книги / Руководство по ревизии, наладке и испытанию шахтных подъёмных установок

11.3.Электропривод переменного тока

смикропроцессорной системой управления

11.3.1. Общие сведения

На современных шахтных подъёмных установках, оснащённых электроприводом переменного тока, широко применяются частотные преобразователи с микропроцессорной системой управления (МПСУ). По сравнению с резистивно-контакторным приводом данная система имеет ряд преимуществ:

–высокое качество регулирования скорости – система обрабатывает задание без дополнительных переключений;

–отсутствуют потери в металлическом реостате в цепи ротора;

–высокая динамика переходных процессов;

–упрощение процесса управления подъёмной машиной;

–повышенная надёжность системы за счёт применения современных электронных компонентов, уменьшения числа разъёмов, монтажных соединений, уменьшения габаритов всей системы;

–повышение точности и качества регулирования;

–упрощение наладки и эксплуатации – в системе отсутствуют подстроечные потенциометры, необходимые корректировки являются основной частью рабочих алгоритмов;

–высокая информированность эксплуатационного персонала о режимах работы электропривода, настройках системы регулирования и защиты, фактических значениях контролируемых параметров (ток, напряжение, скорость, положение подъёмных сосудов в стволе и т.д.);

–возможность архивирования информации о рабочих и аварийных режимах наперсональномкомпьютереспоследующимвоспроизведениемвсехданных.

Привод с МПСУ, как правило, дополнительно оснащается системами визуализации, диагностики и архивирования данных. Процесс управления подъемной машиной значительно упрощается – машинист подъема задает только скорость движения подъемных сосудов. Разгон, замедление, поддержание скорости на заданном уровне выполняются автоматически. Стандартный комплект программного обеспечения предоставляет широкие функциональные возможности, обеспечивающие гибкость управления:

–регулирование частоты вращения;

–регулирование крутящего момента без обратной связи по скорости;

–оптимизация магнитного потока;

–управление моментом на нулевой скорости;

–управление внешним механическим тормозом;

–управление в режиме «ведущий/ведомый»;

–программируемые входы/выходы;

–блокировка доступа к параметрам;

321

–диагностика;

–адаптивное программирование;

–идентификация двигателя;

–программа предпусковой наладки.

Электропривод переменного тока с МПСУ нашёл применение на шахтных подъемных установках как с однодвигательным, так и двухдвигательным приводом, в частности, при модернизации электропривода с сохранением существующей резистивно-контакторной системы управления в качестве резервной. При этом сохраняются существующие пульт управления, аппарат задания и контроля хода, аппараты защиты и блокировки подъемной установки.

11.3.2. Наладка электропривода переменного тока с микропроцессорной системой управления

Наладка электропривода с микропроцессорной системой управления осуществляется специализированными наладочными организациями при наличии всего комплекта документов, поставляемого заводом-изготовителем. Установка и отладка программного обеспечения систем управления осуществляются с привлечением инженеров-программистов.

Перед началом наладки должны быть выполнены все организационные и технические мероприятия в соответствии с требованиями ПТЭЭП [27], оформлены протоколы полного завершения всех монтажных работ и проверки оборудования, не вошедшего в состав поставки электропривода.

Для наладки электропривода, обеспечения ручного управления и контроля за работой электропривода используется пульт местного управления (ПМУ). Описание устройства ПМУ, корневых каталогов и их содержание, возможность проверки работы электропривода без тока и под током в различных имитационных режимах должны быть приведены в технической документации поставленного электропривода.

Проверка оборудования электропривода с МПСУ перед подачей напряжения:

1.Для машин, оснащённых асинхронными двигателями с тиристорными преобразователями, убедиться, что цепь питания роторного управляемого выпрямителя отключена от ротора асинхронного двигателя и наложено переносное заземление, асетевойтрансформаторотключен(имеетсявидимый разрыв).

2.Проверить сопротивление изоляции. Проверка производится мегаомметром на напряжение 1000 В на зажимах роторного и сетевого управляемых выпрямителей. Сопротивление изоляции должно быть не менее 10 МОм. Предварительно в роторном управляемом выпрямителе необходимо отключить заземление цепи его питания.

322

3.Сопротивление изоляции цепей управления проверить мегаомметром на напряжение 250 В. Сопротивление изоляции в холодном состоянии должно быть не менее 5 МОм.

