XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Из всех машин, применяемых при подземной добыче в горной промышленности, подъемная машина (ПМ) занимает наиболее ответственное место. Вынужденный останов машины фактически прекращает всю добычу шахты, принося огромные убытки. Особая технологическая важность шахтной подъемной установки (ШПУ) в производстве рудников и шахт обусловлена, в первую очередь, высоким уровнем требований к безопасности спуска и подъема людей, а также с большими размерами ущерба от простоя и аварий.

Электроприводы с преобразователями частоты позволяют существенно увеличить сроки службы элементов механического оборудования и снизить простои, вызванные с их выходом из строя благодаря плавному выбору люфтов, зазоров и преднатяжению элементов передачи с программируемым темпом в процессе запуска.

Месторождение характеризуется весьма сложными горно-геологическими условиями разработки: оно находится в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород и в зоне влияния регионального мощного метегеро-ичерского водоносного комплекса (МИВК), расположенного в интервале абсолютных отметок +40…-130 м, под которым находятся мощные пласты каменной соли. Рудник «Интернациональный» относится к опасным по выделению горючих газов и нефтепроявлений, поэтому все работы связанные с горной добычей должны производиться в соответствии с требованиями Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности.

Самым сложным и основным источником скиповой шахтной подъемной установки является подъемная машина, которая располагается в машинном отделении и при помощи подъемного каната производит подъем скипа по стволу шахты на поверхность.

Электропривод потребляет около 60-70 % всей вырабатываемой электроэнергии. Внедрение частотно-регулируемого электропривода (ЧРЭП) позволяет существенно снизить пусковые токи, избежать избыточного давления и гидравлических ударов в магистрали, тем самым увеличивая срок службы двигателя и внешней сети. Шахтные подъемные машины устанавливаются на весь период эксплуатации шахты.

Электропривод переменного тока шахтной подъемной машины (ШПМ) имеет высоковольтные асинхронные электродвигатели с фазным ротором, роторные пусковые резисторно-контакторные станции управления (ПРКС), высоковольтные статорные реверсоры и станции динамического торможения (СДТ). Однолинейная структурная схема традиционного электропривода переменного тока ШПМ показана на рис. 1.

Рис. 1. Однолинейная структурная схема электропривода переменного тока ШПМ

Указанный привод имеет значительные минусы, а именно:

- в асинхронном электроприводе с роторной резисторно-контакторной станцией управления и динамическим торможением отсутствует регулировочные качества, необходимые для ШПМ, не обеспечивает высокую точность управления и не дает возможности автоматизировать управление ШПМ, что приводит к понижению производительности подъема;

- при разгоне, работе и торможении шахтной подъемной машины на пониженной скорости затрачивается значительная электроэнергия, двигающийся на нагрев роторных сопротивлений ПРКС, перегрев электродвигателя и истирание механических тормозов. Нецелесообразно затрачиваемая электроэнергия увеличивает трудоемкость продукции и уменьшает доход.

- применение коммутационной аппаратуры для пуска и регулирования скорости сокращает по мощности применение асинхронного привода.

Преобразование пусковой роторной резисторно-контакторной станции управления и станции динамического торможения на рекуперативный частотно-регулируемый электропривод ЧРЭП позволяет устранить все перечисленные выше недостатки электропривода переменного тока с асинхронными электродвигателями с фазным ротором.

Рис. 2. Однолинейная структурная схема электропривода с частотно-регулируемым электроприводом

Силовая схема преобразователя состоит из двух трехфазных транзисторных инвертора напряжения, роторного инвертора и сетевого инвертора. Цепь переменного тока роторного инвертора соединена с цепью ротора электродвигателя, а сетевого инвертора – с питающей сетью (непосредственно или через согласующий трансформатор).

