ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ
В комплексе Т7000 реализован ряд потребительских функций, обеспечивающих надежное управление технологическим процессом, простое конфигурирование и низкие затраты на внедрение системы.
В комплексе Т7000 управление оборудованием выполнено с применением средств защиты от нештатных ситуаций. При критических нарушениях цикла управления сервер управления, компьютеры операторов и периферийные контроллеры автоматически восстанавливают свою работоспособность не нарушая текущего состояния технологического процесса.
Объектные модели технологического оборудования.
В программном комплексе VSP5000 технологическое оборудование представлено в виде взаимосвязанных друг с другом типовых объектов управления — бункеров с датчиками уровня, транспортного оборудования с датчиками подпора, движения, положения, контроля скорости (нории, транспортеры, шнеки, задвижки . ), оборудования с силовым электроприводом и датчиками контроля напряжения и тока (станки, вентиляторы, компрессоры. ), весового оборудования (поточные весы и дозаторы). Набор свойств (логические каналы управления и контроля, задержки включения-выключения и др.) и логика поведения типовых объектов управления определены на основании многолетнего использования комплекса и не могут быть изменены потебителем. Такое представление обеспечивает детерминированное поведение объектов управления и надежность функционирования комплекса в целом.
Конфигурирование комплекса Т7000.
Применение типовых объектов управления для описания оборудования существенно упрощает конфигурирование комплекса, полностью исключая написание каких-либо программ. Для создания конкретного объекта управления оператору достаточно выбрать в программном меню соответствующий типовой объект и установить соответствие между логическими каналами типового объекта и физическими каналами ввода-вывода контроллеров Т7000. Для окончательного описния объектов управления необходимо задать поведенческие связи между объектами (вхождение в группы, условия пуска и останова, взаимные блокировки и др.).
Каждому технологическому объекту управления может быть поставлен в соответствие статический или динамический графический образ (текст, картинка, график и др.), с помощью котрого будет отображаться состояние оборудования. Для управления объектами можно использовать меню или кнопки управления, которым назначаются сответствующие команды. В состав программного комплекса VSP5000 входят средства создания графических образов объектов управления и средства описания и визуализации логических связей объектов, обеспечивающие конфигурирование в несложном и удобном графическом редакторе.
Комплекс Т7000 имеет встроенный отладочный (эмуляционный) режим работы с имитацией работы периферийных контроллеров, позволяющий в реальном времени оценить работоспособность конфигурации.
Комплекс допускает и протоколирует изменение параметров объектов управления при работающем производстве. Права на внесение таких изменений контролируются системой персональных привилегий пользователей.
Сочетание ручного и автоматического управления оборудованием.
Комплекс Т7000 разработан с учетом условий реального производства: выход из строя оборудования, проведение ремонтных и профилактических работ, ручное управление оборудованием при настройке технологического процесса. Каждый технологический объект в комплексе Т7000 может быть переведен на ручное управление или выведен из системы с сохранением или без сохранения логических связей (блокировок) с другими объектами. Это дает возможность, если позволяет технологический процесс, не останавливать производство из-за неполадок в отдельном технологическом оборудовании.
Управление весовым и дозирующим оборудованием.
В перечень типовых объектов управления комплекса входят весы, многокомпонентные дозаторы, комплексы дозирования и смешивания. Использование этих объектов возможно при использовании весового оборудовния серии ДВТ или при оснащении существующего весового оборудования контроллерами TWC нашего производства. Комплекс Т7000 обеспечивает управление весами (старт, стоп, задание требуемой производительности) и многокомпонентным дозированием (процентный и массовый ввод рецептуры, старт, стоп задания, поддержание заданной производительности), протоколирует расход сырья, производство готовой продукции и формирует отчеты о сменной выработке
Шкаф Шкаф с контроллером Шкаф
с контроллером и клеммными модулями с электротехникой
Промышленные сетевые решения
Для организации обмена между сервером управления и периферийными контроллерами в комплексе Т7000 используется надежный промышленный сетевой протокол CAN, используемый практически всеми ведущими производителями обрудования для промышленной автоматизации. Применение протокола CAN позволяет размещать контроллеры в производственной зоне, минимизировать расход силовой кабельной продукции и этим существенно сократить сроки и стоимость проведения монтажных работ
- Оценочная стоимость автоматизации некоторых объектов
- Новости
- Архив
СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК
Подъемные установки шахт и рудников – наиболее сложные и ответственные объекты в общей технологической цепи транспортирования полезного ископаемого из забоя на поверхность. В ряде случаев подъемная установка является единственным звеном, связывающим горные работы с поверхностью. Отказ ее электрических и механических узлов может вызвать травмирование людей и привести к большим материальным потерям в связи с простоем всего предприятия. Поэтому к надежности и безопасности работы подъемной установки предъявляют повышенные требования.
