CC BY
44
© А.К. Малиновский, Г.П. Затикян, С.В. Лебедев,2002
УДК 62-52:622.673.4
А.К. Малиновский, Г.П. Затикян, С.В. Лебедев
СХЕМНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЖИМА ОДНОВРЕМЕННОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО И МЕХАНИЧЕСКОГО ТОРМОЗОВ ПРИ АВАРИЙНОЙ ОСТАНОВКЕ ШАХТНОЙ ПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ
Р
еализация схемы динамического торможения, обеспечивающей РОД, может быть осуществлена в трех вариантах:
• динамическое торможение с независимым возбуждением;
• динамическое торможение с изменяющейся структурой;
• динамическое торможение с конденсатором в цепи ротора АД.
Современный электропривод переменного тока шахтных подъемных машин оборудован системой динамического торможения (ДТ) с независимым возбуждением. Поэтому, чтобы не нарушать существующей системы торможения реализацию РОД двух тормозов начнем с режима ДТ с независимым возбуждением.
На рис. 1 приведена схема ДТ с независимым возбуждением, реализующая РОД динамического и механического тормозов в период аварийной остановки подъемной машины. Параллельно линейным контактам контактора динамического торможения КМ2 включены два тиристора VS1 и VS 2, управляющие электроды которых подключены к плюсу источника постоянного тока через ограничивающие резисторы г01 и г02 , размыкающие блок-контакты линейного контактора КМ1.1 и контактора предохранительного тормоза ТП .
В период аварийной остановки в цепь ротора АД должен быть включен добавочный резистор Rд. С этой целью к отпайкам пускового резистора, соответствующего необходимой величине сопротивления Rд , подключен полууправляемый трехфазный мостовой выпрямитель Ш , собранный из трех тиристоров VS 3 , VS 4 , У5' 5 и трех диодов VD1, VD 2 , VD 3 и играющего роль ключа. Управляющие электроды тиристоров VS 3-VS 5 подключены к источнику постоянного тока через ограничивающие резисторы г ,
г04 , г()5 , а также через размыкающие блок-контакты
Рис. 1. Схема динамического торможения АД с независимым возбуждением, реализующая РОД электродинамического и механического тормозов
КМ 1.1 и ТП .
При остановке барабана (органа навивки) подъемной машины (ПМ) в нормальном режиме в работе участвует линейный контактор динамического тормоза КМ2 , который своими замыкающими контактами подключает обмотки статора к источнику постоянного тока, минуя тиристоры VS1 и VS2. Тиристоры VS1-VS 5 заперты, так как, несмотря на то, что блок-контакт КМ 1.1 замкнут, блок-контакт предохранительного тормоза ТП - разомкнут.
В случае аварийной остановки ПМ отключаются подъемный двигатель АД и контактор предохранительного тормоза. Их блок-контакты КМ 1.1 и ТП замыкаются и на управляющие электроды тиристоров VS1-VS 5 подается напряжение управления. Открывание тиристоров VS1-VS 5 переводит АД в режим динамического торможения с независимым возбуждением, а в цепь ротора вводится резистор Rд .
Для снижения потребляемой из сети электроэнергии, в качестве электрического тормоза применяется схема динамического торможения с изменяющейся структурой (ДТСИС).
Схема, реализующая режим ДТСИС, приведена на рис. 2. Схема, по сравнению с предыдущей, предусматривает введение дополнительного неуправляемого выпрямителя Ш1, собранного по трехфазной мостовой схеме и включенного в цепь ротора АД, а также тиристора VS 6 . Питание управляющего электрода тиристора VS 6 общее с тиристорами VS1-VS 5 .
При нормальном режиме ПМ контактор предохранительного тормоза включен, а его блок-контакт разомкнут.
В случае аварийной остановки контактор предохранительного тормоза отключается, а его блок-контакт ТП замыкается и на управляющие электроды тиристоров VS1-VS 5 подаются отпирающие импульсы. Подъемный двигатель переходит в режим ДТСИС. Эта схема, несмотря на некоторое усложнение, предпочтительнее схемы, представленной на рис. 1. Достоинство ее состоит в том, что источник постоянного тока предназначен лишь для подачи начального тока возбуждения. Основной же ток статора создается выпрямленным током ротора, как только наступает режим динамического торможения с самовозбуждением.
Однако ни схема ДТ с независимым возбуждением, ни схема ДТСИС не могут создать тормозной режим АД при исчезновении напряжения питающей сети. Этого недостатка лишена схема конденсаторного торможения.
На рис. 3 приведена схема ДТ с электролитическими конденсаторами в цепи выпрямленного тока рото-
Рис. 2. Схема динамического торможения АД с изменяющейся структурой, , реализующая РОД электродинамического и механического тормозов
Рис. 3. Схема динамического торможения АД с электролитическим конденсатором в цепи выпрямленного тока ротора, реализующая РОД электродинамического и механического тормозов
ра. Силовая часть схемы состоит из: тиристора VS , диодов VD1, VD2 и неуправляемого трехфазного выпрямителя UZ , включенных последовательно между ротором АД и цепью постоянного тока статора. Параллельно выпрямителю UZ включены два электролитических конденсатора С1 и С2. Управляемый электрод тиристора VS через формирователь прямоугольной внешней характеристики (ФПВХ) и размыкающие блок-контакты КМ 1.1 и ТП подключен к катодной группе выпрямителя UZ .
Достоинство схемы конденсаторного торможения перед двумя предыдущими заключается в возможности создания тормозного режима АД без внешнего источника постоянного тока.