4.Проверить качество затяжки всех болтовых соединений в шкафу на силовых зажимах и на клеммниках внутренней и внешней коммутации, проверить установку, крепление и затяжку разъемов на ячейках управления.

Проверка оборудования при подаче оперативного напряжения 380 В

1.Подать оперативное напряжение в силовой шкаф преобразователя. При этом на шкафу должна засветиться зеленым цветом лампа световой сигнализации. Включить автоматический выключатель подачи оперативного напряжения в силовом шкафу. При открытой двери шкафа должна загореться красная лампа дверной блокировки.

2.Проверить исправность ячеек управления. При включении оперативного напряжения пульт местного управления ПМУ должен светиться ровным светом и отображать информацию на дисплее; исправность ячейки питания определяется по свечению светодиодов, указывающих на наличие напряжений питания.

3.Проверить работу вентиляторов. Для этого включить автоматический выключатель вентилятора на двери силового шкафа. Убедиться, что вентиляторы работают и над автоматическим выключателем засвечена красная лампа «Вентиляция вкл.»

4.Проверить сигнализацию состояния высоковольтного выключателя сетевого трансформатора. В цепи питания сетевого трансформатора отключить разъединитель и включить высоковольтный выключатель. При этом на силовом шкафе должна загореться сигнальная лампа. Отключить высоковольтный выключатель сетевого трансформатора.

Фазировка сетевого управляемого выпрямителя

1.Убедиться, что на силовой шкаф подано оперативное напряжение и управляющие импульсы не подаются на преобразователь. Подать напряжение на шины переменного тока сетевого управляемого выпрямителя и повесить табличку «Работа на линии».

2.Используя ПМУ, проверить чередование фаз напряжения, поданного

всиловой шкаф. Если порядок чередования фаз не соответствует «АВС (±30 гр.,0 гр.)», необходимо изменить монтаж силовых цепей на шинах переменного тока сетевого управляемого выпрямителя.

Проверка импульсов на управляющих элементах преобразователя

1.Перед началом проверки необходимо убедиться в отсутствии напряжения на шинах сетевого и роторных управляемых выпрямителей.

2.Проверить наличие импульсов на всех управляемых элементах преобразователя.

323

Проверка работы аппаратов и сигнализации

Произвести проверку работы аппаратов и сигнализации с помощью ПМУ в следующей последовательности:

–отключение ВВ кнопкой аварийного отключения и сигнализацию об аварийном отключении;

–сигнал сгорания предохранителей;

–контроль вентиляции силового шкафа;

–контроль питания ЯУИ;

–дверные блокировки.

Настройки регулятора тока

На ПМУ, используя соответствующие корневые каталоги и пункты меню установить тип регулятора, необходимые величины тока, коэффициента усилия регулятора тока, амплитуду пульсаций.

Настройка регулятора скорости

1.Установить расчетные параметры задатчика интенсивности.

2.На основании проектной диаграммы работы подъемной установки в автоматическом режимеустановитьрасчетныепараметрырегулятораскорости.

3.После выполнения указанных операций отключить заземление цепи питания РУВ и подключить указанную цепь к ротору двигателя. Отключить напряжение питания статора двигателя.

4.В автоматическом режиме работы машины по диаграмме (осциллограмме) сигнала скорости ввести величину, определяющую рывок в системе регулирования скорости.

Фактическую диаграмму изменения скорости включить в отчёт по ревизии и наладке подъёмной машины.

Глава 12 ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

12.1. Общие положения

Совершенствование и создание принципиально новых подъемных машин, увеличение высоты подъема, грузоподъемности и скорости подъемных сосудов, необходимость обеспечения технологических режимов работы, включая загрузку подъемных сосудов на весу, сопровождаются повышенными требованиями к электроприводу и системам автоматического управления.

Таким повышенным требованиям наиболее полно удовлетворяет электропривод постоянного тока, который обладает широким диапазоном плавного регулирования скорости, позволяет применять электродвигатели мощностью более 2000 кВт, допускает значительные перегрузки по моменту, имеет высокий КПД в широком диапазоне регулирования скорости.

324

На шахтных подъемных установках применяется электропривод постоянного тока по системе «генератор–двигатель» (Г–Д) и по системе «тиристорный преобразователь–двигатель» (ТП–Д).

