CC BY
35
V. Adgnakin, P. Borodin, R. Elshin
Features of construction of the power part of converters of frequency of electric drives of mechanisms of bodies of regulation of the control system and protection of reactors VVER
Peculiarities of operation modes of CPS electric drives frequency converters, methods for increasing energy and operation characteristics, reliability, safety, efficiency of control of linear pulse and synchronous jet motors of control and safety systems are considered.
Keywords: peculiarities of operation modes, methods for increasing energy and operation characteristics, control of linear pulse and synchronous jet motors of control and safety systems are considered.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
А.С. Аникин, асп., (351) 267-93-21,
AnikinAlex86@mail.ru (Россия, Челябинск, ЮУрГУ)
ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА БАЗЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ VACON НА САМОХОДНЫЙ ВАГОН В 15 К
Представлен опыт внедрения частотно-регулируемого асинхронного электропривода в горных машинах: реализация тягового электропривода самоходного пневмо-колесного вагона В 15 К, построенного на одном преобразователе частоты и четырех асинхронных двигателях, подключенных параллельно, без датчиков обратных связей.
Ключевые слова: регулируемый электропривод, тяговый электропривод, преобразователь частоты.
Анализ мирового опыта создания нового и модернизации действующего технологического оборудования показывает высокую динамику развития регулируемых электроприводов во всех отраслях промышленности. Это касается даже тех отраслей промышленности, где от эксплуатируемого оборудования в первую очередь требуют высокой надежности и, следовательно, простоты конструкции. Для угледобывающей и соледобывающей отраслей актуальна задача внедрения регулируемого электропривода (ЭП) на базе преобразователя частоты (ПЧ) и асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором на горнопроходческую технику. Это позволит обеспечить быстрое и точное регулирование усилий и скорости механизмов, а также энергосберегающие режимы, которые сейчас являются неотъемлемым требованием всех технологических процессов.
Одним из примеров таких механизмов, на которые внедряется частотное регулирование, является тяговый ЭП пневмоколесного самоходного вагона В15К Копейского машиностроительного завода. Вагон предназначен для транспортировки горной массы от комбайна до мест разгрузки в шахтных условиях месторождений калийных солей. Ходовая часть пред-
220
ставляет собой шестиколёсное шасси с четырьмя приводными электромотор-колесами и задними управляемыми колесами. Исходные данные для установки ПЧ были следующие:
- в качестве тяговых электродвигателей применялись 4 мотор-колеса, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКзР) мощностью 22 кВт, с мягкими механическими характеристиками (критическое скольжение на уровне 60 %) и большими возможностями по перегрузке;
- необходимо обеспечить 3 скорости передвижения: 3 км/ч, 6 км/ч и
9 км/ч;
- эксплуатация вагона должна обеспечиваться на трассе с углами уклонов ±12 градусов.
Последнее требование равносильно изменению нагрузки на тяговый привод от -200 до +200 %.
Конструкция вагона не позволяет установить 2 или 4 преобразователя, датчики скорости или момента на исполнительные двигатели. Учитывая, что напряжение питания шахтного оборудования - 660 В, выбор ПЧ был не слишком широк. По условиям эксплуатации и ценовым характеристикам было отдано предпочтение ПЧ фирмы "Уаеои" (Финляндия). Исходя из конструктивных особенностей вагона, выбран вариант электропривода, построенного на одном ПЧ и четырех АДКзР, подключенных параллельно, без датчиков обратных связей.
Прикладные программы, поставляемые фирмой-изготовителем ПЧ, разработаны для общепромышленных механизмов (насосов, вентиляторов, конвейеров) и не подходят для такого специфичного оборудования, как самоходный вагон. Поэтому на данном этапе из-за отсутствия программных средств приходится проектировать структуру и программное обеспечение ЭП, исходя из других «применений» (прикладных программ), что достаточно сложно, так как фирмы производители и их представительства в России не предоставляют структуры и алгоритмы управления преобразователей, а так же прав корректировать эти структуры и алгоритмы.
Тяговый электропривод вагона должен обеспечивать работу на трех скоростях: 3, 6 и 9 км/ч. В связи с этим наиболее подходящей для управления двигателем является «Макропрограмма с набором фиксированных скоростей». Выбран режим управления двигателя, обеспечивающий поддержание скорости. Очевидно, при этом в ПЧ происходит вычисление «усредненной» скорости двигателя.
