CC BY
54
© А.К. Малиновский, А.Т. Мазлум, 2009
А.К. Малиновский, А. Т. Мазлум
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМА ОДНОВРЕМЕННОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И МЕХАНИЧЕСКОГО ТОРМОЗОВ ПРИ АВАРИЙНОЙ ОСТАНОВКЕ ШАХТНОЙ ПОДЪЁМНОЙ МАШИНЫ
Проведено исследование режима одновременного действия электрического и предохранительного тормозов при аварийной остановке шахтной подъёмной машины показавшее возможности дублирования механического тормоза электрическим, повышение замедления и снижение пути торможения. Ключевые слова: шахтная подъёмная машина, электрический и предохранительный тормоз, режим одновременного действия, электропривод.
'ИТ4 ак показано в работе [1] повысить эффективность предо-
-»%. хранительного торможения можно достичь путём его дублирования. В качестве дублирующего тормоза предлагается использовать приводной двигатель переводом его в тормозной режим.
Существующие привода шахтных подъёмных машин оснащены электроприводом переменного тока на базе асинхронного двигателя с фазным ротором. Поэтому в качестве тормозного режима используется режим динамического торможения.
Для реализации режима динамического торможения необходим источник постоянного тока. Наличие последнего не обеспечивает режим динамического торможения при исчезновении напряжения постоянного тока, идущего для его создания. Поэтому разработана схема динамического торможения, обеспечивающая создание тормозного момента асинхронным двигателем без внешнего источника постоянного тока (рис. 1) [2]. Источник постоянного тока заменён электролитическими конденсаторами С1 и С2, включёнными в цепь выпрямленного тока ротора. В период работы подъёмной машины в двигательном режиме конденсаторы С1 и С2 заряжаются, а при переходе в режим динамического торможения первый конденсатор С1 разряжается на управляющую обмотку тиристора VS, открывая его, а второй -
Рис.1. Схемы асинхронного двигателя, реализующте режим динамического торможения с непосредственным подключением выпрямителя к обмоткам статора (а), через добавочный резистор R (б), через добавочный резистор RFLL и параллельным подключением резистора RA2; С добавочным резистором RFL2. включённым параллельно выпрямителю ^.
С2 разряжается на обмотки статора подъёмного двигателя. Двигатель переходит в режим динамического торможения с самовозбуждением.
Применение тиристора VS, который заменяет контактор динамического торможения, позволяет снизить время перехода из двигательного режима в тормозной. И, тем самым, использовать его в период холостого хода предохранительного тормоза, когда тормозные колодки ещё не вошли в соприкосновение с ободом барабана. После вступления в работу колодок предохранительного тормоза наступает режим, когда одновременно начинают действовать два тормоза, получившего название режима одновременного действия (РОД) электродинамического и механического тормозов.
Исследованию РОД электродинамического и механического тормозов при аварийной остановке ШПМ посвящены работы [3, 4]. В качестве электрического тормоза, в рассматриваемых работах, применялся режим динамического торможения с независимым возбуждением и контакторной системой управления. Такая система электропривода обладает высокой инерционностью из-за наличия большой электромагнитной постоянной времени обмоток статора асинхронного двигателя. Контакторная система управления увеличивает время задержки при переходе из двигательного режима в режим электродинамического торможения и не обеспечивает создание тормозного режима при исчезновении напряжения питания источника постоянного тока. Поэтому в работе рассматривается схема электродинамического торможения с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, позволяющая обеспечить высокое быстродействие и возможность создания тормозного режима без внешнего источника постоянного тока. Кроме того, такая система электропривода позволяет продублировать механический тормоз в случае его отказа.
Процесс одновременного действия электродинамического и механического тормозов при аварийной остановке шахтной подъёмной машины описывается следующей системой дифференциальных и алгебраических уравнений, записанных в форме удобной для моделирования на ЭВМ:
к = и _ 'к
с0 L dt L .С
(1)
dl
2d
dt L
-у- •( E2d 'V_ Rc '12d ) ;
sm^.
X 2-V
І
R2 у
V У
і ^2 с
+
2
E2d - /(/ );
2d M
M
дт
3-X,
2
+k-R
к
2d
Ю,
dV 1
0
•(_F 4_F +F
2d
dt m ^ тд тм с
) •
пр
F (t ) =
т. м
0<t <t
0;
F
т. м. max
1_expl _t / T
т. м
F
т. м. max
x. x
t <t<t +1 ;
x. x x. x н
t +t <t<t +t +t
x. x н x. x н у
(2)
(З)
(4)
(5)
(6)
(7)
где І - ток разряда конденсатора; и „ - начальное напряжение
к с0
заряда конденсатора; С - ёмкость конденсатора; R - полное ак-
с
тивное сопротивление обмоток статора асинхронной машины, зависящее от схемы их соединений; L - индуктивность намагничи-
№
вания; Е2а - выпрямленная ЭДС ротора; V - скольжение ротора в режиме электродинамического торможения; V = Ю/Юр ; Ю, Юр, -соответственно текущая и синхронная угловые скорости; І -
2а
выпрямленный ток ротора; I^ - ток намагничивания; 1^ - ток ротора, приведенный к цепи статора; І^ - ток статора, эквивалент-
ный по МДС постоянному току возбуждения 12а; R^, Х^ - соответственно активное и индуктивное сопротивления ротора, приведенные к цепи статора; к - коэффициент, зависящий от режима коммутации вентилей неуправляемого выпрямителя; R - активное сопротивление статора, приведенное к цепи ротора; т - суммарная масса поступательно и вращательно движущихся частей подъёмной машины, приведенная к окружности барабана; Fс - усилие
сопротивления; Fmм - тормозное усилие, создаваемое механическим тормозом; t , t , t - соответственно длительность перио-
х. х н у
да холостого хода, периода нарастания тормозного усилия и время движения с установившимся (максимальным) усилием, с ; Тт -
механическая постоянная времени тормоза.
