Замена электропривода шахтной подъемной установки на рекуперативный частотно-регулируемый электропривод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Политехнический институт (филиал) ФГАОУ ВО «Северо-восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова» в г. Мирном

ЗАМЕНА ЭЛЕКТРОПРИВОДА ШАХТНОЙ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ НА РЕКУПЕРАТИВНЫЙ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Петрова А.А., ст. гр. ЭА11-4

Семёнов А.С., к.ф.-м.н., доцент, зав. кафедрой

Аннотация

электропривод шахтный подъемный рекуперативный

В данной статье рассмотрена возможность замены традиционного электропривода переменного тока шахтной подъемной установки (ШПУ) на рекуперативный частотнорегулируемый электропривод (ЧРЭП). Произведен краткий обзор режимов работы, сравнение схем и описание недостатков и преимуществ традиционного электропривода и частотно-регулируемого электропривода.

Ключевые слова: электропривод, подъемные установки, преобразователь частоты, асинхронные двигатели, рудник.

Основная часть

Объектом исследований является электропривод подъемных установок - основного транспортного средства, обеспечивающего жизнедеятельность шахт и рудников. Комплексное решение проблемы развития электропривода шахтных подъемных машин в направлении повышения их эффективности работы является актуальным. Электроприводы с преобразователями частоты позволяют значительно повысить сроки службы элементов механического оборудования и уменьшить простои, связанные с их выходом из строя благодаря плавному выбору люфтов, зазоров и «преднатяжению» элементов передачи с программируемым темпом в процессе запуска («линейная заводка» или S- характеристика), а также программной стабилизации пускового момента. Эти особенности обуславливают преимущества использования ЧРЭП в электроприводах в механизмах с тяжелыми условиями эксплуатации.

Вскрытие и отработка месторождения осуществляется в сложных горно-геологических условиях. Рудник «Интернациональный» АК «АЛРОСА» (ПАО) отнесен к опасным по выделению горючих газов и нефтепроявлениям, поэтому все горные работы должны выполняться в соответствии с требованиями федеральных норм и правил в области промышленной безопасности.

В настоящее время отработаны запасы I очереди месторождения (отм. -200... -560 м).

Для вскрытия запасов II очереди отработки месторождения (отм. -560... -790 м) дополнительно предусматривается строительство слепого скипового ствола с внутришахтной подъемной установкой расположенной на отм. -560.

Основным и самым сложным элементом скиповой ШПУ является подъемная машина, которая находится в машинном отделении и с помощью подъемного каната производит подъем скипа по стволу шахты на поверхность, где руда разгружается в бункер обогатительной фабрики. Подъемный канат проходит через шкив, находящийся на копре. Под землей скип загружается с вагоноопрокидывателя через мерный ящик.

На крупных современных шахтах всегда имеется две-три действующие подъемные установки, при этом каждая из них выполняет свои особые функции (выдачу руды, спускподъем людей, выдачу породы и т.д.), а не являются резервом другой. Это придает большое значение подъемным установкам во всем комплексе электромеханического оборудования шахт и предъявляет к ним особые требования в отношении надежности и безопасности работы. От надежной, бесперебойной и производительной работы шахтного подъема зависит ритмичная работа всей шахты в целом.

Электропривод подъемных установок потребляет до 40% (иногда до 50%) всей электроэнергии, расходуемой шахтой. Подъемные машины устанавливаются на весь срок эксплуатации шахты.

Работа подъёмной установки характеризуется цикличностью, т. е. рядом сменяющихся циклов, следующих друг за другом. В свою очередь каждый цикл можно разбить на четыре основных периода: разгон, равномерное движение, замедление до полной остановки и пауза. Чтобы обеспечить требуемую производительность рудничного подъёма, каждый цикл должен укладываться в определенное, наперёд заданное время. Для этого необходимо выдерживать расчётные значения ускорения и замедления, максимальной скорости и паузы, т.е. выдерживать заданную диаграмму скорости. Диаграмма скорости подъёма (тахограмма) - это зависимость скорости движения подъёмных сосудов от времени.