Проведены эксперименты в заводских условиях и в условиях шахты. Результаты экспериментов фиксировались с помощью программного обеспечения к ПЧ КСБпуе, которое позволяет выводить на экран до 10 параметров. Диаграммы работы вагона в условиях шахты представлены ниже.
Необходимо было понять, как работает система управления при из-меняющеся нагрузке и в предельных режимах. При проведении экспериментов особое внимание уделялось следующим режимам:
- обеспечение работы привода на низких скоростях, что считается проблемой для асинхронных регулируемых электроприводов;
- обеспечение тормозных режимов при движении под уклон и при остановке;
- поддержание скорости при изменениях внешней нагрузки;
- процессы регулирования тока статора и момента;
- работа привода при максимальных нагрузках.
Рис.1 иллюстрирует изменение нагрузки в широких пределах. Сначала груженый вагон (3.. .4 тонны) начинает движение и разгоняется до 7 км/ч при угле подъема примерно 3.4 градуса (участок I). Динамический ток составляет 200 А, частота и напряжение на выходе ПЧ не успевают возрасти до заданных значений - 50 Гц и 660 В соответственно. На участке II угол подъема увеличивается до 9.10 градусов (нагрузка - 180 %), что сопровождается увеличением тока до 260 А, при этом начинает работать токоограничение, которое ограничивает выходное напряжение на уровне 500 В, однако частота на выходе увеличивается до 55 Гц. Затем (участок III) нагрузка снижается до 50 % (уклон 0.2 градусов).
Рис. 1. Изменение нагрузки в широких пределах
Вагон в течение 40 с движется по горизонтальной поверхности с небольшими неровностями трассы. Процессы момента, тока и напряжения имеют колебательный характер, причем ток и напряжение повторяют фор-
222
му момента. Затем подается команда «Стоп», вагон останавливается, и в течение 3 с еще действует динамическое торможение, чтобы за это время был включен механический тормоз (участок IV). Ток динамического торможения составляет 100 А.
При больших токах начинает работать токоограничение, при котором происходит снижение напряжения, а частота практически не изменяется. Следовательно, механическая характеристика становится мягче. Такая работа функции токоограничения подходит для таких ЭП механизмов, в которых при больших токах не надо выполнять технологическую задачу. Но когда нужно выполнять задачу при большой нагрузке, такая схема работает плохо. Если бы в данной ситуации сохранить требуемое напряжение, то привод бы за короткое время вышел бы на заданную характеристику, и ток бы снизился.
Особое внимание следует уделить режиму «поддержания скорости» при больших токах. Явно видна положительная связь по току, увеличивающая напряжение и частоту, что не дает увеличить жесткость механической характеристики, а при максимальном напряжении и уменьшает ее, что приводит к увеличению тока статора, работе схемы токоограничения и дальнейшему снижению жесткости.
В ходе испытаний было установлено, что при движении на уклон 8...100 нагрузка на двигатели достигает 200 % и может длиться в течение 2...3 минут (слайд 3 большой момент нагрузки). В выбранном режиме управления (управление скоростью двигателя в разомкнутом контуре) даже при максимальной нагрузке диаграмма скорости показывает, что скорость поддерживается с пятипроцентной точностью. Конечно, не известна математическая модель, по которой вычисляется скорость вращения, да и значение ее усредненное (т. к. подключены четыре двигателя), однако при больших нагрузках визуально заметно снижение скорости. Поэтому была разработана методика расчета скоростей по механическим и электромеханическим характеристикам и определены значения скорости при этом известно, что достоверными являются сигналы напряжения, частоты, и действующий ток статора. Осциллограммы скорости, рассчитанной в преобразователе 11-го участка рис. 1, и уточненной скорости представлены на рис. 2. Провалы скорости достигали 30 % и сопровождались большими статорными токами, которые перегружали двигатели и ПЧ, что приводило к аварийным ситуациям.
На рис.3 изображено движение вагона под уклон. Торможение обеспечивается путем рассеивания энергии на тормозном резисторе. Его мощность составляет 12 кВт, но ее вполне достаточно для работы под уклон. Также активирована функция динамического торможения, которая позволяет при торможении гасить часть энергии в двигателе. Отрицательный момент формируется снижением напряжения на выходе преобразователя.
