12.4. Особенности электроснабжения! участков при регулируемом электроприводе забойных машин
Одним из путей совершенствования привода очистных, проходческих и транспортных средств является применение регулируемого электропривода постоянного тока и частотно-управляемого электропривода переменного тока.
При применении регулируемого привода схема электроснабжения определяется особенностями этого привода: возможностью увеличения передаваемого момента нагрузки; необходимостью применения и размещения дополнительных преобразователей.
Возможные варианты схем электроснабжения при регулируемом электроприводе приведены на рис. 12.19.
При применении регулируемого электродвигателя постоянного тока в РПЛ лавы для каждого потребителя устанавливаются полупроводниковые выпрямители В, от которых уже непосредственно питаются электродвигатели (рис. 12.19, а).
При регулируемом электроприводе переменного тока помимо выпрямителя постоянного тока применяется инвертор и для преобразования постоянного тока в переменный ток регулируемой частоты.
Рис. 12.19. Схемы электроснабжения при регулируемом приводе
забойных машин
В зависимости от местонахождения инвертора, который может быть встроен в машину (рис. 12.19, б) или установлен в РПЛ лавы (рис. 12.19, в), целесообразна схема электроснабжения.
При регулируемом приводе переменного тока выпрямитель и инвертор могут быть совмещены с трансформаторной подстанцией, а преобразователь частоты Пч устанавливается в РПЛ лавы (рис. 12.19, г).
Схема электроснабжения, предложенная МГИ и Сибгипрошахтом для одной из шахт Кузбасса, предусматривает вынос всех питающих трансформаторов и тиристорных преобразователей на поверхность шахты и питание каждого электродвигателя отдельным кабелем от своего управляемого полупроводникового тиристорного преобразователя, что дает возможность применять это электрооборудование в нормальном общепромышленном исполнении.
При применении тиристорного электропривода необходимо обеспечить безопасность при возникновении к. з. и утечек тока в кабельной сети [5].
При частотном управлении с изменением частоты соответственно меняется и выходное напряжение тиристорного преобразователя частоты (ТПЧ). При этом уровень напряжения, от которого зависит ток к. з., изменяется по определенному закону регулирования в зависимости от характеристики электропривода при различных режимах его работы.
Минимальный ток к. з. (А)
где U ТПЧ—напряжение на выходе ТПЧ, В;
Zc—сопротивление короткозамкнутой цепи, Ом.
Таким образом, к. з. определяется напряжением на выходе ТПЧ, которое зависит от принятого закона частотного регулирования.
Исследования показали, что с изменением частоты максимальный ток нагрузки остается постоянным при управлении с постоянным потоком, а токи к. з. и ток нагрузки при пропорциональном управлении изменяются в широких пределах.
При реализации закона с постоянным потоком кратность тока к. з. по отношению к максимальному току нагрузки на всем диапазоне регулирования и предельной расчетной длине кабеля составляет не менее 1,5, что удовлетворяет требованиям ПБ. Это позволяет в данном случае использовать существующую аппаратуру защиты от токов к. з. практически без изменений.
При пропорциональном управлении ток к. з. при малых частотах оказывается значительно меньше тока нагрузки при больших частотах. Поэтому защита, отстроенная по максимальному току нагрузки для больших частот, оказывается не чувствительной к токам к. з. при малых частотах, и наоборот. Вместе с тем кратность тока к. з. к току нагрузки во всем диапазоне изменения частоты остается выше требуемого ПБ коэффициента надежности. В связи с этим необходима специальная защита, которая автоматически изменяла бы чувствительность в зависимости от частоты или выходного напряжения ТПЧ.
Применение регулируемого электропривода постоянного тока наряду с асинхронным приводом делает систему электроснабжения участков комбинированной, при которой от одной подстанции питаются асинхронные электродвигатели и привод постоянного тока.
Использование существующих аппаратов защиты от утечек тока для цепей с силовыми выпрямителями не представляется возможным из-за непосредственной электрической связи между цепями постоянного и переменного тока. Поэтому при утечке с положительного полюса на стороне постоянного тока э.д.с. преобразователя оказывается включенной последовательно с источником оперативного тока реле утечки. Суммарная э. д. с. значительно повышает чувствительность защиты. Использование для контроля оперативного тока непромышленной частоты требует автоматической компенсации емкости сети.
Вентильные преобразователи, являясь основным источником высших гармоник, оказывают существенное влияние на несинусоидальность формы кривой напряжения и тока. В амплитудных спектрах первичных токов преобразователей содержатся как канонические гармоники (v = 5, 7, 11...), так и неканонические или анормальные (v = 2, 3, 4, 6, 8...). Основная причина появления анормальных гармоник—асимметрия импульсов управления.
При прохождении токов высших гармоник возникают дополнительные потери активной мощности и энергии из-за несинусоидальности; интенсивнее проходит процесс старения изоляции: высшие гармоники влияют на погрешность измерительных приборов, становится невозможным использование силовых цепей для передачи информации, и выводят из строя батареи конденсаторов.
Несинусоидальность формы кривой напряжения можно уменьшить многофазным эквивалентным режимом работы преобразователей, применением фильтров высших гармоник, фильтрокомпенсирующих устройств,