Автоматизированная система управления электроприводом переменного тока шахтной подъемной установки на основе машины двойного питания.

Актуальность темы исследования. Транспортировка полезного ископаемого и других грузов из шахты на поверхность и обратно является важной частью технологических процессов строительства шахт и рудников и добычи полезного ископаемого. Шахтные подъемные установки (ШПУ) связывают подземные участки шахт с участками, находящимися на поверхности, они определяют производительность технологического процесса добычи, поскольку объем добычи ограничен объемом ископаемого, который может быть вывезен. При этом технический уровень подъёмных машин, и, в частности, систем управления приводными электрическими двигателями, не всегда соответствует современным требованиям. По состоянию на 2019 год, большинство ШПУ оснащены электроприводом постоянного тока, построенным по системе «управляемый преобразователь — двигатель постоянного тока» или «генератор — двигатель», синхронным электроприводом, либо асинхронным электроприводом с фазным ротором и роторной станцией (АД ФР). Применение электроприводов на основе АД ФР с роторной станцией обусловлено сохранением в такой схеме перегрузочной способности двигателя на всем диапазоне регулирования скорости. В то же время, такие электроприводы имеют низкий КПД, а регулирование скорости в них осуществляется ступенчатым изменением сопротивления роторной станции, что ведет к возникновению динамических нагрузок в канатах, рывкам и ударам, а также приводит к потерям энергии. Данных недостатков лишены системы электропривода с частотным управлением асинхронными двигателями. В настоящее время все больше систем электропривода строятся по схеме «преобразователь частоты — асинхронный двигатель». При этом, как правило, приводные двигатели не заменяются, а добавляются частотные преобразователи и модернизируются системы управления. Однако применение частотного управления для уже имеющихся асинхронных 5 двигателей, рассчитанных на неизменную частоту питающего напряжения 50 Гц, сопряжено с такими проблемами как ухудшение характеристик машины на пониженной частоте, перегрев стали, снижение КПД и коэффициента мощности машины. Кроме того, для мощных асинхронных двигателей с напряжением на статоре 6 кВ зачастую невозможно подобрать частотный преобразователь, имеющий удовлетворительные технико-экономические показатели. Существует два основных варианта решения данной проблемы. Первый — замена имеющихся двигателей на асинхронные короткозамкнутые машины, специально предназначенные для систем частотного управления. Данное решение является дорогостоящим из-за стоимости самих специальных двигателей, частотного преобразователя (или нескольких, работающих параллельно), а также из-за стоимости работ по демонтажу старого двигателя и монтажу нового. Более того, оно требует остановки подъемной машины на период модернизации, что не всегда приемлемо. К тому же, уже имеющиеся двигатели зачастую являются уникальными по своим характеристикам и не всегда могут быть заменены серийными специальными машинами. Также при использовании данного решения встает вопрос об утилизации демонтированного двигателя. Второй вариант состоит в использовании уже имеющихся двигателей с фазным ротором с модернизацией системы управления электроприводом. Одним из вариантов подобной модернизации является включение асинхронного двигателя с фазным ротором по схеме машины двойного питания (МДП). При этом в существующих публикациях рассмотрению данного способа модернизации, изучению свойств МДП при регулировании скорости в большом диапазоне, разработке ее математической модели для этого случая и построению системы управления таким электроприводом уделяется недостаточно внимания. Таким образом, разработка системы управления электроприводом переменного тока ШПУ на основе МДП является актуальной научной задачей.