Выражение (1) описывает разряд электролитического конденсатора на обмотки статора асинхронной машины. Выражение (2) -выпрямленную цепь ротора, нагрузкой которой является активноиндуктивное сопротивление обмоток статора. Выражение (3) -связь между токами статора, ротора и результирующим током намагничивания. Выражение (4) - синус угла отставания тока ротора от ЭДС ротора.
Рис. 2. Математическая модель, реализующая режим одновременного действия электрического и механического тормозов шахтной подъёмной машины
Выражение (5) - аналитическую зависимость ЭДС ротора от тока намагничивания. Выражение (6) - зависимость электромагнитного момента асинхронной машины, работающей в режиме электродинамического торможения от выпрямленного тока ротора. Выражение (7) - уравнение движения электропривода. Выражение (8) - уравнение тормозной характеристики механического тормоза. Структурная схема исследуемого электропривода, составленная на основании выражений (1)-(8), приведена на рис. 2.
Исследование РОД электродинамического (динамического) и механического (предохранительного) тормозов проводилось применительно к вертикальной двухконцевой скиповой подъёмной установке, техническая характеристика которой приведена ниже.
Высота подъёма - 320 м ; передаточное число редуктора - 30; полезный вес груза в скипе - 4 т; вес порожнего скипа с прицепным устройством - 3870 кг ; максимальная скорость подъёма - 3,7
м/с ; приведенная масса подъёмной установки - 4550 кг ; передаточное число редуктора - 30.. Подъёмный двигатель: тип АКЗ-12-48-6; Р = 250 кВт; Пл = 6000 В; / = 31 А; П = 740
ном 1ном 1ном ном
мин1; = 485 В ; /0 = 320 А ; GD2 = 160 кг • м2.
2ном 2ном
При исследовании переходных процессов при аварийной остановке подъёмной машины рассмотрим следующие схемы динамического торможения:
- с непосредственным подключением выхода неуправляемого выпрямителя к обмоткам статора АД (рис. 1, а);
- с дополнительным резистором Rд1, включённым в цепь постоянного тока последовательно с обмотками статора (рис. 1, б);
- с добавочными резисторами, включёнными как последовательно с обмотками статора RД1, так параллельно им RД2 (рис. 1, в);
- с добавочным резистором Rд2, включённым параллельно
обмоткам статора АД.
При исследовании режима одновременного действия двух тормозов при аварийной остановке ШПМ уделялось таким показателям как: путь торможения ^ ; угол поворота барабана рб, находящего под действием тормозных колодок; кинетическая энергия А , подлежащая гашению механическим тормозом; тормозное усилие FТ М механического тормоза и величина замедления а .
Результаты исследования различных схем динамического торможения при работе совместно с предохранительным тормозом приведены в таблице, из которой следует, что для всех исследуемых схем характерно снижение:
- пути торможения ^ от 10,1% до 40,6%;
- угла поворота рб барабана от 17,4% до 62,7%;
- кинетической энергии А от 4,8% до 39,2%;
- тормозного усилия FТ М от 2,8% до 23,7%
и увеличение замедления а от 7,2% до 25,6% в зависимости от схемы динамического торможения.
42
Выводы
Реализация режима одновременного действия электродинамического и механического тормозов при аварийной остановке шахтной подъёмной машины позволит продублировать механический тормоз в случае выхода его из строя, а также снизить все вышеперечисленные показатели, что позволит увеличить межремонтный срок тормозных колодок, а следовательно, и производительность подъёма.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Малиновский А.К., Мазлум А.Т. Анализ состояния предохранительного торможения шахтных подъёмных машин. М.: МГГУ, ГИАБ, №9, 2007. С. 281-285.
2. Патент РФ №2210853. Электропривод. Малиновский А.К., Затикян Г.П., Лебедев С.В. Опубл. Бюл. №23, 2001.
3. Малиновский А.К., Лебедев С.В. К вопросу о режиме одновременного действия механического и электродинамического тормозов при аварийной остановке шахтной подъёмной машины. М.: МГГУ, ГИАБ, №5, 2001. С. 231-234.
4. Попович Н.Г. Динамические режимы автоматизированных подъёмных установок с асинхронным электроприводом. - Киев.: Вища школа, 1982. - 212 с.
И5ГЛ
A.K. Malinovsky, A T. Mazloum
RESEARCH OF A MODE OF SIMULTANEOUS ACTION OF ELECTRIC AND MECHANICAL BRAKES AT AN EMERGENCY STOP OF A MINE HOIST ENGINE (ELEVATOR).
Research of a mode of simultaneous action of electric and safety brakes at an emergency stop of a mine hoist engine (elevator) has shown possibility of duplication of a mechanical brake with the electrical break, to raise deceleration and to lower a braking way.
Key words: a mine hoist engine, an electric and safety brakes, a mode of simultaneous action of electric and safety brakes, the electric engine (drive).
Коротко об авторах _______________________________________________
Малиновский А.К. - доктор технических наук, профессор кафедры ЭЭГП,
Мазлум А. Т. - аспирант,
Московский государственный горный университет,
Moscow state mining university, Russia, [email protected]
