РАЗРАБОТКА УНИФИЦИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ТИРИСТОРНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ ДЛЯ ЭКСКАВАТОРНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ.
Использование тиристорных возбудителей и микроэлектроники в ЭП одноковшовых экскаваторов по системе Г—Д открывает новые возможности увеличения производительности машин за счет повышения быстродействия и точности ограничения нагрузок, а также за счет более благоприятных условий для автоматизации отдельных этапов цикла экскавации. Главным препятствием к массовому использованию тиристорных возбудителей в экскаваторных ЭП по системе Г—Д является принципиально более высокая вероятность отказов тиристорных преобразователей по сравнению с применяемыми магнитными усилителями и необходимость более высокой квалификации электриков для их эксплуатации и ремонта.
Кафедрой автоматизированного электропривода МЭИ совместно с НКМЗ выполнена разработка унифицированной системы тиристорного возбуждения экскаваторных ЭП по системе Г—Д любой мощности, обеспечивающей практически безотказную работу главных ЭП экскаватора при реальной вероятности отказов преобразователей. Основу разработки составляет созданная гамма модульных тиристорных преобразователей в моноблочном экскаваторном исполнении. Реверсивный модульный преобразователь имеет нулевую схему выпрямления. При необходимости из двух модулей компонуется реверсивный мостовой преобразователь двойной мощности.
Разработка преобразователей реализована в виде комплектов рабочей документации, проверенных и откорректированных в процессе изготовления, испытаний и эксплуатации макетных образцов и опытных партий.
Модульные тиристорные преобразователи рассчитаны на эксплуатацию в полевых условиях при отсутствии квалифицированного электротехнического персонала; они имеют высокие удельные массогабаритные показатели (2-2,5 кВт/кг и 1,5-2 кВт/дм3 при естественном охлаждении) , не имеют подстроенных элементов и обладают гарантированными характеристиками, аналогичными для электрических машин, обладают повышенной надежностью и хорошей помехозащищенностью; допускают безналадочную замену резервным преобразователем, за счет чего обеспечивают время восстановления работоспособности ЭП в пределах 5-10 мин; работают при изменениях напряжений и частоты сети ± 15% и при просадках напряжения до 50%, снабжены простой и эффективной самодиагностикой посредством светоизлучающих диодов, быстродействующей защитой по управляющему электроду и автоматическим повторным включением; имеют встроенный быстродействующий контур регулирования и ограничения тока нагрузки.
Конструкция модульных преобразователей проста и при необходимости обеспечивает возможность компоновки шкафов с герметизированным отсеком электроники.
На основе использования преобразователей Г1ТЭМ-1Р разработано низковольтное комплектное устройство для экскаваторов-драглайнов ЭШ-10/70Б и ЭШ-13/50А. Наладка системы ТВ-Г—Д с оптимальной структурой, применяемой в течение многих лет на экскаваторах в системе ПМУ—МУ—Г—Д с критическим самовозбуждением генераторов, не вызвала затруднений, однако проведенные испытания и анализ экспериментальных данных показали, что при переходе к быстродействующим операционным усилителям и легко реализуемым при тиристорном возбуждении большим форсировкам (аф > 3) эта структура не может удовлетворить возрастающим требованиям. Поэтому разработана оптимальная структура экскаваторного ЭП постоянного тока по системе ТВ—Г—Д при использовании современной полупроводниковой техники управления, Критериями оптимальности при этом являются:
безналадочность системы управления (параметры системы, предварительно рассчитанные с инженерной точностью, выставляются во внешней ячейке управления приводом);
высокие динамические свойства ЭП: высокая плавность переходных процессов, хорошее заполнение времятоковой диаграммы, высокое быстродействие ЭП, сочетаемое с надежным ограничением ускорений и нагрузок в механизмах, что позволяет обеспечить максимальную интегральную производительность экскаватора;
повышенная надежность системы, определяемая комплексом простых и эффективных схемотехнических решений в сочетании с удачной компоновкой тиристорных преобразователей, ячеек управления и других элементов;
обеспечение при ограниченной надежности преобразователей и ячеек управления бесперебойности работы экскаватора за счет удобного резервирования (при любых отказах в работе преобразователя или ячейки управления они заменяются машинистом экскаватора на исправные резервные);
возможность организации централизованного ремонта резервных преобразователей и ячеек управления в электроцехах предприятий.
