ЭЛЕКТРОПРИВОД «ЭРАТОН» -ЭФФЕКТИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ МОДЕРНИЗАЦИИ ПОДЪЕМНЫХ МАШИН

 ЭЛЕКТРОПРИВОД «ЭРАТОН» - ЭФФЕКТИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ МОДЕРНИЗАЦИИ ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ МАШИН С ПРИВОДНЫМИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМИ АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

 

Иванцов В.В., к.т.н., доцент, заместитель генерального директора ЗАО «ЭРАСИБ»

(май 2012 г.)

 

 

Высоковольтные электродвигатели с фазным ротором (АД ФР) обладают рядом превосходных качеств для применения в горно-добывающей отрасли, в частности, для управления шахтными подъемными машинами. Особое значение имеет высокий пусковой момент, почти достигающий опрокидывающего момента, а также возможность управления моментом электродвигателя при неподвижном вале и при малых скоростях вращения без датчика скорости (энкодера). Это свойство наиболее важно при модернизации электроприводов подъемных машин без замены работающих электродвигателей с фазным ротором, которые не имеют встроенного энкодера.

 

Специалисты ЗАО «ЭРАСИБ» по инициативе и при участии автора на протяжении ряда лет разрабатывают способы и устройства для управления шахтными подъемными машинами (ШПМ) с приводными высоковольтными АД ФР на базе транзисторных инверторов напряжения (ИН) под маркой «ЭРАТОН-ФР».

 

К настоящему времени накоплен определенный положительный опыт создания систем электропривода для ШПМ с высоковольтными АД ФР и транзисторными инверторами напряжения типа «ЭРАТОН-ФР». В частности, разработан, прошел опытно-промышленную эксплуатацию и работает в Приморском ГОКе двухдвигательный электропривод клетевой шахтной подъемной машины с АД ФР мощностью 630 кВт, поставлен двухдвигательный привод с АД ФР мощностью 630 кВт в ОАО «Воркутауголь», разработаны и изготавливаются двухдвигательные электроприводы с АД ФР мощностью 800 кВт и 1000 кВт для скипового и клетевого подъемов шахты «Осинниковская» ОАО «Южкузбассуголь». В настоящей работе рассмотрены вопросы развития электропривода с АД ФР и транзисторными инверторами напряжения «ЭРАТОН» по мере их совершенствования, а также описаны технические решения, предложенные автором для улучшения показателей электропривода ШПМ.

 

Для успешной конкуренции среди электроприводов шахтных подъемных машин частотно-регулируемый электропривод с высоковольтными АД ФР должен обладать рядом тактико-технических показателей, основными из которых являются:

1. Высокая управляемость моментом электродвигателя при нулевой скорости вала.

2. Высокая управляемость моментом электродвигателя на малых скоростях вращения вала.

3. Высокий пусковой момент электродвигателя для быстрого разгона сосуда ШПМ.

4. Стабилизация скорости электродвигателя близкой с синхронной при меняющейся нагрузке.

5. Замедление скорости электродвигателя с рекуперацией энергии с вала в питающую сеть.

6. Реверс направления вращения вала электродвигателя с минимальными задержками.

7. Минимальные потери электроэнергии в элементах электропривода при работе ШПМ.

8. Минимальное потребление реактивной мощности электроприводом или ее генерирование.

9. Участие в предохранительном торможении ШПМ совместно с механическим тормозом.

10. Минимальная стоимость и быстрая окупаемость затрат на электропривод.

 

Рассмотрим варианты электропривода с АД ФР и транзисторными инверторами напряжения, разработанные специалистами ЗАО «ЭРАСИБ» для управления ШПМ, а также проведем оценку их соответствия перечисленным выше требованиям.