Автоматическое управление подъемными установками позволяет значительно повысить безопасность и надежность их работы, дает возможность увеличить производительность подъема, уменьшить расход электроэнергии, освободить машинистов от напряженного труда.
Увеличение надежности работы при автоматизации позволяет сократить непроизводительные простои, затраты на материалы и запасные части, увеличить межремонтные сроки, повысить срок службы подъемных канатов.
Особенности автоматизации подъемных установок в основном определяются типом подъемного сосуда и видом электропривода.
ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОДЪЁМНЫХ УСТАНОВОК
Важнейшей задачей при автоматизации подъемных машин является выполнение заданного графика скорости и ускорений по времени во все периоды движения подъемного сосуда. Диаграмма скорости по существу – критерий производительности и экономичности подъемной установки.
В неавтоматизированных подъемных установках оператор непрерывно контролирует рабочий процесс и управляет системой электропривода, воздействуя на рукоятку командоконтроллера и рычаг управления тормозом. При этом выполнение заданной диаграммы скорости движения подъемных сосудов в значительной степени зависит от его опыта и внимательности. Вследствие высокой скорости движения скипов и клетей и жестких требований в отношении пуска и торможения двигателя при самой внимательной работе ошибки оператора не могут быть исключены. В лучшем случае они приводят к снижению производительности по сравнению с проектной.
При автоматизации выполнение заданной диаграммы скорости полностью возлагается на систему электропривода. Особенно высокие требования предъявляются к процессу управления во время замедления. Неточность работы системы автоматического управления в режиме торможения может привести к тому, что точность остановки снизится. Если же для повышения точности остановки немного удлинить путь дотягивания, то снижается производительность. Оба фактора – снижение точности остановки и производительности – нежелательны.
На точность формирования электроприводом диаграммы скорости в режиме торможения влияют различные возмущающие факторы: масса поднимаемого груза, упругие свойства каната, жесткость механической характеристики электропривода, тормозное усилие и т. д.
Задача САУ электропривода подъемной машины состоит в том, чтобы возможно точнее воспроизводить заданную диаграмму скорости и возможно полнее подавлять влияние возмущающих воздействий. Для этой цели необходимо применение отрицательной обратной связи по скорости подъемного сосуда. Задающее воздействие должно осуществлять изменение скорости подъемного сосуда во времени в соответствии с известной диаграммой скорости.
Формирование задающего воздействия производят либо в функции пути, проходимого подъемным сосудом, либо в функции времени. Так как закон изменения задающего воздействия в функции пути или времени заранее известен, то САУ подъемных машин относится к классу систем с программным автоматическим управлением, а задающее воздействие называется программой управления.
Рис. 6.1. Функциональные схемы САУ с заданием программы движения в функции пути (а) и времени (б)
На рис. 6.1, а показана функциональная схема САУ с заданием программы движения в функции пути s. На вход системы управления поступает сигнал задания скорости и сигнал обратной связи по скорости подъемного сосуда . Разность этих сигналов (сигнал ошибки регулирования) поступает на вход усилительно-преобразовательного устройства УПУ и далее на вход электродвигателя ЭД, который является исполнительным устройством. Электродвигатель приводит в движение объект управления – подъемную машину ПМ. Измерительное устройство ИзУ служит для измерения регулируемой величины – скорости подъемного сосуда. На объект управления действует возмущающее воздействие f, которое вызывает отклонение скорости от ее заданного значения. Применение отрицательной обратной связи по скорости подъемного сосуда подавляет влияние возмущающего воздействия f и повышает точность воспроизведения на выходе u задаваемого закона изменения скорости . Задаваемый закон изменения скорости формируется с помощью специального блока программирования БП. Блок БП содержит устройство, которое измеряет перемещение подъемных сосудов по стволу шахты и формирует сигнал задания скорости в функции пути, пройденного подъемным сосудом.
