К вопросу об использовании генераторных режимов в тиристорном электроприводе постоянного тока горных машин

Размещено на http://allbest.ru

УДК 621.313.223.2-83

К вопросу об использовании генераторных режимов в тиристорном электроприводе постоянного тока горных машин

И.В. Брейдо

Г.А. Эм

В настоящее время в электроприводе постоянного тока преимущественное распространение получила система «тиристорный преобразователь-двигатель» (ТП-Д). Данный тип электропривода достаточно широко применяется в горных машинах и оборудовании, в частности, в шахтных подъемных установках, экскаваторах, крановом хозяйстве, угледобывающих комбайнах, буровых станках и др.

В процессе эксплуатации указанных машин и механизмов востребованы как двигательный, так и генераторные режимы работы, причем управляемые генераторные режимы технологического торможения для большинства рассматриваемых машин носят продолжительный характер [1, 2]. генераторный тиристорный электропривод

Двигательный режим системы ТП-Д изучен достаточно полно [3, 4]. В отличие от двигательного управляемые генераторные режимы, а также свойства системы ТП-Д при переходе из двигательного режима в генераторный и обратно в составе регулируемого четырехквадрантного электропривода исследованы в недостаточной степени [5, 6].

Как известно, в электроприводе с двигателем постоянного тока независимого возбуждения могут быть использованы три возможных генераторных режима: динамическое торможение, противовключение и рекуперативный режим (с отдачей энергии в сеть) [3, 4].

Несмотря на значительные потери энергии в токоограничивающих резисторах в связи с относительной простотой технических решений наиболее широко применяется динамическое торможение. Системы динамического торможения обеспечивают эффективное торможение со скорости, близкой к номинальной; в то же время в электроприводах грузоподъемных машин и механизмов, где требуемый диапазон регулирования скорости изменяется от 1:10 до 1:100 [1, 2], этот способ в нижней части диапазона малоэффективен.

Организация динамического торможения требует также значительных затрат, связанных с дополнительными схемотехническими решениями в силовой части электропривода и системе управления. Следует отметить, что системы динамического торможения до недавнего времени, как правило, комплектовались командоаппаратами для управления силовой релейно-контактной аппаратурой, что предполагает дискретное ступенчатое регулирование параметров электропривода.

При этом для электропривода с мощностью свыше 2000 кВт, характерного для шахтных подъемных машин, большие габариты токоограничивающих реостатов и теплотехнические требования к их установке вынуждают занимать значительные площади. Указанные недостатки приводят к снижению надежности и рентабельности электропривода.

Кроме того, для ряда горных машин и механизмов, например, напочвенных канатных дорог и лебедок буровых станков, требуется управление параметрами электропривода в двигательном и генераторных режимах работы при знакопеременном моменте сил сопротивления.

Обеспечение приемлемой точности регулирования выходных координат и удовлетворительных динамических характеристик электропривода в этих условиях при использовании систем динамического торможения становится весьма проблематичным [5].

Более эффективным является торможение с рекуперацией энергии в сеть [3, 4]. Этот генераторный режим позволяет реализовать:

- управление тормозным моментом в широком диапазоне угловой скорости;

- обеспечение плавности и непрерывности регулирования скорости в технологических режимах;

- преобразование потенциальной энергии объекта управления в электрическую с последующей отдачей ее в сеть, что приводит к значительному энергосбережению, и др.

Однако практическое применение рекуперативного режима наталкивается на ряд технических трудностей. Так, к нерешенным вопросам относится, в том числе, определение границ области существования этого режима.

Отсутствуют реальные механические характеристики тиристорного электропривода в рекуперативном режиме для различных значений скорости холостого хода. Кроме того, для рабочей области рекуперативного режима необходимо исследовать влияние параметров тиристорного электропривода на его механические характеристики.

С другой стороны, наиболее эффективным способом поддержания стабильной скорости, близкой к ползучей, в генераторных режимах является использование торможения противовключением. В то же время технологическими условиями работы большей части рассматриваемых машин и механизмов востребован реверс, также осуществляемый в режиме противовключения [1, 2].

Таким образом, для реализации четырехквадрантного электропривода постоянного тока горных машин, обеспечивающего регулирование скорости как в двигательном, так и в генераторных режимах работы, представляется целесообразным совместное использование генераторных режимов торможения противовключением и с рекуперацией энергии в сеть.