Для изменения скорости вращения двигателя его якорь подключается к регулируемому источнику постоянного тока. В качестве такого источника вэлектроприводе по системе Г–Д применяется электромашинный преобразователь, в состав которого входит генератор постоянного тока, как правило, сприводом от синхронного двигателя, обеспечивающего практически постоянную частоту вращения якоря генератора (СД–Г). Кроме того, синхронный двигательпозволяет регулировать реактивнуюмощностьсетипеременноготока.

Изменение частоты вращения якоря двигателя в современных электроприводах постоянного тока по системе Г–Д достигается подачей регулируемого напряжения на обмотку возбуждения генератора главного тока от реверсивного тиристорного возбудителя, что приводит к изменению величины и полярности напряжения на якоре генератора и соответственно на якоре двигателя.

После 1977 г. в качестве регулируемого источника постоянного тока получили широкое применение тиристорные преобразователи (ТП). Преимущества тиристорных преобразователей: высокий КПД, малая мощность управления, потенциальная ремонтопригодность, более низкие капитальные затраты при их монтаже. Все эти электроприводы постоянного тока имели аналоговую систему управления.

Электроприводы постоянного тока по системе ТП–Д постоянно совершенствовались. Улучшались качественные показатели тиристоров, увеличивался их номинальный ток со 160 до 5000А, повышалась перегрузочная способность, что позволило создавать тиристорные преобразователи без параллельных ветвей деления тока. Совершенствовались схемы преобразователей и их элементная база (транзисторы, микросхемы, программируемые контроллеры). После 1990 г. различными предприятиями и организациями освоен выпуск комплектных регулируемых приводов постоянного тока с микропроцессорной системой управления

В зависимости от типа подъемной установки и технологических режимов ее работы применяют электроприводы по системе ТП–Д с реверсивными якорными тиристорными преобразователями и нереверсивными тиристорными возбудителями, которые целесообразно применять для клетевых подъемных установок, и с нереверсивными якорными тиристорными преобразователями и реверсивными тиристорными возбудителями, которые, как правило, применяются для скиповых подъемных установок.

Комплектные тиристорные электроприводы предназначены для управления двигателями постоянного тока с номинальным током якоря от 2500 до 6300 А и напряжением от 440 до 930 В; номинальным током обмотки возбуждения от 50 до 500 А и напряжением от 110 до 220 В.

325

Схемное исполнение якорного преобразователя и возбудителя:

–нереверсивный якорный преобразователь по 6 или 12-пульсной схеме

иреверсивный возбудитель;

–реверсивный якорный преобразователь по 6 или 12-пульсной схеме

инереверсивный возбудитель.

Внаименование электропривода входят, как правило, обозначение величины номинального тока и напряжения силового якорного преобразователя

итиристорного возбудителя, а также их схемное исполнение.

Общие принципы построения систем автоматического регулирования, функциональные схемы и характеристики электроприводов постоянного тока, расчеты параметров САР и оптимальная настройка отдельных блоков

иконтуров регулирования широко описаны в литературе [9, 10, 11, 33, 41, 44]

иРуководствах по эксплуатации комплектных электроприводов постоянного тока, поставляемых фирмами-изготовителями вместе с изделием для каждой конкретной подъемной установки.

12.2.Электропривод постоянного тока по системе Г–Д

12.2.1.Устройство и принцип действия

Вэлектроприводе постоянного тока по системе Г–Д подъемный двигатель

Дполучает питание от генератора Г. Регулирование скорости подъемного двигателя и изменение направления вращения производятся изменением величины напряжения и полярности на зажимах его якоря, что достигается изменением величины инаправлениятока вобмоткевозбуждения главногогенератораГ.

Ток возбуждения подъемного двигателя в период его работы остается неизменным и снижается примерно наполовину в период пауз.

Взависимости от источника, от которого происходит изменение величины напряжения и полярности на зажимах обмотки возбуждения генератора (величины

инаправления тока в обмотке возбуждения), применялись схемы с электромашинными усилителями поперечного поля ЭМУ, с ЭМУ и промежуточным магнитным усилителем, спромежуточнымисиловыммагнитнымусилителем[10, 44].

Внастоящее время в качестве источника питания обмотки возбуждения как генератора, так и двигателя применяются тиристорные возбудители.

Схемы управления шахтных подъемных машин с приводом по системе Г–Д позволяют обеспечить строгое выполнение заданных тахограмм движения подъемных сосудов независимо от величины и знака нагрузки при высокой стабильности системы и достаточном быстродействии.