Функциональная схема САУ с заданием программы в функции времени показана на рис 6.1, б. В отличие от функциональной схемы САУ с заданием программы в функции пути здесь отсутствует блок БП. Сигнал задания скорости в функции времени здесь формируется задатчиком скорости ЗС.
Наряду с формированием требуемой диаграммы скорости система управления должна осуществлять защиту подъемной машины включением предохранительного тормоза при возникновении различных аварийных ситуаций, например при переподъеме сосуда выше уровня приемной площадки, превышении заданной скорости, недопустимом износе тормозных колодок, зависании сосуда в любом месте ствола, исчезновении напряжения в цепях управления, неисправностях в тормозной системе и т. д. В схеме автоматизации необходимо предусмотреть различные блокировочные цепи, которые исключали бы включение подъемного двигателя в случаях, если это приводит к нарушению безопасной работы подъемной установки.
Существенное влияние на схему автоматизации и способы управления оказывает привод подъемных машин. Для подъемных машин применяют два типа привода: от асинхронного электродвигателя с фазным ротором и от двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Наибольшее распространение для привода подъемных установок получили асинхронные электродвигатели с фазным ротором и релейно-контакторной аппаратурой.
Асинхронный электропривод бывает одно- и двухдвигательным. Мощность однодвигательного асинхронного привода подъемных машин ограничивается величиной 1250 кВт, а двухдвигательного (мощности асинхронных электродвигателей одинаковы) – 2500 кВт. При большей мощности применяют только электропривод постоянного тока. Такое ограничение мощности привода с асинхронными электродвигателями определяется коммутационной способностью контакторов в силовых цепях.
Основными преимуществами привода с асинхронными электродвигателями являются простота и надежность его в эксплуатацию, сравнительно небольшая стоимость, возможность включения двигателя непосредственно в трехфазную сеть переменного тока без промежуточных преобразователей энергии.
Асинхронный электропривод имеет ряд существенных недостатков. Регулирование скорости здесь происходит путем включения в цепь ротора дополнительных резисторов. Это сопровождается значительными потерями энергии, особенно при движении на пониженной скорости. Асинхронный привод имеет низкий коэффициент мощности: на скиповых подъемах он составляет 0,6 – 0,65, на клетевых – 0,35 – 0,5 (в зависимости от особенностей диаграммы скорости). Невысокие регулировочные свойства, связанные со ступенчатым изменением скорости асинхронного электродвигателя, затрудняют автоматизацию подъемных установок.
В течение длительного времени наиболее совершенным электроприводом подъемных машин являлся электропривод постоянного тока по системе генератор – двигатель (система Г – Д). Частота вращения подъемного двигателя в системе Г – Д регулируется изменением напряжения генератора, подводимого к зажимам якорной обмотки двигателя постоянного тока. В свою очередь, регулирование напряжения генератора по заданному закону осуществляется изменением его тока возбуждения.
Развитие и совершенствование силовой полупроводниковой техники привели к появлению тиристорного электропривода постоянного тока (система ТП – ДПТ). Начиная с 70-х годов ориентация на систему ТП – ДПТ стала основной как в отечественной промышленности, так и в практике ведущих иностранных фирм.
Регулируемый электропривод постоянного тока по сравнению с асинхронным электродвигателем с контакторным управлением и добавочным резистором в роторной цепи обладает рядом существенных преимуществ. К основным из них следует отнести малые потери электроэнергии при регулировании скорости, пуске и торможении; большой диапазон регулирования скорости; высокая точность выполнения заданной диаграммы скорости во всех режимах работы – разгон, равномерный ход, замедление и дотягивание; более благоприятные условия автоматизации вследствие использования малогабаритных аппаратов управления небольшой мощности; жесткие механические характеристики, небольшое изменение скорости от нагрузки; при торможении энергия возвращается в сеть, а не теряется в роторе двигателя.
СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК
К средствам автоматизации управления подъемными установками относятся путевые программные командоаппараты, аппаратура управления приводами тормозов, ограничители скорости, сельсинные командоаппараты, путевые выключатели, датчики контроля положения и т.д.
Аппарат задания и контроля хода АЗК-1 (рис. 6.2) выполняет следующие основные функции: задает программу движения (закон изменения скорости) подъемной машины при автоматическом управлении; обеспечивает контроль скорости и защиту от превышения ею допустимых значений в периоды разгона, равномерного движения и замедления; осуществляет измерение пути, пройденного подъемными сосудами; выдает электрические импульсы в отдельных точках пути движения подъемного сосуда для осуществления необходимых переключении в схеме управления машиной; защиту от переподъема.
Принцип работы аппарата АЗК-1 основан на выдаче сигналов управления в зависимости от угла поворота вала подъемной машины, который прямо пропорционален пути, пройденному подъемным сосудом в стволе шахты.
Рис. 6.2. Кинематическая схема шкафа ШПА-1 и блока программирования БПМ-1
Аппарата АЗК-1
Этажные выключатели ЭВ аппарата АЗК предназначены для выдачи сигналов о прохождении подъемным сосудом определенных точек в стволе. Эти сигналы используются для подачи команд на начало периода замедления машины, стопорение подъемного сосуда у приемных площадок, для защиты от переподъема и др. Система этажных выключателей состоит из выключателей и рычагов. Через шестерни вращение от вала подъемной машины передаётся на валы рычагов, которые в требуемой точке пути переключают контакты этажного выключателя.
Блок программирования БПМ-1 осуществляет задание программы изменения скорости при пуске и замедлении подъемной машины. Редуктор передает вращение вала подъемной машины к профильным дискам программного устройства (ПДВ или ПДН). Угол поворота профильного диска пропорционален пути движения подъемного сосуда, а его переменный радиус – заданной скорости (рис. 6.3). При вращении профильный диск отклоняет приводной рычаг сельсинного командоаппарата (КАВ или КАН) и задает в виде выходного напряжения сельсина расчетную диаграмму скорости в функции пути.
Рис. 6.3. Построение профиля программных дисков аппарата АЗК-1
Комплекс управления пневмоприводом тормоза КУПТ предназначен для дистанционного и автоматического управления пневмоприводом тормоза подъемных машин. Основным элементом комплекса является регулятор давления, который преобразует электрический сигнал на выходе сельсинного командоаппарата при перемещении его рукоятки в изменение давления воздуха в цилиндре рабочего тормоза подъемной машины.
Аппаратура управления гидроприводом тормоза АУГТ предназначена для дистанционного и автоматического управления гидроприводом тормоза подъемных машин. В его состав входит регулятор давления, который преобразует электрический сигнал на выходе сельсинного командоаппарата при перемещении его рукоятки в изменение давления масла в цилиндре рабочего тормоза подъемной машины.
Электрический ограничитель скорости ЭОС-3 предназначен для защиты подъемных установок в случае превышения установленной скорости на 15 % или при подходе к разгрузочным площадкам со скоростью выше 1,5 м/с и для выдачи при этом аварийного сигнала в цепь защиты. После срабатывания защиты подъемная машина отключается с наложением предохранительного тормоза.
Действительное значение скорости измеряется тахогенератором, связанным с валом подъемной машины. В случае, если действительная скорость превышает заданную, то появляется сигнал, который отключает реле превышения скорости. Последнее своими контактами разрывает цепь питания предохранительного тормоза, что приводит к отключению подъемного электродвигателя от сети и к наложению предохранительного тормоза.
Сельсинный указатель глубины УГС-4 позволяет определять положение подъемного сосуда в стволе шахты. Его принцип действия основан на использовании сельсинной передачи, работающей в индикаторном режиме. Сельсин-датчик через механическую передачу связан с валом подъемной машины. Следовательно, каждому положению сосуда в стволе шахты соответствует определенный угол поворота вала подъемной машины и сельсина-датчика. Этот угол поворота преобразуется в сельсине-датчике в электрический сигнал, который по проводам передается на пульт управления к сельсину-приемнику. Сельсин-приемник преобразует этот электрический сигнал в механическое вращение своего ротора, который приводит в движение стрелку или шкалу указателя глубины. При этом каждому положению подъемного сосуда в стволе шахты соответствует определенный угол поворота стрелки или шкалы указателя глубины, что позволяет визуально контролировать работу подъемной машины.