Разработанная структура представлена на рис. 1. Тиристорный возбудитель генератора ТВГ обеспечивает управление возбуждением генератора с йф = 3-гб, в результате чего создаются дополнительные возможности для снижения нагрузок в режимах резких стопорений. Воздействующая на вход ТВГ система управления, унифицированная для всех ЭП экскаватора, содержит П-регулятор тока якоря, П-регулятор напряжения генератора, регулируемый задатчик РЗ, командоаппарат КА, формирующий сигнал задания напряжения U3 н, а также пороговый элемент с ключом ПЭ. Сигнал обратной связи по току UQ т я снимается с обмотки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки генератора и подается на вход регулятора тока через терморезистор ТР, размещенный в компенсационной обмотке генератора, благодаря чему обеспечивается независимость стопорных токов от температуры окружающей среды и обмоток электрических машин. Сигнал обратной связи по напряжению UQ н снимается с выхода датчика напряжения ДН и подается на вход регулятора напряжения PH в качестве отрицательной обратной связи по напряжению генератора и на вход регулятора тока якоря РТЯ в качестве формирующей положительной обратной связи по напряжению {/„ н.
Устройство измерения упругого момента УИУМ на выходе выдает сигнал усилия в подъемных канатах привода подъема, который воздействует на вход PH. Если сигнал с выхода УИУМ отсутствует (есть слабина канатов), то сигнал задания на входе PH уменьшается и привод снижает скорость в необходимой степени. В приводе поворота сигнал УИУМ пропорционален усилию в вале-шестерне. При возрастании сигнала обратной связи U0 м с выхода УИУМ, что свидетельствует об окончании выбора зазоров, этот сигнал поступает на вход РЗ, и темп изменения U3 и возрастает.
Пороговый элемент ПЭ подключен на выход PH. Если сигнал U3 т я превышает определенное значение, то ПЭ вступает в действие и его выходной сигнал, подаваемый на вход РЗ, уменьшает темп изменения
Статические характеристики и динамические свойства ЭП по системе ТВ-Г-Д с разработанной оптимальной структурой управления исследовались на гибридной модели, в которой реальная ячейка управления работала с аналоговой моделью ЭП, причем для каждого ЭП экскаватора была реализована своя модель с учетом всех особенностей конкретного ЭП и механизма. На этих моделях проверены все схемные решения, расчетные параметры, сняты осциллограммы специальных и рабочих режимов работы ЭП.
При установке проверенных таким образом ячеек управления на действующий экскаватор не потребовалось дополнительных подрегулировок и замены параметров, что подтверждает практическую безналадоч- ность ячеек управления. Анализ результатов наладки главных ЭП экскаваторов ЭШ-10/70Б № 1 и ЭШ-13/50А № 1 показал, что разработанная оптимальная структура управления по системе ТВ-Г-Д удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к ЭП главных механизмов экскаватора, обладает весьма большими возможностями формирования статических характеристик и динамических свойств, обеспечивает все возможные режимы работы ЭП экскаватора.
Сказанное подтверждают осциллограммы, приведенные на рис. 2. На осциллограмме рис. 2,а, показывающей работу ЭП тяги в режиме перемещения пустого ковша по горизонтали, видны хорошая управляемость ЭП, высокая плавность переходных процессов, отсутствие перерегулирований. На осциллограмме рис. 2,6 (работа ЭП поворота) видно, что ЭП работает плавно, зазоры выбираются без какихбыто ни было ударов, имеет место хорошее заполнение времятоковой диаграммы. Доказано, что разработанная система тиристорного управления экскаваторными ЭП обеспечивает практически безотказную работу экскаватора при возможных отказах преобразователей и ячеек управления, соответствующих их реальной надежности при серийном производстве.
Авторы: В. И. Ключев, Ю. Т. Калашников ,А.А. Данченков