 53); перенапряжений на входе тиристорного преобразователя со стороны питающей сети и роторной цепи двигателя (ограничители напряжения VD2—VD7); перегрузки по току (ограничение максимального напряжения на выходе регулятора скорости —токовая отсечка); перегрева силовых полупроводниковых приборов (термоконтакторы SR1 — SK6, трансформатор Тр7, реле К1.1, мост VD7 на рис. 54); передачи взрыва внутри станции наружу через‘вводы гидросистемы охлаждения полупроводниковых приборов (жидкостные огнепреградители); неправильной последовательности включения силовых разъединителей и системы управления — при помощи механической блокировки; попытки отключения силового разъединителя под током (кнопка SB2, механически сблокированная с разъединителем SA1 и включенная в цепь технологических защит, рис. 53). На световое табло выводится сигнализация о сгорании предохранителей FM1—FH6 в цепях защиты от перенапряжений и о перегреве силовых полупроводниковых приборов.
Реактор РВ-330У-5 предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в схеме тиристорного управления электроприводом при амплитудном значении напряжения до 1000 В.
Аппарат защиты от утечек АЗПТ используется для предотвращения опасности поражения электрическим током человека, прикоснувшегося к находящемуся под напряжением проводнику, обеспечения непрерывного контроля изоляции и отключения напряжения с помощью автоматического выключатели в случае снижения сопротивления изоляции ниже допустимого значения и возникновения тока утечки свыше допустимого. Аппарат применяется в изолированных от земли электрических сетях с тиристорными преобразователями, питающими регулируемые электроприводы подъемных машин и конвейеров. Способ измерения сопротивления изоляции основан на принципе наложения на контролируемую сеть переменного тока оперативного тока частотой 25 Гц. Аппарат присоединяется к сети на нерегулируемой стороне с помощью трехфазного трансформатора. Для проверки функционирования предусмотрена цепь искусственной утечки, подключаемая кнопкой.
Промышленная эксплуатация комплекта аппаратуры с тиристорным управлением на подземной подъемной установке шахты им. Д. С. Коротченко ПО «Красноармейскуголь» в течение нескольких лет показала, что эта система электропривода позволяет осуществлять все технологические операции по подъему грузов в двигательном режиме и спуску их в режиме динамического торможения с рекуперацией энергии в сеть, плавный разгон и торможение с пониженной до 0,1 м/с скоростью на заездах, а также движение с постоянной скоростью в диапазоне от 0,1 до максимальной независимо от нагрузки на валу и угла наклона выработки. При этом обеспечиваются экономия электроэнергии в размере 30—33 %, повышение производительности машин на 10—12 % и существенное сокращение простоев на обслуживание.
Комплект аппаратуры с тиристорным управлением выпускается ДонНПО «Взрывозащищенное электрооборудование».
Для замены контакторной аппаратуры управления статором асинхронных двигателей с фазным ротором ВНИИВЭ разрабатывает станцию СТП-Стиристорного преобразователя, унифицированную по конструктивным и техническим решениям со СТПУ-5. С помощью станции СТП-С и комплекта аппаратуры реализуется бесконтактный электропривод переменного тока с тиристорным управлением.