Дата добавления: 2019-02-22 ; просмотров: 1886 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Вентиляторные установки. (назначение, классификация, характеристики, выбор по мощности)
Вентиляторы относятся к установкам сжатого воздуха. Для вентиляторов (1-1.1) *10 5 Па.
Вентиляторы по принципу действия бывают осевые и центробежные.
Вентиляторы предназначены для вентиляции производственных помещений. (Подача и откачивание газов.)
Центробежные, осевые вентиляторы отличаются конструктивной воздушной плоскостью и расположением двигателя.
Рабочее колесо осевого вентилятора по форме сходно с гребным винтом, которую создает поток через раступ.
Для центробежных вентиляторов.
Где: производительность вентилятора; — статическая мощность; — мощность на валу вентилятора; — угловая скорость; коэффициент; — представляет собой кубическую параболу и называется характеристикой вентилятора.
Вентиляторные установки
Процесс регулирования сводится к изменению количества воздух на выходе и к выполнению следующих соотношений.
; — новые значения производительности, мощности и момента.
Мощность на валу приводного ЭП. Производительность вентилятора
Момент на валу приводного ЭП
Производительность можно регулировать следующими способами.
1. Изменением скорости приводного ЭД.
2. Изменением количества работающих вентиляторов.
3. Изменение сопротивления воздушной магистрали
4. Поворотом лопастей рабочего колеса.
42. Насосные установки. Назначение, классификация, характеристики. Выбор по мощности.
По принципу действия подразделяются на:
Поршневые предназначены для перекачивания жидкости при больших высотах и с большой производительностью.Поршневые насосы во избежания гидроудара и поломки пускаются только при открытых задвижках на напоре.
Оседиогональные насосы предназначены для перекачивания и транспортировки не однородных по плотности жидкостей.
Центробежные для перекачивания жидкости при малых высотах и с большой производительностью.
— производительность м 3 /с
— коэффициент запаса по мощности.
Характеристика насоса центробежного при статическом напоре.
1 характеристика насоса.
2 характеристика магистрали
Полный напор системы;
H – напор на выходе.
Характеристики при динамическом напоре.
Производительность центробежных насосов регулируется:
1. Дресселированием трубопровода.
2. Изменение угловой скорости приводного двигателя.
3. Изменение числа работающих на магистрали насосных агрегатов.
4. Изменением положения работающего органа механизма.
1. Нагрев и охлаждение двигателей (уравнение теплового баланса, исполнение двигателей, постоянные времени нагрева и охлаждения).
2. Нагрузочные диаграммы электропривода.
3. Номинальные режимы работы двигателей.
4. Потери энергии в установившихся режимах работы электропривода.
5. Потери энергии в переходных режимах в электроприводе с двигателем постоянного тока с независимым возбуждением.
6. Потери энергии в переходных режимах в электроприводе с асинхронным двигателем.
7. Расчет мощности, выбор электродвигателей и проверка их по нагреву.
8. Косвенные методы проверки двигателей по нагреву.
9. Выбор и расчет мощности двигателя при продолжительном режиме S1.
10. Выбор и расчет мощности двигателя при кратковременном режиме S2.
11. Выбор и расчет мощности двигателя при повторно- кратковременном режиме S3.
12. Определение допустимой частоты включений асинхронного двигателя с к.з. ротором.
13. Регулирование скорости в системе генератор – двигатель (схема включения, расчетная схема замещения, уравнения, характеристики).
14. Регулирование скорости в системе тиристорный преобразователь – двигатель (схема включения, расчетная схема замещения, уравнения, характеристики).
15. Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя.
16. Каскадные схемы регулирования скорости асинхронного электропривода (схемы включения, уравнения, статические характеристики).
17. Асинхронно- вентильный каскад (схема включения, уравнения, характеристики).
18. Регулируемый асинхронный электропривод в системе двойного питания (схема включения, расчетная схема замещения, уравнения, характеристики).
19. Общепромышленные установки и механизмы (определения, понятия, классификация).