 

1. Вариант электропривода с подключением статора АД ФР к сети 6 кВ 50 Гц через контакторный реверсор и рекуперативным инвертором «ЭРАТОН-ФР» в роторе

На первом этапе создания электропривода для ШПМ с высоковольтными АД ФР специалисты ЗАО «ЭРАСИБ» разработали электропривод с роторным рекуперативным преобразователем частоты типа «ЭРАТОН-ФР», который устанавливается между обмоткой ротора электродвигателя и высоковольтной питающей сетью 6 кВ 50 Гц, а статор электродвигателя подключается к сети 6 кВ 50 Гц через контакторный реверсор, изменяющий порядок чередования фаз для реверса направления вращения вала АД ФР. Упрощенная однолинейная структурная схема силовых цепей такого электропривода показана на рис. 1, где роторный преобразователь частоты условно назван «ЭРАТОН-ФР-1» (первая модификация).

 

Роторный преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР-1» содержит два транзисторных инвертора напряжения - сетевой и роторный, которые соединены последовательно. Трехфазный ввод сетевого инвертора подключен к низковольтным обмоткам согласующего трансформатора, а трехфазный ввод роторного инвертора - через контактные кольца к обмоткам ротора АД ФР. Вводы постоянного тока инверторов объединены и подключены к накопительному конденсатору С.

 

В результате такого соединения образуется рекуперативный транзисторный инвертор напряжения, обеспечивающий двухсторнний обмен активной мощностью между ротором АД ФР и сетью с минимальными потерями передаваемой мощности скольжения. За счет регулирования амплитуды и частоты активного тока ротора регулируется момент и скорость вала АД ФР. Изменение направления потока активной мощности ротора АД ФР обеспечивает изменение знака момента, развиваемого электродвигателем, и перевод двигателя в генераторный режим и обратно в двигательный режим.

 

Рассматриваемая структура электропривода (рис. 1) позволяет полностью обеспечить тактико-технические показатели, перечисленные в п.п. 1, 2, 3, 5, 7, 8, 9 и обеспечить достаточно высокие показатели, перечисленные в п.п. 4, 6 и 10. Причем высокие тактико-технические показатели электропривод «ЭРАТОН-ФР-1» обеспечивает без датчика положения вала электродвигателя, что важно при модернизации действующих электроприводов ШПМ без замены работающих электродвигателей АД ФР, не имеющих встроенных энкодеров.

 

Электропривод с преобразователем «ЭРАТОН-ФР-1» имеет несомненные достоинства перед традиционным электроприводом ШПМ с пусковой резисторно-контакторной станцией, но ему присущи и определенные недостатки. Так для выполнения требования п.п. 4 о достижении близкой к синхронной скорости вала необходима установка датчика положения вала (энкодера), что трудно реализуемо при модернизации действующих приводов с электродвигателями, не имеющими встроенных энкодеров. Без энкодера рассматриваемый электропривод с преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР-1» позволяет плавно регулировать скорость вала от нуля до 96% синхронной скорости и, при необходимости, «перескакивать» за синхронную скорость до 104% с возможностью последующего плавного повышения скорости.

 

В диапазоне от 96% до 104% синхронной скорости регулирование скорости без энкодера невозможно. Для высоковольтных электродвигателей АД ФР с типовым значением номинального скольжения 1 - 2% невозможность регулировать скорость выше 96% приводит к снижению номинальной скорости подъемного сосуда на 2 - 3%, что является определенным недостатком, снижающим производительность ШПМ. Частично этот недостаток устраняется при использовании замыкания роторной обмотки АД ФР накоротко контактором К (рис. 1) после достижения скорости вала 96% синхронной скорости. Этот прием позволяет увеличить максимальную скорость вала электродвигателя до значения, близкого к номинальной скорости. Для плавного снижения скорости снимается закоротка ротора и производится «подхват» электродвигателя преобразователем «ЭРАТОН-ФР-1» без колебаний скорости и потери управляемости.