Вышеприведенные схемы по уровню сигнала управления тиристорами можно разделить на две группы:
1. Схемы, приведенные на рис. 1 и 2, в которых на управляющие электроды тиристоров подаются сигналы управления постоянной величины Uу = const.
2. Схема, приведенная на рис. 3, в которой напряжение сигнала управления, подаваемого на тиристоры, изменяется с кратностью в 100 раз (Uy = 10 -И000 В).
В общем случае в справочниках даются минимальные значения тока и напряжения управления, которые необходимы для надежного отпирания принятого типа тиристора при анодном напряжении 6 -И0 В,
Рис. 4. Вольт-амперная и внешняя характеристика тиристора
температуры структуры от +150 0С до -60 0С и называются соответственно током спрямления (1спр) и напряжением спрямления (рспр) [1]. Как
видно из рис. 4, область пусковых характеристик принятого типа тиристора, ограничена током (1спр)
спрямления и напряжением спрямления (испр).
Для того чтобы быть уверенным в том, что данные значения тока и напряжения спрямления будут достаточными для надежного отпирания принятого типа тиристора независимо от разброса параметров от образца к образцу при заданном диапазоне температур структуры тиристора необходимо, чтобы линия нагрузки цепи управления тиристора пересекала вольт-амперную характеристику перехода: управляющий электрод-катод в надлежащей точке.
На рис. 5 линия нагрузки проведена от точки напряжения холостого хода сигнала управления Uух х ,
подаваемого на тиристоры, согласно схеме рис. 4, отложенной на оси напряжения под углом: а = arcctgRу , где Rу - режимное напряжение в цепи
управления и равно отношению напряжения Uу х х к
току короткого замыкания на входе тиристора 1кз.
Как следует из рис. 5, для одного и того же типа тиристора имеется множество точек, ограниченных областью пусковых характеристик, которые характеризуют большой разброс пусковых параметров.
Поэтому, чтобы обеспечить надежное отпирание любого образца данного типа тиристора, необходимо, чтобы рабочая точка цепи управления находилась выше заштрихованной зоны, ограниченной:
а) кривыми A и B , которые соответствуют управляющим переходам с наименьшими и наибольшими падениями напряжения;
б) вертикалью напряжения спрямления Uспр ;
в) горизонталью тока спрямления 1спр.
При этом необходимо проверить, чтобы линия нагрузки не заходила в область, ограниченную гипербо-
лической кривой максимально допустимой мощности рассеяния управляющего электрода тиристора Рудоп .
Таким образом, необходимо, чтобы выполнялось условие:
Uспр '!спр — Pу. макс — Pу.доп , (1)
где Рл
умакс - максимальное значение мощности рассеяния на переходе управляющий электрод-катод.
Как видно из рис. 4, пространство между областью пусковых параметров и гиперболический кривой допустимой мощности Pудоп позволяет в определенных
пределах, варьируя значениями Uу х х и углом наклона линии нагрузки а = arcctgRу , а следовательно,
и током короткого замыкания 1кз, обеспечить выше приведенное условие.
Однако, с увеличением динамического диапазона из-
U у.х .х
менения у , достигающей кратности отношения максимального его значения к минимальной до 100, как это имеет место в схеме рис. 3, становится затруднительным и невозможным реализация цепи управления тиристорами по классическому способу - через прямую линию нагрузки, обеспечивая условие (1).
Исследования показали, что одним из способов, обеспечивающих оптимальный режим функционирования цепей управления тиристорами при высоких кратностях изменения напряжения сигнала управления, является использование формирователя прямоугольной внешней характеристики (ФПВХ) в цепи управления.
Действительно, если а ^ л/2, а за напряжение сигнала управления принять Uспр, то нагрузочная
линия трансформируется в вертикальную линию, характеризующую источник напряжения. Однако при этом необходимо ограничить ток, протекающий через управляющий электрод, током 1спр, для которого, если принять а ^ 0, то получим горизонтальную нагрузочную линию, характеризующую источник тока.
Сочетание этих двух нагрузочных линий с а ^ 0 и а ^ л/2 получим ФПВХ, структурная схема которого приведена на рис. 5 и состоит из последовательно включенных:
а) стабилизатора тока 1спр (а ^ 0);
б) стабилизатора напряжения Uспр (а ^ л/2).
Для обеспечения нормального режима работы ФПВХ необходимо, чтобы выполнялось условие:
| иу — Uспр ^Uу.тіп 1Рф _ (^у. тах —Uспр )'
(2)
спр I
где Д^.щ^ - минимальное значение падения напряжения на ФПВХ; Uу max - максимальное значение напряжения, подаваемого на вход ФПВХ.
Рис. 5. Функциональная схема формирователя прямоугольной внешней характеристики (ФПВХ) тиристора
Рис. 6. Способы подключения ФПВХ к: а) мощному тиристору; б) маломощному тиристору
но к мощному тиристору VS1, как это показано на рис. 6 а.
В противном случае, сигнал управления можно подать на маломощный тиристор VS 2, используя его в качестве импульсного усилителя мощности
для управления мощным тиристором VS1, как показано на рис. 6 б.
Если выполняется условие (8.2) и обеспечивается ток 1спр, то ФПВХ можно подключать непосредствен--------------------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочник. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. /Под ред. Г.С. Нойвелта. - М.: Радио и Связь, 1985. - 576
с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------------------------------------------
Малиновский Анатолий Кузьмич - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет. Затикян Георгий Павлович - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.
Лебедев Сергей Владимирович - аспирант, Московский государственный горный университет.
