CC BY
41
Следует отметить, что в настоящее время выполнен весь необходимый объем работ по разработке представленной электроустановки. Изготовленный опытный образец прошел все необходимые испытания и доказал свою работоспособность. Запущен цикл производства данного электрооборудования в широком диапазоне мощностей.
Проведенные работы позволят внедрить новые современные технологии в мощных паротурбинных установках, что существенно повысит их технико-экономические характеристики.
V. Berestov, V. Volkov, V. Clan, M. Kovarsky, V. Magin, V. Pankratov, Yu. Portnoy, L. Ruskin
Controlled electric drives for shipboard leakproofpumps BASED on synchronous machines with converter for standby power supply
The high-technological system of controlled velocity electric drive with synchronous motor equipped with permanent magnets for shipboard leakproof pumps created on base of double-link frequency converter containing additional direct current converter for standby power supply input is developed.
Keywords: regulated electric, double-link frequency converter, current converter for standby power supply.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
В.В. Сафошин, д-р электротехники, чл.-корр. АЭН РФ, ген. директор, (47148) 2-48-68, rudavt@046.ru,
А.Я. Микитченко, д-р техн. наук, проф., акад. АЭН РФ, дир. по научной
работе, (47148) 2-25-16, MikitchenkoAY@mail.ru,
А.Н. Шоленков, инж., (47148) 2-25-16, rudavt@fecity.ru,
А.Н. Шевченко, канд.техн. наук, ст. науч. сотр.,
(47148) 2-25-16, schev@list.ru,
Д.Р. Шевченко, инженер, (47148) 2-25-16,
rudavt@fecity.ru (Россия, Железногорск, ОАО «Рудоавтоматика»)
УЛУЧШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И НАДЁЖНОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТИРИСТОРНЫХ ЭКСКАВАТОРНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Показаны питии и способы улучшения энергетических и надежностных показателей тиристорных экскаваторных электроприводов.
Ключевые слова: тиристорный электропривод, фильтрокомпенсирующие устройства, надежность.
В настоящее время в ОАО «Рудоавтоматика» ведутся разработки тиристорных электроприводов постоянного тока на серию электрических
экскаваторов ЭКГ-5, ЭКГ-10, ЭКГ-12К, ЭКГ-20К. Первые два из них эксплуатировались ранее с системой Г-Д, другие два сразу проектировались под силовые полупроводниковые преобразователи.
Несколько лет назад пришлось решать задачу о выборе типа преобразователя для этих разработок между тиристорными и транзисторными системами [1], которая была решена в пользу тиристорного электропривода с подключаемым фильтрокомпенсирующим устройством (ФКУ).
Экскаватор ЭКГ-5 относительно невелик, установленная мощность его приводов составляет 300... 350 кВт. График расчетной потребляемой реактивной мощности за цикл экскавации имеет вид (рис.1).
Рис. 1. График суммарной реактивной мощности, потребляемой электроприводами ЭКГ-5 за цикл копания
Очевидно, что при таком характере распределения потребляемая реактивная мощность может быть скомпенсирована одной ступенью ФКУ 300-350 кВАр, которую, в то же время, необходимо отключать, когда экскаватор останавливается. Управлять подключением-отключением ступени удобно с помощью тиристорного коммутатора в функции суммарного тока нагрузки всех электроприводов. По достижению суммарным током значения примерно равного току ступени, последнюю можно включить. При этом ток через трансформатор уменьшится до нуля. С дальнейшим ростом нагрузки ток через трансформатор также растет, оставаясь меньше суммарного тока приводов на величину тока ступени ФКУ. На рис.2 представлены осциллограммы работы экскаватора ЭКГ-5, находящегося в опытной эксплуатации на Стойленском ГОКе уже в течение полутора лет [2].
1СОО туясл
Рис. 2. Осциллограммы потребляемого тока, напряжения трансформатора собственных нужд, тока ФКУ и тока возбуждения двигателя подъема в цикле работы ЭКГ-5
Можно видеть, что при включении ФКУ потребляемый экскаватором ток уменьшается, а при отключении увеличивается. Попутно с уменьшением загрузки трансформатора решается проблема увеличения средне-циклового коэффициента мощности. Причем, чем больше в цикле длительность подключения ФКУ, выше напряжение сети и меньше загрузка электроприводов, тем выше уровень генерируемой ФКУ реактивной мощности емкостного характера. Например, на рис. 3 представлена полученная на модели расчетная зависимость среднециклового коэффициента сдвига в функции уровня суммарного тока электроприводов. При некотором оптимальном для данного цикла значении тока включения coscp срц=\.