 

Выполнение требования п.п. 6 о реверсе может быть выполнено роторным преобразователем «ЭРАТОН-ФР-1» без изменения порядка чередования фаз статора только в ограниченном диапазоне скоростей вала вблизи нулевой скорости АД ФР, например, для посадки клети на кулаки. Полностью требование к реверсу направления вращения вала АД ФР с регулированием скорости до номинальной (п.п. 6 требований) в данном варианте выполняется изменением порядка чередования фаз высоковольтным контакторным реверсором в статоре с отключением двигателя от сети 6 кВ 50 Гц. Это приводит к задержке начала реверса после поступления команды минимум на 2 -3 секунды, что увеличивает время цикла ШПМ и является определенным недостатком электропривода.

 

Выполнение требования п.п. 9 о участии электропривода в предохранительном торможении возможно при использовании специальных алгоритмов управления, обеспечивающих работу преобразователя при отключенной сети 6 кВ 50 Гц за счет энергии, возвращаемой с вала АД ФР, и питании системы управления роторным преобразователем частоты от «бесперебойника».

Требования п.п. 10 о минимальной стоимости и быстрой окупаемости затрат на электропривод достаточно хорошо выполняются при применении преобразователя «ЭРАТОН-ФР-1». Стоимость относительно низковольтных (традиционно до 1000 - 1200 В) роторных преобразователей «ЭРАТОН-ФР-1» ниже стоимости высоковольтных (6 кВ) преобразователей частоты для регулирования скорости высоковольтных электродвигателей по цепи статора с рекуперацией энергии в сеть.

 

Относительно высокая стоимость преобразователя частоты типа «ЭРАТОН-ФР-1» по сравнению с обычными нерекуперативными низковольтными преобразователями частоты определяется наличием двух инверторов в роторе АД ФР (сетевого и роторного) на полную пусковую мощность электродвигателя АД ФР, что практически удваивает стоимость нерекуперативного низковольтного преобразователя частоты такой же мощности. Несмотря на это обеспечивается достаточно быстрая окупаемость частотно-регулируемого электропривода «ЭРАТОН-ФР-1» за счет снижения потребления электроэнергии и повышения производительности ШПМ в сравнении с трациционным электроприводом АД ФР с пусковой резисторно-контакторной станцией управления (ПРКС) и станцией динамического торможения (СДТ), что убедительно доказано в ряде публикаций автора.

 

В целом рассматриваемый электропривод с роторным рекуперативным преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР-1» является несомненно прогрессивным шагом в разработке частотно-регулируемых электроприводов для шахтных подъемных машин. Дальнейшее совершенствование электропривода типа «ЭРАТОН» для ШПМ с АД ФР направлено на выполнение в полном объеме всех десяти тактико-технических требований к электроприводу при снижении стоимости оборудования.

 

2. Вариант электропривода с короткозамкнутым статором АД ФР и рекуперативным инвертором «ЭРАТОН-ФР» в роторе

По инициативе автора специалисты ЗАО «ЭРАСИБ» разрабатали второй вариант электропривода с высоковольтным АД ФР, который основан на использовании обращенного режима короткозамкнутого асинхронного электродвигателя, получающего питание со стороны относительно низковольтного фазного ротора при закороченном высоковольтном статоре. Упрощенная однолинейная структурная схема силовых цепей электропривода для АД ФР с короткозамкнутым статором показана на рис. 2.

 

В рассматриваемом варианте электропривода статор электродвигателя отключается от высоковольтной сети и закорачивается, а между относительно низковольтной обмоткой ротора АД ФР и низковольтной обмоткой согласующего трансформатора, подключенного к питающей сети 6 кВ 50 Гц, устанавливается низковольтный преобразователь частоты, условно названный «ЭРАТОН-ФР-2» (вторая модификация). Преобразователь «ЭРАТОН-ФР-2» содержит выпрямитель (В), роторный транзисторный инвертор и сетевой транзисторный инвертор напряжения (рекуператор). Выпрямитель и роторный инвертор напряжения выбираются на полную мощность электродвигателя (с учетом перегрузки при разгоне), а сетевой инвертор рассчитывается на рекуперацию в сеть активной мощности с вала электродвигателя в режиме рекуперативного торможения.