Правильно налаженный электропривод по системе Г–Д обеспечивает автоматический разгон, движение с максимальной скоростью и автоматическое замедление подъемной машины во время подхода подъемного сосуда к приемной площадке. Функции машиниста сводятся к выбору направления

326

движения подъемной машины, троганию без рывка и обратного хода и стопорению в конце хода. Эти функции можно передать схеме управления, при этом машина будет работать в автоматическом режиме.

Специалистами «Донбассуглеавтоматики» под руководством И.Я. Гальперина разработаны методы построения и расчета системы автоматического регулирования (САР) скорости, ориентированные на применение в процессе наладки электропривода подъемной установки как с приводом переменного, так и с приводом постоянного тока [2]. Функциональная схема САР скорости для электропривода постоянного тока по системе Г–Д с согласованием работы электроприводаимеханическоготормозаприведенанарис. 12.1.

Основным управляющим устройством подъемной машины с приводом по системе Г–Д является выполненный в виде одного блока тиристорный регулятор скорости ТРС, который содержит узел задания направления движения и уставок скорости УЗС с ограничителем напряжения ОН и функциональным преобразователем ФП на выходе, задающее устройство ЗУ, суммирующий усилитель У с узлом обратных связей УОС и тиристорный возбудитель генератора ТВГ.

К выходу ТВГ подключена обмотка возбуждения ОВГ генератора Г. На вход УЗС поступает первичный управляющий сигнал Uс.к от сельсинного командоаппарата СКАР (или потенциометрического регулятора напряжения). УЗС вырабатывает сигнал Uвх, полярность которого определяется за-

данным направлением движения, а величина изменяется ступенчато в результате срабатывания этажных выключателей путевого командоаппарата ПК. Часть этого сигнала ( Uv), соответствующая скорости 0,2–0,25 м/с,

проходит на вход У через ОН, минуя ЗУ. Сигнал U'вх поступает также на вход ФП, на выходе которого формируется сигнал Uвх, поступающий на

вход ЗУ. Зависимость Uвх(U'вх) формируется так, чтобы растянуть зону ма-

лых скоростей по дуге перемещения рукоятки управления СКАР и тем самым повысить плавность и точность управления машиной во время выполнения маневровых операций. ЗУ формирует изменяющийся в функции времени сигнал Uv и выполняется по схеме, предусматривающей

программирование ограничения рывка, если это необходимо, либо без него, если в этом нет нужды. Сигналы Uv, Uv и поступающие из УОС сигналы

обратных связей суммируются усилителем У (сигнал обратной связи по скорости поступает от тахогенератора ТГ или формируется в УОС тахометрическим мостом).

327

Рис. 12.1. Функциональная схема САР скорости электропривода постоянного тока по системе Г–Д

Команда на начало движения поступает в УЗС из схемы управления и технологического контроля СУТ, в которой анализируется информация о ходе процессов разгрузки и загрузки подъемных сосудов. Одновременно СУТ подаст команды: на растормаживание машины – через регулятор давления РД и на увеличение возбуждения двигателя до номинального значения в тиристорный возбудитель двигателя ТВД, питающий обмотку возбуждения ОВД подъемного двигателя Д.

Если загрузка подъемных сосудов производится на весу, то при определенных неисправностях в системе управления растормаживание машины может произойти при отсутствии достаточного момента на валу двигателя, и под действием статического усилия произойдет обратный ход машины. Поэтому при загрузке на весу СУТ подает команду на растормаживание машины после поступления в нее информации о достаточной величине тока якоря и тока возбуждения подъемного двигателя.

Из-за инерционности и нестабильности процесса растормаживания машины ее трогание может сопровождаться значительным рывком. Если растормаживание производить с упреждением, то в зависимости от величины и знака статического усилия возможен кратковременный обратный ход машины, что нежелательно. Чтобы исключить как чрезмерный рывок, так и обратный ход, на период трогания машины вводятся ограничения по заданию скорости и току якоря (при-

328

нимается несколько превышающим максимальный статический ток). Осуществляется это содержащимся в ТРС герконовым реле гашения интеграторов задатчика РГИ, при включении которого обеспечивается Uv = 0 независимо от вели-

чины сигнала Uвх и уменьшается в УОС до требуемой величины уставка токовой

отсечки. Снятие ограничений можно производить по времени, давлению в цилиндрах рабочего тормоза, положению привода тормоза, по скорости и току якоря. Наилучшие результаты дает снятие ограничений по скорости и по времени. Действительно, фиксирование начала движения машины является наиболее достоверной информацией, свидетельствующей о ее готовности к дальнейшему наращиванию скорости. Для этого используется чувствительный полупроводниковыйусилительскорости УС срелеРС на выходе(усилительявляетсяодним из узлов аппарата токовой защиты АТЗ подъемного двигателя). Вход усилителя подключен на напряжение тахогенератора ТГ. Усилительи реле включаютсяпри скорости 0,1–0,15 м/с, достижение которой обеспечивает сигнал Uv. Реле РС

черезСУТотключаетрелеРГИ, иограниченияснимаются.