В зависимости от назначения, вида и грузоподъёмности подъёмных сосудов, числа горизонтов и расстояния между ними диаграммы скорости могут быть трёх-, пяти-, шести- и семипериодными. Наиболее простые трёхпериодные диаграммы целесообразно применять для клетевых подъёмных установок с одноэтажными неопрокидными клетями при качающихся приёмных площадках. Наиболее сложные шести- и семипериодные диаграммы скорости необходимы при грузовом подъёме с опрокидными скипами. Это объясняется необходимостью ограничения скорости движения подъёмных сосудов в разгрузочных кривых.

Традиционный электропривод переменного тока шахтной подъемной машины (ШПМ) содержит высоковольтные асинхронные электродвигатели с фазным ротором, высоковольтные статорные реверсоры, роторные пусковые резисторно-контакторные станции управления (ПРКС) и станции динамического торможения (СДТ). Однолинейная структурная схема традиционного электропривода переменного тока ШПМ показана на рисунке 1.

Рис. 1 Однолинейная структурная схема традиционного электропривода переменного тока ШПМ

Упомянутый привод имеет существенные недостатки, которые заключаются в следующем:

- использование коммутационной аппаратуры для пуска и регулирования скорости ограничивает по мощности применение асинхронного привода;

- асинхронный электропривод с роторной резисторно-контакторной станцией управления и динамическим торможением не обладает регулировочными качествами, необходимыми для ШПМ, не обеспечивает высокую точность управления и не позволяет автоматизировать управление ШПМ, что приводит к снижению производительности;

- при разгоне, торможении и работе ШПМ на пониженной скорости расходуется значительная электроэнергия, идущая на нагрев роторных сопротивлений ПРКС, нагрев электродвигателя и износ механических тормозов. Непроизводительно расходуемая электроэнергия повышает себестоимость продукции и снижает прибыль;

- асинхронный электропривод с пусковой резисторно-контакторной станцией потребляет из сети значительную реактивную мощность, которую необходимо оплачивать, либо компенсировать достаточно дорогими компенсаторами реактивной мощности.

Замена пусковой роторной резисторно-контакторной станции управления и станции динамического торможения на рекуперативный частотно-регулируемый электропривод ЧРЭП позволяет устранить все перечисленные выше недостатки электропривода переменного тока с асинхронными электродвигателями с фазным ротором.

Рис. 2 Однолинейная структурная схема электропривода с ЧРЭП

Преобразователи частоты устанавливаются между цепью ротора асинхронного электродвигателя и питающей сетью, как показано на рисунке 2. Силовая схема преобразователя содержит два трехфазных транзисторных инвертора напряжения: роторный инвертор и сетевой инвертор. Цепи постоянного тока роторного и сетевого инверторов соединены и подключены к общему накопительному конденсатору. Цепь переменного тока роторного инвертора соединена с цепью ротора электродвигателя, а сетевого инвертора - с питающей сетью (непосредственно или через согласующий трансформатор). Такая структура обеспечивает:

- выбор зазоров в механических передачах и плавное натяжение канатов в паузах между пусками ШПМ;

- формирование с высокой точностью требуемой многопериодной диаграммы скорости подъемной машины независимо от изменения нагрузки;

- плавный разгон сосудов ШПМ за заданное время без потерь мощности в цепи ротора электродвигателя;

- стабилизацию скорости сосудов ШПМ в периоды равномерного движения с точностью не хуже 1% независимо от степени уравновешенности и характера изменения концевых усилий;

- выравнивание нагрузки электродвигателей на всех интервалах движения сосудов ШПМ;

- рекуперативное торможение с возвратом энергии движущихся масс в питающую сеть;

- замедление сосудов ШПМ за заданное время с формированием требуемого усилия любого знака;

- рекуперативное торможение электродвигателей с возвратом энергии движущихся масс в питающую сеть в периоды замедления сосудов ШПМ при формировании отрицательных тормозных усилий;

- малое время замедления и высокую точность остановки ШПМ без применения механического тормоза, который включается только после полной остановки ШПМ;

- работу ШПМ на пониженных скоростях в режимах маневрирования, дотягивания, постановки на кулаки, движения в разгрузочных кривых, осмотра ствола шахты без непроизводительных потерь электроэнергии в роторной управляющей станции;

- компенсацию реактивной мощности, потребляемой асинхронными электродвигателями ШПМ, без применения дополнительных компенсаторов реактивной мощности.