 

 

Электропривод с короткозамкнутым статором работает как классический частотно-регулируемый электропривод с векторным управлением моментом короткозамкнутого асинхронного электродвигателя со всеми его достоинствами и надостатками. Разница только в использовании обращенного режима, при котором питание на двигатель подается со стороны вращающегося ротора через контактные кольца. Определенным ограничением в использовании такого режима питания АД ФР может явиться необходимость относительно небольшого снижения номинального момента и номинальной мощности электродвигателя из-за загрузки ротора реактивным током, на который обмотка ротора не рассчитана при питании статора АД ФР от сети 6 кВ 50 Гц. Однако это ограничение не существенно и может вообще не проявляться, поскольку мощность электродвигателя выбирается, как правило, с запасом и в обращенном режиме ток статорной обмотки снижается на величину реактивного тока, что в целом сохраняет общий тепловой режим электродвигателя.

 

Рассмотрим соответствие тактико-технических показателей электропривода с короткозамкнутым статором АД ФР (рис. 2) требованиям к тактико-техничеким показателям электропривода

 

ШПМ и сопоставим показатели данного варианта с показателями первого варианта электропривода:

1) требования п.п. 1 и 2 к электроприводу ШПМ о высокой управляемости моментом электродвигателя на нулевой и низкой скорости вала во втором варианте электропривода (рис. 2) можно выполнить только при наличии высокоточного датчика положения вала электродвигателя (энкодера), что трудно реализуемо при модернизации электропривода с сохранением работающих электродвигателей АД ФР;

 

2) требования п.п. 3 и 4 о высоком пусковом моменте и достижении синхронной скорости АД ФР выполняются соответствующим выбором параметров силовых цепей и системы управления преобразователя частоты «ЭРАТОН-ФР-2» без ограничений;

 

3) требования п.п. 5 о рекуперации мощности с вала АД ФР в сеть в режимах торможения выполняются соответствующим выбором мощности сетевого инвертора в преобразователе «ЭРАТОН-ФР-2»;

 

4) реверс направления вращения вала (п.п. 6) выполняется преобразователем «ЭРАТОН-ФР-2» без контакторного реверсора и без задержки времени;

 

5) требования п.п. 7, 8 о минимальном потреблении и потерях активной и реактивной мощности выполняются преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР-2» без ограничений, поскольку через преобразователь передается с малыми потерями только мощность, поступающая на вал АД ФР, а реактивная мощность генерируется инверторами;

 

6) участие электропривода в предохранительном торможении (п.п. 9) возможно при использовании соответствующих алгоритмов управления, обеспечивающих работу электропривода за счет энергии, возвращаемой с вала АД ФР при торможении, и питании системы управления от «бесперебойника»;

 

7) стоимость преобразователя частоты «ЭРАТОН-ФР-2», как правило, ниже стоимости преобразователя частоты «ЭРАТОН-ФР-1» за счет возможности использования рекуператора меньшей мощности. Меньше и срок окупаемости затрат на электропривод, поскольку эффект от использования частотно-регулируемого электропривода совпадает с первым вариантом. Остановимся на этом вопросе более подробно.

 

На скиповых подъемных установках рекуперируемая с вала АД ФР в сеть мощность в режиме торможения при снижении скорости практически во всех режимах подъема существенно меньше мощности, передаваемой на вал в режимах повышения скорости электродвигателя. Поэтому мощность и стоимость сетевого инвертора (рекуператора) во втором варианте (рис. 2) значительно меньше стоимости роторного инвертора и меньше стоимости рекуператора в первом варианте электропривода (рис. 1). За счет этого общая стоимость преобразователя «ЭРАТОН-ФР-2» для скипового подъема получается меньше стоимости преобразователя «ЭРАТОН-ФР-1».