С увеличением порога включения, общий характер среднецикловой реактивной мощности - индуктивный и coscp уменьшается. При уменьшении порога срабатывания среднецикловая реактивная мощность емкостная и coscp также уменьшается. Таким образом, изменением уставки включения ФКУ можно легко решать проблему увеличения коэффициента сдвига в конкретном цикле до единицы. Заметим, что ступень ФКУ на этом экскаваторе содержит одновременно два фильтра на 5-ю и 7-ю гармоники, поэтому коэффициент искажения тока при включенной ступени не ниже 0,99.
Коэффициент искажения напряжения в сети с мощностью короткого замыкания 8 МВА в точке подключения для этого экскаватора выше
0,999 (коэффициент искажения синусоидальности меньше 5 %), что существенно ниже допустимой границы по ГОСТ 13109.
cos ® ц = cos arctg
QCf
i
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,i 0
Рр
330кВАр 1,1Ш
50% загрузки при копании
i00
200
300
400
500
Ькп = Ids, А
0
Рис. 3. Зависимость cos от уставки включения ФКУ по суммарному току электроприводов
Благодаря высоким энергетическим показателям уровень потребляемой удельной активной мощности этого экскаватора на тонну продукции оказался практически в два раза (0,07 кВт*ч/т) меньше, чем (0,13 кВт*ч/т) на идентичных экскаваторах с системой Г-Д.
Остальные из названных экскаваторов значительно мощнее. Установленная мощность приводов ЭКГ-10 и ЭКГ-12К 1300 кВт. В настоящее время, разработанные для них системы тиристорных электроприводов проходят внутризаводские испытания. Схема их энергообеспечения предполагает наличие двух трансформаторов со сдвигом вторичных напряжений на 30°. Благодаря этому наиболее мощные привода выполняются по эквивалентным 12-типульсным схемам с симметричным управлением. Суммарная реактивная мощность многоступенчатого ФКУ равна 1600 кВАр и разделена симметрично между двумя трансформаторами. Включение ступеней происходит попарно. Первая ступень 2х200 кВАр с фильтрами на 5-ю гармонику подключена к вторичным цепям трансформаторов наглухо. Это позволяет уменьшить толчки тока при включении трансформаторов в сеть [3]. Две другие подключаемые ступени по 2х300 кВАр содержат одновременно подключаемые фильтры на 5-ю и 7-ю гармоники. Таким образом, трехступенчатое ФКУ обеспечивает для любых циклов среднецикловое значение коэффициента сдвига не ниже 0,98 при коэффициентах искажения тока 0,99. Уровень мгновенных отклонений реактивной мощности того или иного знака при управлении в функции реактивной
194
мощности не превышает 300 кВАр (рис. 4). При требуемой для данных экскаваторов мощности короткого замыкания сети в точке подключения 25 МВА коэффициент искажения напряжения сети не ниже 0,999 (коэффициент искажения синусоидальности меньше 5 %).
кВАр 2000
1000
jРис. 4. Графики составляющих реактивной мощности за цикл экскавации ЭКГ-12К
Электропривода для экскаватора ЭКГ-20К прорабатываются на стадии проекта. Установленная мощность его двигателей 2100 кВт. В данном проекте предполагается привода подъема и поворота (1800 кВт) выполнить эквивалентно 12-типульсными по восьмеричным схемам с поочередным управлением. Это позволит примерно на 1/3 уменьшить набросы реактивной мощности по сравнению с симметричным управлением и использовать то же ФКУ, что и на ЭКГ-12К. По техническим требованиям заказчика среднецикловой коэффициент мощности не должен быть хуже 0,92 и он вполне может быть достигнут таким техническим решением.
При разработке упомянутой серии во время макетирования электроприводов в натуральную величину была выявлена интересная особенность фильтрокомпенсирующих устройств. Оказывается ФКУ с легкостью предотвращают опаснейшие для экскаваторного тиристорного электропривода режимы опрокидывания инверторов, в частности, при отключении сети во время торможений. В течение последних десятилетий именно это обстоятельство сдерживало широкое внедрение тиристорных электроприводов на экскаваторах.