Если производится подъем тяжелого груза, то скорость может не достичь порога срабатывания усилителя УС, либо это произойдет с заметной задержкой во времени. Поэтому реле РГИ дополнительно отключается по истечении выдержки времени, отсчет которой начинается в момент подачи команды на растормаживание машины.

Если необходимо произвести остановку машины, то из СУТ подаются команды: в УЗС – на снижение скорости до нулевого значения и в УС – на увеличение уставки отключения до 0,5–0,7 м/с. Когда скорость уменьшится до этой величины, реле РС отпадет и произведет необходимые переключения в СУТ. В результате ТРС переводится в режим гашения тока якоря, ток возбуждения двигателя ослабляется в несколько раз, а машина стопорится механическим тормозом.

Разработанные для реализации схемы автоматического управления узлы и устройства (тиристорный возбудитель генератора, тиристорный возбудитель двигателя, тиристорный регулятор скорости, схема управления и технологического контроля) составляют основу комплекта аппаратуры автоматического управления скиповым подъемом с приводом постоянного тока по системе Г–Д, который применяется для модернизации электрооборудования действующих подъемных машин [2].

12.2.2. Наладка электропривода по системе Г–Д

При наладке электропривода постоянного тока по системе Г–Д на действующей подъемной установке необходимо проверить следующее:

329

1.Состояние высоковольтного распредустройства, схемы управления и защиты синхронного двигателя (СД) преобразовательного агрегата, тиристорного возбудителя обмотки возбуждения СД.

2.Состояние синхронного электродвигателя, генератора главного тока, подъемногоэлектродвигателяипроизвестиихревизиюиналадку(см. подразд. 9).

3.Схему цепи главного тока и релейную схему управления и технологического контроля – СУТ.

4.Автомат главного тока (см. подразд. 10.3.2) и схему дистанционного управления автоматом главного тока. Автомат главного тока должен четко включаться иотключатьсякак спультауправления, так иот аппаратов защиты.

5.Величину сопротивления изоляции цепи главного тока, цепей управления и защит (см. приложение 8).

6.Состояние защитного заземления (см. гл. 18).

7.Состояние аппаратов защиты и блокировок и выполнить их ревизию

иналадку (см. гл. 14).

8.Работу реверсивного тиристорного возбудителя генератора ТВГ. Произвести его ревизию и наладку (см. подразд. 12.3.2).

9.Схему возбуждения подъемного двигателя. Произвести ревизию и наладку тиристорного возбудителя двигателя ТВД (см. подразд. 12.3.2.). После включения ТВД в цепи обмотки возбуждения подъемного двигателя должен установиться ток, равный примерно половине номинального. При этом реле, контролирующее наличие тока возбуждения, должно включиться. При подаче сигнала из схемы управления и технологического контроля СУТ ток возбуждения двигателя должен увеличиться до номинальной величины. При проверке команду от СУТ можно имитировать и проверить этот режим при заторможенной подъемной машине.

10.Работу тиристорного регулятора скорости. С помощью изменения параметров задатчика интенсивности обеспечить воспроизведение необходимой диаграммы изменения скорости.

11.Режим трогания подъемных сосудов. Предварительно убедиться в исправности тормозной системы и ограничителя скорости. На безопасном удалении от крайних положений подъемных сосудов в стволе проверить трогание подъемной машины сначала при порожних сосудах, потом при подъеме груженого подъемного сосуда. Добиться, чтобы трогание не сопровождалось значительным рывком, и не было обратного хода машины.

12.Работу подъемной машины на пониженной скорости. Проверить параметры тахограммы движения подъемных сосудов при пониженной скорости и, постепенно увеличивая максимальную скорость движения, выполнить настройку параметров САР для обеспечения точности заданной тахограммы.

330