 

Для клетевого подъема разница в мощности сетевых инверторов (рекуператоров) в первом и втором варианте электропривода (рис. 1 и рис. 2) минимизируется из-за рекуперации большой мощности с вала АД ФР в сеть в режимах спуска грузов большой массы на максимальной скорости. При таких условиях работы клетевого подъема стоимость преобразователей «ЭРАТОН-ФР-1» и «ЭРАТОН-ФР-2» практически совпадает. Однако анализ реальных режимов работы клетевого подъема многих шахт показывает, что спуск грузов большой массы производится на малых скоростях, существенно меньших максимальной скорости подъема. Это позволяет существенно снизить мощность сетевого инвертора (рекуператора) во втором варианте электропривода (рис. 2) по сравнению с первым вариантом (рис.1), что снижает стоимость преобразователя «ЭРАТОН-ФР-2» в сравнении с преобразователем «ЭРАТОН-ФР-1».

Таким образом, единственным существенным ограничением для применения варианта электропривода с короткозамкнутым высоковольтным статором и роторным преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР-2» является необходимость установки высокоточного датчика положения вала электродвигателя, что вызывает наибольшие трудности при модернизации электроприводов ШПМ с сохранением работающих высоковольтных АД ФР, не имеющих встроенных энкодеров.

 

 

3. Вариант электропривода с рекуперативным низковольтным инвертором в статоре АД ФР и рекуперативным низковольтным инвертором в роторе

Автором предложен к использованию на шахтных подъемных машинах третий вариант электропривода с высоковольными АД ФР, основанный на установке низковольтных рекуперативных транзисторных инверторов напряжения в статор и ротор, которые переводят АД ФР в режим полностью управляемой машины двойного питания (МДП). Третий вариант электропривода с АД ФР совмещает в себе достоинства и устраняет недостатки первого и второго вариантов и позволяет обеспечить практически все требования к тактико-техническим показателям электропривода ШПМ без датчиков положения вала электродвигателей и без высоковольтных контакторных реверсоров в статоре АД ФР при минимальной стоимости преобразователя частоты. Упрощенная структурная схема силовых цепей третьего варианта электропривода с низковольтными инверторами в статоре и роторе АД ФР показана на рис. 3.

Предлагаемый электропривод (рис. 3) содержит низковольтный рекуперативный роторный инвертор напряжения, условно названный «ЭРАТОН-ФР-3» (третий вариант), и низковольтный рекуперативный статорный инвертор напряжения типа «ЭРАТОН-М5-Р». Оба преобразователя подключаются к общей низковольтной обмотке согласующего трансформатора (как показано на рис. 3), или к различным низковольтным обмоткам. Такой вариант подключения АД ФР обеспечивает двойное питание электродвигателя от двух относительно низковольтных источников электроэнергии, регулирующих амплитуду и частоту напряжения и тока статора и ротора.

Для управления АД ФР в режиме двойного питания от регулируемых низковольтных источников (рис. 3) может быть использован следующий способ (рассматривается один из возможных вариантов):

1. При неподвижном вале АД ФР на обмотку статора от преобразователя «ЭРАТОН-М5-Р» подается низковольтное трехфазное напряжение, например, 600 В с частотой 5 Гц (10% номинального напряжения статора 6000 В 50 Гц). На обмотку ротора от преобразователя «ЭРАТОН-ФР-3» подается также трехфазное низковольтное напряжение с действующим значением 10% напряжения холостого хода ротора также с частотой 5 Гц (10% напряжения ХХ ротора). Векторы напряжений статора и ротора вращаются в одном направлении.

 

2. Для начала вращения вала АД ФР система регулирования начинает снижать напряжение и частоту статорного преобразователя «ЭРАТОН-М5-Р» и повышать напряжение и частоту роторного преобразователя «ЭРАТОН-ФР-3» в режиме векторного управления. Момент двигателя и скорость вала за счет этого начинают увеличиваться.

 

3. При переходе статорного напряжения через нулевое значение в определенный момент времени статорный преобразователь «ЭРАТОН-М5-Р» изменяет порядок чередования фаз и начинает повышать амплитуду и частоту напряжения статора АД ФР. Роторный преобразователь продолжает повышать амплитуду и частоту напряжения ротора. Векторы потокосцеплений ротора и статора после реверса фаз статора начинают вращаться в противоположных направлениях, при этом скорость вращения вала равна сумме скоростей вращения векторов потокосцеплений статора и ротора.