20. Электропривод производственных механизмов (обобщенная структура электропривода, общие требования, предъявляемые к электроприводу, основные варианты электроприводов и схем, применяемых в общепромышленных установках).
21. Механическая система электропривода (определения, кинематическая схема подачи металлорежущего станка, кинематическая схема механизма подъема, кинематическая схема привода прокатной клети, кинематическая схема привода непрерывно-поточных агрегатов).
22. Расчетная схема замещения механической части электропривода. Приведение моментов и сил сопротивления.
23. Приведение моментов инерции и масс. Наивыгоднейшее передаточное число редуктора.
24. Общепромышленные механизмы циклического действия. Подъемные краны (определение, общие сведения, классификация).
25. Статические и динамические нагрузки электроприводов подъемников и тяговых лебедок (кинематическая схема, основные выражения).
26. Статические и динамические нагрузки электроприводов подъемников и тяговых лебедок (кинематическая схема, основные выражения).
27. Статические и динамические нагрузки электроприводов механизмов передвижения и поворота (кинематическая схема, основные выражения).
28. Ограничение механических перегрузок механизмов циклического действия. Электропривод механизмов крана (особенности работы кранового оборудования).
29. Основное крановое оборудование. Аппаратура управления.
30. Защита крановых электроприводов. Схема защитной панели типа ПЗК (назначение, основные элементы, принцип работы).
31. Схема защитной панели ППЗК (назначение, основные элементы, принцип работы).
32. Электрооборудование лифтов (назначение, кинематические схемы, основные части).
33. Выбор двигателей подъемных машин по мощности.
34. Требования к системам электроприводов лифтов (классификация лифтов по скорости, производительность, оптимальные графики переходных процессов).
35. Основные узлы схем управления лифтов и подъемников (контроль положения кабины в шахте, автоматический выбор направления движения, торможения, точной остановки).
36. Точная остановка подъемных машин. Автоматическое регулирование положения.
37. Принципиальная схема односкоростного пассажирского лифта (назначение, основные элементы, работа).
38. Общепромышленные механизмы непрерывного действия. Конвейеры (определение, общие сведения, классификация, кинематические схемы).
39. Принципиальная электрическая схема управления ЭП двух совместно работающих конвейеров (назначение, основные элементы, работа схемы). Схема узла сигнализации для двух конвейеров.
40. Поточно- транспортные системы (ПТС). Принципы построения. Блокировки, сигнализация.
41. Электрооборудование общепромышленных установок (общие сведения, классификация).
42. Вентиляторные установки (назначение, классификация, характеристики, выбор по мощности).
43. Насосные установки (назначение, классификация, характеристики, выбор по мощности).
44. Способы регулирования производительности центробежных насосов (дросселирование, изменение угловой скорости двигателя, изменение числа работающих агрегатов).
45. Устройства автоматизации насосных установок (поплавковое реле уровня, электродное реле уровня, струйное реле).
Система автоматизированного управления эп вентиляторной установки
Современный автоматизированный электропривод представляет собой сложную электромеханическую систему, предназначенную для приведения в движение рабочего органа машины и управления её технологическим процессом. Он состоит из трёх частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, механической части, передающей механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом [1]. Диапазон изменения номинальных частот вращения электропривода имеет весьма широкие пределы. Использование средств дискретной техники в системах управления приводами постоянно тока расширяет диапазон регулирования скорости до 1000–1500:1 и выше [2].
Области применения. В технологии горного производства используется ряд горных машин, главные рабочие механизмы которых оснащены регулируемым электроприводом. Они выполняют основные функции – разрушение и перемещение горной породы, транспортировка горной массы, перемещения жидкой и воздушной среды. К ним относятся добычные [3] и буровые машины, конвейерные [4] и подъемные установки [5–6], насосные и вентиляторные установки [7–8]. Оснащение комбайнов и стругов регулируемым электроприводом обусловлено определенными трудностями в связи с тем, что электрооборудование при этом должно быть выполнено в большинстве случаев во взрывобезопасном исполнении [9].