За счет перечисленных выше достоинств ЧРЭП обеспечивает снижение потребления электроэнергии ШПМ более чем на 30% по сравнению с традиционным электроприводом на базе пусковой резисторно-контакторной станции и позволяет повысить производительность ШПМ за счет сокращения интервалов движения сосудов ШПМ с малой скоростью и формирования требуемой диаграммы скорости с высокой точностью. За счет обеспечения высокой точности управления с плавным замедлением и точной остановкой сосудов ШПМ частотно-регулируемый электропривод исключает проскакивания и удары скипа по разгрузочным кривым, что продлевает срок службы механизмов и снижает эксплуатационные затраты.

Список литературы

1. Бондарев В.А., Семёнов А.С. // Международный студенческий научный вестник. 2016. № 3-2. С. 302-303.

2. Бондарев В.А., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 228-229.

3. Карташев И.И., Тульский В.Н., Кузнецов Н.М., Семёнов А.С. Мониторинг показателей качества электрической энергии в системах электроснабжения горных предприятий // Монография / Москва, 2013.

4. Кацман М.М. Электрический привод: учебник для спуд, образовал учреждений сред. проф. образования / М.М. Кацман. 6-е изд., стер. М.: Издательский центр «Академия», 2013. 384 с.

5. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб, для вузов.- 2-е изд. перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1998. 704 с.: ил.

6. Кузнецов Н.М., Семёнов А.С. // Фундаментальные исследования. 2013. № 4-2. С. 295-299.

7. Кузнецов Н.М., Семенов А.С., Бебихов Ю.В., Рыбников А.В. // Горный журнал. 2014. № 1. С. 23-26.

8. Москаленко В.В. Электрический привод: учебник для студ. сред. проф. образования / В.В. Москаленко. 5-е изд., стер. М.: Издательский центр «Академия», 2009. 368 с.

9. Рушкин Е.И., Бондарев В.А., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 229-231.

10. Рушкин Е.И., Семёнов А.С., Саввинов П.В. // Фундаментальные исследования. 2014. № 11-12. С. 2615-2619.

11. Саввинов П.В., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-2. С. 342-344.

12. Семёнов А.С. // Мир современной науки. 2013. № 1 (16). С. 12-15.

13. Семёнов А.С. // Наука в центральной России. 2012. № 2S. С. 23-27.

14. Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 9-3. С. 445-451.

15. Семенов А.С. // Технические науки - от теории к практике. 2012. № 11. С. 68-73.

16. Семёнов А.С., Бондарев В.А. // Международный студенческий научный вестник. 2015. № 3-4. С. 414-416.

17. Семёнов А.С., Бондарев В.А. // Фундаментальные исследования. 2016. № 4-1. С. 112-117.

18. Семенов А.С., Кузнецов Н.М. // Измерительная техника. 2014. № 4. С. 31-34.

19. Семёнов А.С., Матул Г.А., Хазиев Р.Р., Шевчук В.А., Черенков Н.С. // Фундаментальные исследования. 2014. № 9-6. С. 1210-1215.

20. Семёнов А.С., Пак А.Л., Шипулин В.С. // Приволжский научный вестник. 2012. № 11 (15). С. 17-23.

21. Семёнов А.С., Самсонов А.В., Бебихов Ю.В., Матул Г.А. // Естественные и технические науки. 2015. № 6 (84). С. 446-450.

22. Семёнов А.С., Шипулин В.С. // Фундаментальные исследования. 2014. № 6-3. С. 480-484.

23. Шипулин В.С., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-2. С. 344-347.

24. http://www.erasib.ru/statv/hoist-eratonfr-reversor/.

25. http://www.teh-lib.ru/tep/systema-preobrazovatel-chastoty-asinhronniy-dvigatel.html 26. Semenov A.S. // Международный журнал экспериментального образования. 2013. № 12. С. 57-59.

26. Semenov A.S. // Наука и технологии. 2014. № 3. С. 22-28.

27. Semenov A.S., Kuznetsov N.M. An analysis of the results of monitoring the quality of electric power in an underground mine // Measurement Techniques. 2014.

28. Semenov A.S., Shipulin V.S. // Europaische Fachhochschule. 2013. № 1. С. 228-230.

Размещено на Allbest.ru