 

4. При повышении напряжения статора до 600 В и его частоты до 5 Гц преобразователь «ЭРАТОН-М5-Р» прекращает повышение амплитуды и частоты напряжения, подаваемого на обмотку статора. Роторный преобразователь «ЭРАТОН-ФР-3» продолжает повышать амплитуду и частоту напряжения, подаваемого на обмотку ротора и доволит их значения до величин, обеспечивающих требуемую скорость вала. Например, при частоте поля ротора 45 Гц и частоте поля статора 5 Гц скорость вала будет соответсвовать синхронной скорости электродвигателя, как при 50 Гц. При скорости поля ротора 50 Гц и статора 5 Гц скорость вала будет выше синхронной (соответствует 55 Гц).

 

5. Для снижения скорости до нуля процессы регулирования производятся в обратном порядке.

 

6. Для реверса направления вращения вала АД ФР нужно при нулевой скорости вала одновременно реверсировать порядок чередования фаз статора и ротора преобразователями «ЭРАТОН-ФР-3» и «ЭРАТОН-М5-Р» и повторить операции управления с п.п. 1 по п.п. 4. При этом вал электродвигателя будет вращаться в обратном направлении.

 

Рассмотрим вопросы передачи активной мощности в силовых цепях электропривода (рис. 3) при регулировании скорости вала АД ФР по алгоритму, описанному выше:

 

1. При нулевой скорости и нулевом моменте двигателя (наложен механический тормоз на барабан ШПМ) преобразователи частоты создают только реактивный ток возбуждения АД ФР, который может быть распределен между обмоткой ротора и статора.

 

При отпускании тормоза к валу АД ФР приложится момент нагрузки, который может иметь как положительный знак, способствующий движению вала в направлении вращения поля двигателя, так и отрицательный знак, препятствующий движению вала в направлении вращения поля. Для сохранения нулевой скорости система регулирования должна обеспечить формирование момента АД ФР, совпадающего по величине и противоположного знака с моментом нагрузки.Для создания момента АД ФР определенного знака необходима передача активной мощности через воздушный зазор в определенном направлении.

 

При отрицательном моменте нагрузки активная мощность для создания положительного момента АД ФР будет передаваться по контуру от роторного преобразователя «ЭРАТОН-ФР-3», через ротор, зазор, статор и рекуперативный статорный преобразователь «ЭРАТОН-М5-Р» к роторному «ЭРАТОН-ФР-3». Из сети при этом потребляется только мощность потерь в преобразователях и двигателе. В обмотках ротора и статора протекают токи, отличающиеся по величине пропорционально коэффициенту трансформации АД ФР, т.е. ток нагрузки статорного преобразователя в несколько раз меньше тока нагрузки роторного преобразователя.

 

При положительном моменте нагрузки для поддержания нулевой скорости вала система регулирования изменит направление потока активной мощности в контуре преобразователи - двигатель на противоположный.

 

2. Для повышения скорости вала АД ФР система регулирования увеличивает активный ток ротора и статора за счет увеличения напряжения ротора и снижения напряжения статора, что приводит к возрастанию момента АД ФР, и пропорционально повышает частоту напряжения обмотки ротора преобразователем «ЭРАТОН-ФР-3» и снижает частоту напряжения обмотки статора преобразователем «ЭРАТОН-М5-Р». После возрастания момента двигателя выше момента нагрузки вал АД ФР начинает вращаться. При этом активная мощность ротора возрастает, а статора уменьшается. На вал электродвигателя поступает разность мощностей ротора и статора.

 

3. Одновременно с переходом частоты статорного преобразователя «ЭРАТОН-М5-Р» через нулевое значение и реверсом фаз статора изменяется направление потока мощности через преобразователь «ЭРАТОН-М5-Р» на противоположное, после чего активная мощность на вал АД ФР начинает поступать через обмотку ротора и обмотку статора, т.е. активные мощности статора и ротора суммируются и передаются на вал. Поскольку амплитуда и частота напряжений ротора и статора увеличиваютя системой регулирования, активная мощность вала возрастает.