В каждом конкретном случае требуется технико-экономическое обоснование по использованию регулируемого электропривода, так как средства регулирования, в том числе и преобразовательная техника, имеют высокие стоимостные показатели [10–11]. Требования к характеристикам надежности, безопасности, экономичности, к статическим и динамическим характеристикам электроприводов машин и установок горного производства зависят от специфики технологического процесса, особенностей конструкции, способа управления машинами и механизмами, условий электроснабжения и эксплуатации. Этим требованиям должны отвечать электроприводы как переменного, так и постоянного тока, выполненные на базе современной силовой преобразовательной техники [12–13]. Их можно сформулировать следующими основными пунктами:
– электрическое оборудование машин и установок горного производства должно быть надежным, безопасным и экономичным в эксплуатации [14–16];
– электропривод должен обладать высокими перегрузочными способностями и возможностью большого диапазона регулирования скорости;
– электропривод должен обеспечивать минимальное время переходных процессов для механизмов с интенсивным повторно-кратковременным режимом работы при соответствующих ограничениях на момент, ускорение и рывок;
– электропривод должен иметь высокую жесткость механической характеристики;
– электропривод должен сохранять работоспособность при глубоких просадках напряжения, характерных для карьерных и шахтных электрических сетей [17].
Описание систем электропривода. Для электропривода переменного тока одной из наиболее экономичных и относительно простых систем является схема асинхронного вентильного каскада (АВК). Принципиальная электрическая схема электропривода с АВК приведена на рис. 1.
Электропривод при такой системе содержит в роторной цепи асинхронного двигателя с фазным ротором неуправляемый выпрямитель на диодах, собранный по мостовой трехфазной схеме. В выпрямленную роторную цепь постоянного тока включается ведомый сетью инвертор на тиристорах, собранный по мостовой трехфазной схеме. Ведомый сетью инвертор позволяет генерировать энергию скольжения в сеть, из-за чего электропривод по схеме АВК является высокоэкономичным. Для согласования ЭДС инвертора с напряжением питающей сети используется согласующий трансформатор. Суммарный КПД трансформатора и инвертора составляет 0,95–0,96, постоянная времени инвертора около 0,01 секунды.
Рис. 1. Принципиальная схема электропривода с асинхронным вентильным каскадом
Наряду с электроприводом по схеме АВК для машин и установок малой и средней производительности получил применение асинхронный [18], а для машин большой производительности – синхронный частотно-регулируемый электропривод. Развитие полупроводниковой техники и микроэлектроники позволило электротехнической промышленности создать преобразователи частоты для асинхронных и синхронных электроприводов (система ПЧ-Д) с качеством регулирования, не уступающим электроприводам постоянного тока [19].
Различают два вида преобразователей частоты со звеном постоянного тока: с автономным инвертором напряжения (ПЧ-Д с АИН) и автономным инвертором тока (ПЧ-Д с АИТ) [20]. Преобразователи частоты с автономным инвертором напряжения (рис. 2) содержат неуправляемый выпрямитель и инвертор.
Транзисторный вариант позволяет формировать синусоидальное напряжение переменной частоты на обмотках статора асинхронного двигателя за счет широтно-импульсной модуляции. Основные достоинства ПЧ-Д с АИН: практически синусоидальный ток нагрузки; широкий диапазон выходных частот от 0 до 1000 Гц; возможность подключения к одному преобразователю частоты несколько электродвигателей. Недостаток – невозможность получения генераторного режима с отдачей энергии в сеть из-за наличия неуправляемого выпрямителя, который имеет одностороннюю проводимость.
Рис. 2. Принципиальная схема преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения
Преобразователи частоты с автономным инвертором тока (рис. 3) содержат управляемый выпрямитель и инвертор, выполненный на запираемых тиристорах типа GTO, за счет чего добиваются высокого коэффициента мощности [21]. Основными достоинствами ПЧ-Д с АИТ являются: возможность рекуперации энергии в сеть; близкое к синусоидальному выходное напряжение; безаварийность режима КЗ по выходу. К недостаткам следует отнести: ограниченность верхнего диапазона регулирования выходной частоты (обычно fmax вых = 70 Гц); коммутационные перенапряжения на тиристорах АИТ, которые возрастают с увеличением частоты. Суммарный КПД выпрямителя и автономного инвертора составляет 0,96–0,97, постоянная времени около 0,005 секунд.
