Изобретение относится к управлению горно-добывающей техникой, а именно, к управлению электроприводами механизмов одноковшовых карьерных экскаваторов, в частности главных частотно-регулируемых электроприводов карьерного гусеничного экскаватора ЭКГ-5А. Устройство управления электроприводами экскаватора содержит силовую часть и блок управления системой электроприводов экскаватора, в котором силовая часть включает понижающий трансформатор 1, по меньшей мере три трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователя 9 с раздельным управлением комплектов тиристоров и фильтро-компенсирующее устройство. Трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 9 с раздельным управлением комплектов тиристоров снабжены блоками 19 защиты от опрокидывания инвертора, однофазными диодно-тиристорными выпрямителями 10 и сглаживающими дросселями 13 постоянного тока; фильтро-компенсирующее устройство содержит трехфазный мостовой коммутатор 6 и компенсирующие конденсаторы 11; блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейсный блок 8, микропроцессорный блок 14, задающие элементы 12 и блок 4 управления фильтро-компенсирующим устройством. Устройство также снабжено датчиками 2 переменного и датчиками 15 постоянного тока, датчиком 3 напряжения и датчиками 16 скорости коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора.

[0001] Устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее силовую часть и блок управления системой электроприводов экскаватора, в котором силовая часть включает понижающий трансформатор (1), по меньшей мере три трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователя (9) с раздельным управлением комплектов тиристоров и фильтро-компенсирующее устройство, отличающееся тем, что трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи (9) с раздельным управлением комплектов тиристоров снабжены блоками (19) защиты от опрокидывания инвертора однофазными диодно-тиристорными выпрямителями (10) и сглаживающими дросселями (13) постоянного тока; фильтро-компенсирующее устройство содержит трехфазный мостовой коммутатор (6) и компенсирующие конденсаторы (11); блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейс (8), микропроцессор (14), задающие элементы (12) и блок (4) управления фильтро-компенсирующим устройством; устройство также снабжено датчиками (2) переменного и датчиками (15) постоянного тока, датчиком (3) напряжения и датчиками (16) скорости коллекторных электродвигателей (17) постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора; причем понижающий трансформатор (1) соединен с трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями (9) через трехфазные дроссели (5) переменного тока и с однофазными диодно-тиристорными выпрямителями (10) через однофазные дроссели (7) переменного тока; трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи (9) соединены с коллекторными электродвигателями (17) постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора через сглаживающие дроссели (13) постоянного тока, а однофазные диодно-тиристорные выпрямители (10) подключены к обмоткам возбуждения (18) коллекторных электродвигателей (17) постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора; трехфазный мостовой коммутатор (6) подключен к понижающему трансформатору (1) параллельно с однофазными диодно-тиристорными выпрямителями (10) и к блоку (4) управления фильтро-компенсирующим устройством, который, в свою очередь, связан с датчиками (2) переменного тока и датчиком (3) напряжения; задающие элементы (12) подключены к микропроцессору (14), который связан с интерфейсом (8) трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями (9) с датчиками (2) переменного и датчиками (15) постоянного тока, а также с датчиками (16) скорости коллекторных электродвигателей (17) постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора.

Изобретение относится к управлению горно-добывающей техникой, а именно к управлению электроприводами механизмов одноковшовых карьерных экскаваторов, в частности главных частотно-регулируемых электроприводов карьерного гусеничного экскаватора ЭКГ-5А.

Известны устройства управления электроприводами экскаватора, содержащие задающий блок, подключенный через преобразователь, включающий силовой мост, к электроприводу системы Г-Д, датчики тока и напряжения. Задающий блок представляет собой командоаппарат, построенный по кулачковому принципу. Преобразователь содержит датчик питающего напряжения, регулятор питающего напряжения, датчик напряжения возбуждения, силовой мост представляет собой суммирующий магнитный усилитель. Устройство снабжено датчиками нагрузки, температуры, скорости, регулятором снижения динамических нагрузок [1],[2].

Известные устройства имеют недостаточно высокую надежность и быстродействие управления. Система управления является температурозависимой.

Известно устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее задающий блок, преобразователь, включающий датчики тока и напряжения, силовой мост, подключенный к обмотке возбуждения генератора электропривода системы Г-Д [3].

Известное устройство является достаточно сложным и инерционным.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее силовую часть и блок управления системой электроприводов экскаватора, в котором силовая часть включает понижающий трансформатор, трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи с раздельным управлением комплектов тиристоров и фильтро-компенсирующее устройство [4].