 

4. При достижении частоты напряжения статора 5 Гц поток активной мощности через статорный преобразователь «ЭРАТОН-М5-Р» прекращает увеличиваться. Скорость вала продолжает увеличиваться за счет роста частоты и амплитуды напряжения ротора. При этом растет активная мощность, передаваемая на вал через роторный преобразователь «ЭРАТОН-ФР-3».

 

5. При достижении частоты преобразователя «ЭРАТОН-ФР-3» 45 Гц вал АД ФР вращается с синхронной скоростью, соответствующей 50 Гц, поскольку частоты поля ротора и статора складываются. При этом активная мощность, передаваемая на вал АД ФР, делится между двумя преобразователями частоты - роторным и статорным. Через роторный ПЧ проходит 90% мощности, через статорный - 10% (при выбранных параметрах статорного ПЧ). Суммарная мощность, проходящая через два ПЧ не превышает мощность, передаваемую на вал АД ФР.

 

6. После достижения синхронной или номинальной скорости двигателя начинается подъем груза в режиме стабилизации скорости. При этом момент и мощность на валу АД ФР уменьшаются до величин, соответствующих нагрузке двигателя. Если момент нагрузки в течение всего подъема не меняет знак и препятствует подъему, то направления потоков мощности через преобразователи не меняется - мощность передается на вал. Если момент нагрузки при подъеме на синхронной скорости изменит знак (например, в режиме перегона пустых скипов), то изменится направление потора активной мощности через двигатель и преобразователи должны будут передавать активную мощность в сеть. Сумарная мощность двух рекуператоров в третьем варианте привода (рис. 3) равна рекуперируемой с вала активной мощности.

 

7. При подходе поднимаемого сосуда к поверхности производится замедление. Замедление может производится без изменения знака момента электродвигателя и с изменением знака момента. Если знак момента двигателя при замедлении положителен, поток мощности направлен из сети на вал АД ФР. При отрицательном замедляющим мементе АД ФР направления потоков мощности через преобразователи меняется на противоположный и работают рекуператоры обоих преобразователей - роторного и статорного. Например, при перегоне двух пустых скипов в режиме замедления через рекуператоры возвращается в сеть максимальная мощность. Но эта мощность в несколько раз меньше пусковой мощности рекуператора в первом варианте электропривода. Значит стоимость рекуператоров третьего варианта (рис. 3) в несколько раз меньше стоимости рекуператора в первом варианте привода (рис. 1) и не больше стоимости рекуператора во втором варианте электропривода (п.п. 2, рис. 2).

 

8. После замедления скорость вала АД ФР относительно небольшая, мощность вала также небольшая, поэтому через преобразователи передается относительно небольшая мощность, которая существенно меньше установленной мощности преобразователей в роторе и статоре. Направление передачи активной мощности в статоре и роторе зависит от знака момента на валу АД ФР.

 

9. После замедления скорости вала АД ФР до нуля одновременно производится реверс фаз напряжений ротора и статора преобразователями «ЭРАТОН-ФР-3» и «ЭРАТОН-М5-Р» с переходом частоты через нулевое значение с одинаковым темпом. После реверса фаз в роторе и статоре можно выполнять пуск двигателя с вращением вала в обратном направлении.

 

4. Заключение

Приведенное выше описание третьего варианта реверсивного электропривода (п.п. 3, рис. 3) с высоковольтными асинхронными электродвигателями и низковольтными рекуперативными транзисторными инверторами напряжения марки «ЭРАТОН» в роторе и статоре позволяет сделать вывод о его соответствии всем тактико-техническим требования, предъявляемым к электроприводу шахтных подъемных машин, без датчика положения вала (энкодера) и без высоковольтных контакторных реверсоров в статоре при минимальной стоимости преобразователя частоты, которая определяется только активной мощностью, передаваемой на вал и с вала электродвигателя, т.е. используется только на выполнение полезной работы по перемещению грузов.