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 U_{3 н}, а также пороговый элемент с ключом ПЭ. Сигнал обратной связи по току U_{Q 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 U_{Q 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 U_{0 м} с выхода УИУМ, что свидетельствует об окон­чании выбора зазоров, этот сигнал поступает на вход РЗ, и темп измене­ния U_{3 и} возрастает.

Пороговый элемент ПЭ подключен на выход PH. Если сигнал U_{3 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