26.4.4. Частотно-регулируемый электропривод переменного тока
В связи с тем, что система Г-Д не вполне отвечает требованиям, предъявляемым к электроприводу в отношении быстродействия, экономических (малый кпд) и массогабаритных показателей, в настоящее время ведутся работы по созданию принципиально новых электроприводов.
Крупнейшая экскаваторостроительная фирма «Бисайрус Эри» (США) ведет работы по созданию частотно-регулируемых электроприводов для крупных экскаваторов: карьерного типа 395В с ковшом вместимостью 25м3 и драглайна 380W с ковшом вместимостью 6,8-12,2м3 и длиной стрелы 42,7-61м. Схема электропривода карьерного экскаватора типа 395В (рис.26.18) характерна следующим. Питание главных электроприводов осуществляется от одного трансформатора через общий неуправляемый выпрямитель и С-фильтр, чем достигается существенное снижение влияния электропривода на питающую сеть, и влияние нарушений в питающей сети на работу электроприводов. От общего источника постоянного напряжения получают питание 4 автономных инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией, от которых питаются асинхронные короткозамкнутые двигатели главных электроприводов.
Рис.26.18. Схема главных электроприводов экскаватора 395В
Рекуперация энергии торможения в сеть в указанной системе электропривода невозможна. При торможении одного из приводов энергия поступает в конденсатор и затем используется для питания других электроприводов, работающих в двигательном режиме. При избытке энергии торможения, например, при опускании ковша, открываются регуляторы VZ6, VZ8 и энергия торможения расходуется на нагрев сопротивлений. Для ее рассеивания приходится устанавливать значительные по объему сопротивления. Для экскаватора 395В они рассчитаны на длительную мощность 247кВт и пиковую – 1150кВт. Это обстоятельство составляет существенный недостаток схемы, хотя по данным фирмы средний расход электроэнергии в схеме рис.26.18 ниже, чем в системе ТП-Д, из-за существенно лучшего коэффициента мощности. Во всем остальном схема удовлетворяет указанным выше специфическим требованиям к электроприводу экскаваторов.
Высокие качества управления и возможность превентивной рекуперации кинетической энергии обеспечивается использованием наиболее быстродействующей системы векторного управления приводами. Для повышения надежности питание системы управления производится от аккумуляторной батареи.
Единственный недостаток схемы – рассеивание энергии торможения в сопротивлениях, по-видимому, может быть исключен применением зависимого инвертора мощностью не выше 25%, подключаемого параллельно неуправляемому выпрямителю через быстродействующий ключ (показано на рисунке пунктиром).
Алгоритм работы схемы должен быть таким, что при нормальной работе избыточная энергия торможения рекуперируется через инвертор в сеть, который работает с примерно постоянным малым углом открывания вентилей, что обеспечивает минимальную дополнительную величину реактивной мощности. Питание инвертора от отдельной обмотки трансформатора с напряжением, несколько большим, чем на основной обмотке, повышает устойчивость инверторного режима. Сопротивление для рассеивания мощности торможения подключается лишь в случаях, отличных от нормальных, чем обеспечивается надежность и регулируемость тормозного режима. Инвертор в аварийных случаях отключается от схемы быстродействующим ключом.
Переход на приводы переменного тока с автономными инверторами напряжения является генеральным путем совершенствования электропривода горных экскаваторов. Кроме того, важна универсальность такого технического решения для различных типов экскаваторов.
В нашей стране разрабатываются также частотно-регу-лируемые асинхронные электропривода с преобразователями частоты с непосредственной связью, которые обеспечивают рекуперацию энергии в сеть при торможении [1-1].