Рис. 2. Сравнение расчетной и уточненной скоростей
Г 50" 1'45" 140" 1'35" Г30'
ТЧте [тг]
Рис. 3. Движение вагона под уклон
Планировалось исключить тормозной резистор и энергию торможения гасить в двигателях, путем использования функции динамического торможения на двигателе. Однако, при испытаниях обнаружена 3 - секундная пауза перед включением динамического торможения (рис. 4), что недопустимо в технологическом процессе. В руководствах ПЧ УЛСОК не отражено, почему при включении режима динамического торможения на выбеге оно включается только через 3 секунды. Сделан запрос фирме-изготовителю для получения разъяснений по этому вопросу.
РП5ПТ.5Шг1
Рис. 4. Пауза перед включением динамического торможения на выбеге
По анализу результатов экспериментов были сформулированы проблемы, требующие дальнейшего решения, и перспективы, открывающиеся с внедрением асинхронного регулируемого электропривода.
1. Испытания пневмоколесного вагона в шахтных условиях показали, что применение асинхронных регулируемых электроприводов в горном машиностроении имеет очень хорошие перспективы. Полученные качества привода могут быть хорошо использованы в ЭП горных машин для подачи режущих органов, приводов режущих органов, приводов погрузочных механизмов и т.д.
2. Внедряемый тяговый привод необходимо оптимизировать путем разработки иного алгоритма поддержания скорости при больших нагрузках. При этом нужно учитывать, что ПЧ работает по стандартной макропрограмме и по схеме, не учитывающей особенностей данного электропривода. Функция токоограничения в тяговых ЭП по мнению автора также должна работать по другому.
3. Коллектив разработчиков предполагает обратиться к фирме-изготовителю ПЧ, для получения доступа к работе с «внутренними» алгоритмами работы преобразователя. В результате этого может сформироваться новая макропрограмма применения для шахтных электроприводов, внутри которой будут реализованы новые алгоритмы. Это позволит упростить наладку электроприводов горнодобывающего оборудования и самоходного вагона в частности.
A. Anikin
Experience of introduction of the frequency-regulated electric drive based on the VACONfrequency converter on the self propelled car V15K
Adoption experience of frequency-controlled asynchronous drive on mining transport are presented, videlicet, implementation of tractive drive of shaft self-propelled car V15K is introduced. Drive contain one frequency converter and four parallel-connected induction motors, which does not have feedback sensors.
Keywords: controlled asynchronous electric drive, tractive electric drive, frequency converter.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
Е.А. Бабкин, асп., (495) 362-74-25,
babkin83@mail.ru (Россия, Москва, МЭИ(ТУ)),
А.В. Симонов, зав. отделом, (495) 362-74-25,
babkin83@mail.ru (Россия, Москва, ООО «Электропром»),
А.Ю. Щёболев, ведущий инженер, (495) 362-74-25,
babkin83@mail.ru (Россия, Москва, ООО «Электропром»)
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ЛЕБЁДКИ И НАСОСА БУРОВЫХ УСТАНОВОК
Рассматриваются системы асинхронного частотно-регулируемого электропривода лебедки и насоса буровых установок, обеспечивающие их высокие технико-экономические показатели работы.
Ключевые слова: системы асинхронного частотно-регулируемого электропривода, технико-экономические показатели работы.
На буровой установке (БУ) имеется мощная буровая лебедка, осуществляющая выполнение спуско-подъемных операций с бурильными трубами (СПО). В приводе буровой лебедки в соответствии с Правилами безопасности предусматривается аварийное защитное отключение при превышении усилия на крюке сверх допустимого и при подъеме талевого блока выше определенной отметки. Однако в процессе отключения привода и наложения аварийного тормоза возникают значительные динамические усилия колебательного характера, представляющие опасность для персонала и оборудования.
В приводе бурового насоса высокого давления также предусматривается защитное отключение в случае возможного превышения давления в манифольде (трубопроводы и другие устройства гидравлического канала), по которому промывочная жидкость подается в скважину, при этом могут возникать гидравлические удары в манифольде. Их результатом могут