К недостаткам данного устройства можно отнести относительно невысокий коэффициент мощности системы электроприводов в целом из-за наличия высших гармонических составляющих во входном токе, так как применяемое фильтро-компенсирующее устройство узконаправленного действия настроено на компенсацию 5-ой и 7-ой гармоники, относительно невысокое качество управления скоростью из-за отсутствия сглаживания тока якоря двигателя постоянного тока, что в итоге ведет к увеличению неравномерности частоты вращения электроприводов экскаватора, а также недостаточно хорошее качество коммутации вентилей тиристорных преобразователей (также из-за отсутствия входных реакторов переменного тока).

Задачей заявленного технического решения является разработка устройства управления электроприводами экскаватора достаточно надежного, с высоким КПД и хорошим качеством управления.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее силовую часть и блок управления системой электроприводов экскаватора, в котором силовая часть включает понижающий трансформатор 1, по меньшей мере три трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователя 9 с раздельным управлением комплектов тиристоров и фильтро-компенсирующее устройство. Трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 9 с раздельным управлением комплектов тиристоров снабжены блоками 19 защиты от опрокидывания инвертора, однофазными (полууправляемыми) диодно-тиристорными выпрямителями 10 и сглаживающими дросселями 13 постоянного тока; фильтро-компенсирующее устройство содержит трехфазный мостовой коммутатор 6 и компенсирующие конденсаторы 11; блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейсный блок 8, микропроцессорный блок 14, задающие элементы 12 и блок 4 управления фильтро-компенсирующим устройством. Устройство также снабжено датчиками 2 переменного и датчиками 15 постоянного тока, датчиком 3 напряжения и датчиками 16 скорости коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора. Понижающий трансформатор 1 соединен с трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями 9 через трехфазные дроссели 5 переменного тока и с однофазными диодно-тиристорными выпрямителями 10 через однофазные дроссели 7 переменного тока. Трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 9 соединены с коллекторными электродвигателями 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора через сглаживающие дроссели 13 постоянного тока, а однофазные диодно-тиристорные выпрямители 10 подключены к обмоткам возбуждения 18 коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора. Трехфазный мостовой коммутатор 6 подключен к понижающему трансформатору 1 параллельно с однофазными диодно-тиристорными выпрямителями 10 и параллельно с трехфазными мостовыми реверсивными преобразователям 9 и к блоку 4 управления фильтро-компенсирующим устройством, который, в свою очередь, связан с датчиками 2 переменного тока и датчиком 3 переменного напряжения Задающие элементы 12 подключены к микропроцессорному блоку 14, который связан с интерфейсным блоком 8 трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями 9, с датчиками 2 переменного и датчиками 15 постоянного тока, а также с датчиками 16 скорости коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора.

Основными технико-экономическими достоинствами устройства управления электроприводами экскаватора являются:

1) повышение качества управления электроприводами экскаватора благодаря снижению неравномерности скорости вращения электроприводов экскаватора за счет сглаживающих дросселей постоянного тока;

2) улучшение коммутации вентилей трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователей за счет применения трехфазных дросселей переменного тока;

3) повышение коэффициента мощности системы электроприводов экскаватора в целом за счет применения широкополосного фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ);

4) повышение надежности работы электроприводов экскаватора за счет применения устройства защиты от опрокидывания инвертора.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства управления электроприводами экскаватора.

Устройство управления электроприводами экскаватора состоит из силовой части и блока управления системой электроприводов экскаватора. Силовая часть включает понижающий трансформатор 1, по меньшей мере три трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователя 9 с раздельным управлением комплектов тиристоров и фильтро-компенсирующее устройство. Трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 9 с раздельным управлением комплектов тиристоров снабжены блоками 19 защиты от опрокидывания инвертора, однофазными диодно-тиристорными выпрямителями 10 (нереверсивные мостовые полууправляемые) и сглаживающими дросселями 13 постоянного тока; фильтро-компенсирующее устройство содержит трехфазный мостовой коммутатор 6 и компенсирующие конденсаторы 11; блок управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейсный блок 8, микропроцессорный блок 14, задающие элементы 12 и блок 4 управления фильтро-компенсирующим устройством. Устройство также снабжено датчиками 2 переменного тока (трансформаторы тока, элементы Холла) и датчиками 15 постоянного тока (шунты, элементы Холла), датчиком 3 переменного напряжения и датчиками 16 скорости (тахогенераторы, энкодеры, резольверы) коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора (электроприводы подъема, напора, поворота и хода). Понижающий силовой трансформатор 1 соединен с трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями 9 через трехфазные дроссели 5 переменного тока и с однофазными диодно-тиристорными выпрямителями 10 через однофазные дроссели 7 переменного тока. Трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 9 соединены с коллекторными электродвигателями 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора через сглаживающие дроссели 13 постоянного тока, а однофазные диодно-тиристорные выпрямители 10 подключены к обмоткам возбуждения 18 коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора. Трехфазный мостовой коммутатор 6 подключен к понижающему трансформатору 1 параллельно с однофазными диодно-тиристорными выпрямителями 10 и параллельно с трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями 9 и к блоку 4 управления фильтро-компенсирующим устройством, который, в свою очередь, связан с датчиками 2 переменного тока и датчиком 3 переменного напряжения. Задающие элементы 12, подключены к микропроцессорному блоку 14, который связан с интерфейсным блоком 8 трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями 9, с датчиками 2 переменного и датчиками 15 постоянного тока, а также с датчиками 16 скорости коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора.