Основным условием для предотвращения опрокидывания является сохранение в течение нескольких периодов работоспособности СИФУ в инверторе и коммутаторе ФКУ (если ФКУ подключаемое, а не глухое). Современные микропроцессорные СИФУ и наличие источников бесперебойного питания позволяют это сделать. Соотношение в интервалах от-
крытого состояния устройств таково, что при инвертировании (а>90°) обеспечивается наилучший обмен энергией между инвертором, ФКУ и сетевым трансформатором. Если ток инвертора меньше тока ФКУ, то после отключения сети он раскачивает контур, состоящий из ФКУ и трансформатора, между которыми осуществляется обмен токами. На этом контуре сохраняется и даже несколько возрастает напряжение по отношению к отключенному сетевому и он замещает собой отключенную сеть. Если ток инвертора велик или равен току ФКУ, то после отключения питания происходит обмен энергией между инвертором и ФКУ, причем токи практически не ответвляются в обмотки трансформатора. Опять-таки получается контур, который замещает собой сеть.
За эти несколько (один-три) периодов необходимо заблокировать импульсы управления тиристорным преобразователем (это важно) и подключить цепь динамического торможения двигателя. Импульсы на подключаемом ФКУ могут остаться. Для максимального использования энергии, запасенной в механизме и получения статической тормозной характеристики, обмотку возбуждения двигателя желательно замкнуть на якорь через выпрямитель (для получения торможения в обоих направлениях). На рис. 5 представлены осциллограммы торможения с самовозбуждением в приводе подъема ЭКГ-5 после отключения сети во время инвертирования. Хорошо видна работа ФКУ в течение трех периодов с напряжением, несколько превышающем сетевое, а также то, что СИФУ коммутатора подключаемой ступени продолжает работать до полной потери запасенной энергии в ФКУ (то есть еще 3-4 периода). Таким образом, очевидно, что если ФКУ содержит только подключаемые ступени, то они должны быть подключены при переходе любого из приводов в инверторный режим.
Рис. 5. Остановка привода подъема ЭКГ-5 при отключении сети
Экспериментально подтверждено, что ступень ФКУ мощностью 200 кВАр предотвращает опрокидывание в приводе 200 кВт при максимальном напряжении инвертирования и тройном номинальном токе.
Список литературы
1. Энергетическая эффективность регулирования в тиристорных и транзисторных электроприводах экскаваторов / А.Я. Микитченко [и др.] // «Горное оборудование и электромеханика». 2008. № 5. С. 24-31.
2. Электропривод экскаватора ЭКГ-5 по системе ТП-Д производства ОАО «Рудоавтоматика» / В.В. Сафошин [и др.] // «Горное оборудование и электромеханика». 2009. № 4. С. 16-22.
3.Разработки ОАО «Рудоавтоматика» в области перспективных систем экскаваторных приводов / А.Я. Микитченко [и др.] // «Горное оборудование и электромеханика». 2008. № 6. С. 21-28.
V. Safoshin, A. Mikitchenko, A. Sholenkov, A. Shevchenko, D. Shevchenko
Improve energy and reliability indicators thyristor excavators electric
Showing lawless and ways to improve energy and reliability of performance indicators thyristor excavator drives.
Keywords: thyristor electric drive, filtrokompensiruyuschie par excellence, reliability.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
С.А. Чупин, ген. директор, (351) 775-14-20, s.chupin@momentum.ru, В.Я. Слепнев, зам. ген. директора по науке и технологии, (351) 775-14-20, v.slepnev@momentum .т,
Е.Я. Омельченко, канд. техн. наук, директор Магнитогорского филиала, (351) 775-14-20, momentum2@yandex.ru,
М.Е. Коржавин, нач. отдела новых разработок, (351) 775-14-20, m.korjavin@momentum.ru,
Д.В. Попов, ведущий инж., (351) 775-14-20, d.popov@momentum.ru (Россия, Челябинск, ООО НТЦ «Приводная техника»)
ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИНВЕРТОР ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Представлен транзисторный высоковольтный инвертор для управления скоростью тягового асинхронного двигателя 2,4 кВ и 1250 кВт. Управление двигателем выполнено на основе векторного разомкнутого управления со стабилизацией скорости и ограничением максимального момента и тока статора.
Ключевые слова: инвертор, программное обеспечение, транзисторы, система управления.
Научно-технический центр «Приводная техника» в 2009 г. разработал, изготовил и провел опытные испытания высоковольтного двухканаль-ного инвертора для управления тяговым асинхронным двигателем напряжением 2,4 кВ и мощностью 1,25 МВт для грузового электровоза 2ЭС10,