Данная структура осуществляет следующее:

- равномерный разгон сосудов ШПМ за заданное время без уменьшения мощности в цепи ротора электродвигателя;

- сглаживание нагрузки электродвигателей на всех промежутках движения сосудов шахтных подъемных машин;

- рекуперативное торможение с возобновлением энергии движущихся масс в питающую сеть;

- короткий промежуток замедления и высокую чувствительность остановки ШПМ без применения механического тормоза, который включается только после полной остановки ШПМ;

- выбор зазоров в механических передачах и ровное натяжение канатов в перерывах между пусками ШПМ.

Перечисленные достоинства частотно-регулируемого электропривода способствует уменьшению потребления электроэнергии ШПМ более чем на 30-40% по сравнению с установленным электроприводом на базе пусковой резисторно-контакторной станции.

Список литературы:

1. Кацман М.М., Электрический привод: учебник для студентов образовательных учреждений сред. проф. образования / М.М. Кацман. – 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2013.

2. Карташев И.И., Тульский В.Н., Кузнецов Н.М., Семёнов А.С. Мониторинг показателей качества электрической энергии в системах электроснабжения горных предприятий : монография. – М.: Издательство «Перо», 2013.

3. Ляхомский А.В., Фащиленко В.Н. Автоматизированный электропривод машин и установок горного производства. Часть 1. Автоматизированный электропривод механизмов циклического действия. Учебное пособие – М.: Издательство «Горное книга», 2014.

4. Петрова А.А., Семёнов А.С. Замена электропривода шахтной подъемной установки на рекуперативный частотно-регулируемый электропривод // Материалы IX Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум-2017» (01.03.2017-01.04.2017). URL: http://www.scienceforum.ru/2017/2280/29475 (дата обращения: 06.03.2017).

5. Петрова А.А., Семёнов А.С. Модернизация электропривода шахтной подъемной установки // Международный студенческий научный вестник. 2017. № 4 (часть 2). С. 158-161.

6. Семёнов А.С., Егоров А.Н. Моделирование и анализ режимов работы электропривода скиповой подъемной установки // Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве: сборник материалов III Поволжской научно-практической конференции (Казань, 7-8 декабря 2017 г.) : в 2 т. Т. 1. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2017. – С. 221-226.

7. Семёнов А.С., Хубиева В.М., Харитонов Я.С. Математическое моделирование статических и динамических режимов двигателя постоянного тока в пакете программ MATLAB // Пром-Инжиниринг: труды IV международной научно-технической конференции (Москва-Челябинск-Новочеркасск, 15-18 мая 2018 г.). – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2018. – С. 381-385.

8. Semenov A.S., Khubieva V.M., Kharitonov Y.S. Mathematical Modeling of Static and Dynamic Modes DC Motors in Software Package MATLAB // International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 2018.№ 8501666. https://doi.org/10.1109/RUSAUTOCON.2018.8501666

9. Егоров А.Н., Семёнов А.С., Харитонов Я.С., Федоров О.В. Анализ эффективности применения частотно-регулируемого электропривода в условиях алмазодобывающих предприятий // Горный журнал. 2019. № 2. С. 77-82. https://doi.org/10.17580/gzh.2019.02.16

10. Semenov A.S., Egorov A.N., Khubieva V.M. Assessment of Energy Efficiency of Electric Drives of Technological Units at Mining Enterprises by Mathematical Modeling Method // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). 2019. № 8743025. https://doi.org/10.1109/ICIEAM.2019.8743025

11. Волотковская Н.С., Семёнов А.С., Федоров О.В. Энергоэффективность и энергосбережение в системах электроснабжения горнодобывающих предприятий // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2019. № 3 (78). С. 52-62.

12. Semenov A.S., Semenova M.N., Fedorov O.V. The Results of the Implementation of the System for Monitoring the Quality of Electricity in Mining Enterprises // 1st International Conference on Control Systems, Mathematical Modelling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA-2019). 2019. № 8947601. https://doi.org/10.1109/SUMMA48161.2019.8947601