Устройство работает следующим образом.

Понижающий трансформатор 1 через трехфазные дроссели 5 переменного тока (анодные реакторы) запитывает трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 9 с раздельным управлением комплектов тиристоров, которые, в свою очередь, через сглаживающие дроссели 13 постоянного тока питают коллекторные электродвигатели 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов рабочих механизмов экскаватора (электроприводы подъема, напора, поворота и хода). Понижающий трансформатор 1 через однофазные дроссели 7 переменного тока (анодные реакторы) питает также однофазные нереверсивные мостовые полууправляемые диодно-тиристорные выпрямители 10. Трехфазный коммутатор 6 фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ) коммутирует компенсирующие конденсаторы 11 ФКУ с вторичной обмоткой понижающего трансформатора 1 в зависимости от текущего коэффициента мощности системы электроприводов и формы выходного тока вторичной обмотки силового понижающего трансформатора 1 (эти переменные определяются с помощью датчиков 2 переменного тока и датчиков 3 переменного напряжения в блоке 4 управления ФКУ). Сигналы обратных связей с датчиков 2 переменного тока (трансформаторы тока, элементы Холла) трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователей 9, датчиков 16 скорости (тахогенераторы, энкодеры или резольверы) коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения и датчиков 15 постоянного тока (шунты, элементы Холла) обмоток возбуждения 18 коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения поступают в микропроцессорный блок 14, в котором программным методом реализована многоконтурная система подчиненного регулирования скорости электроприводов рабочих механизмов экскаватора с функцией ограничения стопорных токов и режима работы в зоне ослабления поля с обратной связью по ЭДС коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения. Режим ослабления поля осуществляется за счет регулирования тока возбуждения коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока с помощью однофазных нереверсивных мостовых полууправляемых диодно-тиристорных выпрямителей 10. Функция ограничения стопорных токов реализована в прямом канале задания электромагнитного момента коллекторных электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения.

Обмен энергией между питающей сетью и рабочими механизмами экскаватора происходит следующим образом.

Когда рабочий механизм потребляет мощность (подъем ковша - для электропривода подъема, разгон - для электропривода поворота, врезание в грунт - для электропривода напора), электроэнергия из питающей сети поступает через трехфазные мостовые, управляемые реверсивные тиристорные преобразователи 9 (работающие в данном случае в режиме выпрямления) к коллекторным электродвигателям 17 постоянного тока независимого возбуждения (работающим в данном случае в режиме двигателей).

Когда рабочий механизм отдает мощность (опускание ковша - для электропривода подъема, торможение - для электропривода поворота), механическая энергия преобразуется в коллекторных электродвигателях 17 постоянного тока независимого возбуждения (работающих в данном случае в режиме генераторов) в электрическую, постоянного напряжения, а затем с помощью трехфазных мостовых управляемых реверсивных тиристорных преобразователей 9 (работающих в данном случае в режиме ведомого сетью инвертирования) - в электрическую, переменного напряжения, поступающую в питающую сеть (режим рекуперации). Для предотвращения высоковероятного аварийного режима опрокидывания инвертора применяется устройство защиты от опрокидывания инвертора 19.

Источники информации:

1. SU № 1733577, МПК Е02F 9/20, 15.05.92

2. RU № 2030521, МПК Е02F 9/20, 10.03.95

3. RU № 2193630, МПК 7Е02F 9/20, 27.08.2001

4. Микитченко А.Я., Могучев М.В., Шевченко А.Н., Шоленков А.Н., Греков Э.Л. Разработки ОАО "Рудоавтоматика" в области перспективных систем экскаваторных приводов. УДК 622.271.4:621.316.34, ж-л "Горное оборудование и электромеханика", 2008, № 6, с. 27-28 (прототип).