Очевидно, что при снижении угловой скорости до некоторого граничного значения следует обеспечивать своевременный перевод электропривода из рекуперативного режима работы в режим противовключения [5, 6].

С целью исследования особенностей рекуперативного режима тиристорного электропривода постоянного тока была использована программная среда известного пакета прикладных программ MatLab 7.0.1 - Simulink 6.1. На рисунке 1 представлена экспериментальная имитационная модель тиристорного электропривода, позволяющая симулировать его работу в рекуперативном режиме.

Силовая часть экспериментальной модели имитирует работающую на один вал электромеханическую пару «двигатель-генератор», обе электрические машины - постоянного тока независимого возбуждения.

В двигательном режиме генератор является нагрузкой для приводного двигателя, переход в режим рекуперации обеспечивается «подкручивающим» моментом генератора при выполнении условия М_с > 0, где М_с - момент сопротивления приводного двигателя.

Такая схема позволяет исследовать свойства четырехквадрантного регулируемого электропривода как в двигательном, так и в генераторных режимах работы [7].

Рисунок 1 - Имитационная модель тиристорного электропривода постоянного тока, работающего в генераторном рекуперативном режиме

Для моделирования использовались характеристики машины постоянного тока независимого возбуждения типа 2ПН112LУХЛ4 мощностью 2,2 кВт [8].

В результате имитационного моделирования путем изменения «подкручивающего» момента генератора и угла управления тиристоров инвертора получено семейство механических характеристик (рисунок 2), определяющее границы рабочей области рекуперативного режима тиристорного электропривода.

Диапазон угла управления тиристоров при этом изменялся от 0° до 55°.

Рисунок 2 - К определению границ рабочей области рекуперативного режима в тиристорном электроприводе постоянного тока

Из рисунка видно, что область рекуперативного режима ограничивается с одной стороны механической характеристикой, соответствующей углу управления 0°, а с другой стороны - пунктирной линией, справа от которой в заштрихованной части графика находится зона неприменимости рекуперативного режима.

Определяющими для данной зоны являются условия коммутации тиристоров инвертора по силовому каналу.

Кроме того, в рекуперативном режиме наблюдается значительная деформация механических характеристик электропривода.

Для оценки степени деформации механические характеристики рекуперативного режима, полученные путем имитационного моделирования при изменении угла отпирания тиристоров, на рисунке 2 совмещены с идеализированными характеристиками электрической машины в двигательном и рекуперативном режимах.

Деформация характеристик заключается, прежде всего, в значительном уменьшении их жесткости относительно идеализированных механических характеристик электропривода; наблюдается также зависимость жесткости характеристик в рекуперативном режиме от угла управления тиристоров инвертора и, в меньшей степени, - от величины тормозного момента.

Таким образом, в результате имитационного моделирования получено семейство механических характеристик четырехквадрантного тиристорного электропривода постоянного тока в рекуперативном режиме, определены границы рабочей области рекуперативного режима в тиристорном электроприводе, а также выявлена значительная деформация механических характеристик в рекуперативном режиме относительно идеализированных механических характеристик электропривода.

Список литературы

1.Католиков В.Е., Динкель А.Д., Седунин А.М. Тиристорный электропривод с реверсом возбуждения двигателя рудничного подъема. М.: Недра, 1990. 382 с.

2.Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988. 344 с.

3.Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1985. 560 с.

4.Теория автоматизированного электропривода: Учеб. пособие / М.Г. Чиликин, В.И. Ключев, А.С. Сандлер. М.: Энергия, 1979. 616 с.

5.Брейдо И.В., Эм Г.А. Особенности генераторных режимов работы четырехквадрантного тиристорного электропривода постоянного тока // Труды 4-ой Междунар. науч.-техн. конф. «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях». Алматы, 23-24 сентября 2004. С. 291-293.

6.Эм Г.А. К вопросу о выборе генераторных режимов работы четырехквадрантного тиристорного электропривода постоянного тока // Труды университета. Караганда: КарГТУ, 2005. № 4. С. 63-65.

7.Эм Г.А. Экспериментальный стенд для исследования четырехквадрантного тиристорного электропривода // Труды университета. Караганда: КарГТУ. 2006. № 4. С. 81-83.

8.Справочник по электрическим машинам. В 2 т. / Под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. М.: Энергоатомиздат, 1988. Т. 1. 456 с.

Размещено на Allbest.ru