Меньшее распространение в электроприводах машин и установок горного производства получила система с непосредственным преобразователем частоты (НПЧ). Трехфазная система электропривода с НПЧ содержит три реверсивных тиристорных преобразователя постоянного тока, управление которыми осуществляется модулирующим напряжением. Частота и амплитуда этого напряжения определяют частоту и напряжение на выходе НПЧ. С помощью реверсивного тиристорного преобразователя формируются положительный и отрицательный полупериоды выходного напряжения. На рис. 4 показана схема простейшего НПЧ, в котором тиристорные преобразователи постоянного напряжения в каждой фазе (+А, –А; +В, –В; +С, –С) выполнены по трехфазной нулевой схеме.
Рис. 3. Принципиальная схема электропривода на базе синхронного двигателя с автономным инвертором тока
Рис. 4. Принципиальная схема электропривода с непосредственным преобразователем частоты
Основные достоинства НПЧ: естественная коммутация тока сетевым переменным напряжением, благодаря чему используются простые однооперационные тиристоры; полная реверсивность схемы; минимальное количество вентилей, одновременно включенных между сетью и двигателем. Основной недостаток НПЧ: ухудшение формы выходного напряжения при увеличении частоты. Максимальную выходную частоту ограничивают обычно частотой 12,5 Гц. Переход от нулевой трехфазной схемы к мостовой шести- или двенадцатипульсной расширяет рабочий диапазон выходных частот до 25 Гц. Так как НПЧ по схемному решению соответствует системе УВ-Д, то энергетические показатели и постоянная времени такие же, как у тиристорного преобразователя.
Наряду с традиционным частотным управлением, когда электродвигатель получает питание от инвертора с независимым заданием частоты, для машин и установок горного производства начали применять, пока в единичном случае, систему управления электроприводом, зависимую от угла поворота ротора, когда частота выходного напряжения или тока автономного инвертора задается с помощью датчика угла положения ротора. В качестве приводного двигателя при этом применяется синхронный электродвигатель. По принципу действия такая система аналогична электродвигателю постоянного тока, у которого функции механического коллектора и щеточного аппарата выполняют электронный коммутатор в виде автономного инвертора и датчик положения ротора в пространстве. Синхронный двигатель с автономным инвертором представляет собой обращенный двигатель постоянного тока, в котором неподвижный статор является якорем, а вращающийся ротор – источником магнитного поля. Двигатель по данной схеме включения называется вентильным двигателем (ВД).
Существующие системы электропривода на базе вентильных двигателей подразделяют на мощные и маломощные. Мощные системы электропривода на базе вентильных двигателей являются высоковольтными, поэтому они присущи рудничным подъемным установкам, мельницам, мощным турбомашинам и по схемным решениям отличаются от маломощных систем. Электроприводы на базе вентильных двигателей обычно используют с применением автономных инверторов тока.
Электропривод на базе вентильного двигателя является достаточно сложным, крупногабаритным и не самым дешевым при малых мощностях. Использование этого вида привода в высоковольтных (6–10 кВ) установках сравнительно большой мощности (800–3500 кВт) позволяет снизить удельную стоимость. По сравнению с коллекторными двигателями постоянного тока регулируемый электропривод по схеме ВД обладает лучшими динамическими и статическими свойствами. При этом могут быть использованы простые структуры управления электропривода постоянного тока, обеспечивающие высокие регулировочные свойства и динамические показатели [22].
Заключение. Рассмотренные в работе системы электроприводов широко применяются в горной промышленности. Одни системы являются наиболее простыми и экономичными, другие более сложными, но наиболее действенными. По мнению авторов, из рассмотренных систем, наиболее оптимальной для использования, является система электропривода с преобразователем частоты с автономным инвертором тока. Одним из основных достоинств данной системы является её универсальность, поскольку возможно её применение как с асинхронными электродвигателями с фазным, так и с короткозамкнутым ротором. Так же следует отметить, что при применении системы ПЧ с АИТ достигается очень высокое значение коэффициента активной мощности, что является не маловажным показателем в современной энергетике. Конечно, нельзя упускать перспективность более широкого распространения вентильных двигателей, но это станет возможно с уменьшением стоимости при использовании их на малых мощностях.
