8.3.8. ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКРОПРИВОДЫ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ БЕЛАЗ
8.3.8. ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКРОПРИВОДЫ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ БЕЛАЗ
Разработку и выпуск тягового электрооборудования для самосвалов БелАЗ осуществляет АЭК «Динамо».
Первые комплекты тягового электропривода для карьерных автосамосвалов БелАЗ были разработаны в 1976 г. При этом тяговый электропривод включал в себя тяговый генератор постоянного тока ГПА-600 (мощностью 630 кВт, частотой вращения 1500 об/мин), два тяговых электродвигателя ДК-717 мощностью 300 кВт каждый (в тяговом режиме они подключены параллельно к зажимам тягового генератора). Для возбуждения тягового генератора использовался генератор постоянного тока небольшой мощности независимого возбуждения. Система автоматического регулирования его возбуждения базировалась на использовании магнитного усилителя и электромагнитных датчиков постоянного тока. В силовой цепи использовались электропневматические контакторы.
На базе тягового электропривода автосамосвала грузоподъемностью 75 т в последующем был создан автосамосвал БелАЗ грузоподъемностью 110 т. При этом для обеспечения эффективного электрического торможения при движении автосамосвала с грузом вниз были разработаны специальные блоки вентилируемых тормозных резисторов УВТР 2×600.
В 1982 г. было начато производство автосамосвалов БелАЗ грузоподъемностью 180 т, на которых силовая цепь тягового электропривода состояла из тягового синхронного генератора мощностью 1400 кВт, неуправляемого выпрямителя, двух тяговых электродвигателей последовательного возбуждения, подключаемых параллельно к зажимам неуправляемого выпрямителя. В силовой цепи самосвала использовались линейные и тормозные контакторы с электропневматическим приводом, блоки обдуваемых тормозных резисторов и другая аппаратура. Система автоматического регулирования была выполнена с использованием магнитополупроводниковых элементов. Регулирование возбуждения главного генератора осуществлялось от вспомогательного синхронного генератора через трехфазный полупроводниковый выпрямитель.
В 1992 г. был создан опытный образец автосамосвала БелАЗ грузоподъемностью 280 т с колесной формулой 4×4, т.е. все колеса автосамосвала имеют тяговые электродвигатели. При этом каждая пара электродвигателей соединена последовательно и подключена к зажимам своего силового выпрямителя. Автосамосвал прошел цикл испытаний в объединении «Якут-уголь», но промышленный выпуск указанной модификации не осуществлялся.
В 1990–1992 гг. были разработаны и прошли карьерные испытания дизель-троллейвозы грузоподъемностью 120 т. Отличительной особенностью указанных машин являлась возможность их работы на выездной траншее от контактной сети постоянного тока номинальным напряжением 750 В (использовалась передвижная подстанция), а при работе на подъездных путях к экскаватору и в отвале питание машины осуществлялось от дизель-генераторной установки.
Автосамосвалы грузоподъемностью 75, 110 и 180 т в настоящее время выпускаются серийно, причем их тяговые электроприводы постоянно модернизируются. В период 1985–1990 гг. были разработаны и производятся электроприводы нового поколения, их основными отличительными качествами являются:
переход на переменно-постоянный ток (синхронный — генератор неуправляемые выпрямители — тяговые электродвигатели постоянного тока);
выполнение силовой цепи по схеме электрического дифференциала, предусматривающей последовательное соединение тяговых электродвигателей с силовым выпрямителем и тем самым обеспечение равенства токов и моментов тяговых электродвигателей;
отсутствие вращающегося возбудителя главного генератора, система его возбуждения — статическая от специальной обмотки, расположенной на статоре генератора;
система автоматического регулирования унифицирована для всех моделей самосвалов и выполнена на базе микроэлектронных компонентов, предусматривает широкие функции диагностики электрооборудования.
Необходимо отметить зарубежные разработки тяговых электроприводов большегрузных карьерных автосамосвалов. Это, например, тяговый электропривод автосамосвалов японской фирмы «Комацу» с колесной формулой 4×2 и грузоподъемностью 120 т, которые широко используются в карьерах России и других стран СНГ. Тяговый электропривод указанных самосвалов (электрооборудование разработано и поставляется фирмой «Toe электрик») выполнен на переменно-постоянном токе с параллельным подключением двух тяговых электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением к неуправляемому силовому выпрямителю. Система автоматического регулирования выполнена на микросхемах малой и средней степени интеграции, в электроприводе самосвала используются электромагнитные силовые контакторы тягового и тормозного режимов, а также блок вентилируемых тормозных резисторов, т.е. тяговый электропривод самосвала «Комацу» весьма близок к электроприводам первого поколения автосамосвалов БелАЗ.
Силовая цепь по схеме электрического дифференциала реализована на американских самосвалах «Юклид» грузоподъемностью 134 т с колесной формулой 4×2, также используемых в карьерах стран СНГ. Разработчиком и изготовителем электрооборудования для самосвала «Юклид» является американская фирма «Дженерал электрик». Электропривод самосвала «Юклид» также выполнен на переменно-постоянном токе с неуправляемым выпрямителем тягового синхронного генератора и статической системой возбуждения от специальной обмотки, расположенной на статоре тягового генератора. Отличительной особенностью тягового электропривода самосвала «Юклид» по сравнению с отечественными электроприводами нового поколения является использование тяговых электродвигателей с независимым возбуждением.
В разработку и внедрение тяговых электроприводов для большегрузных карьерных автосамосвалов БелАЗ наибольший вклад внесли следующие отечественные ученые и инженеры, а также организаторы производства и науки: З.Л. Сироткин, СИ. Каган, А.П. Пролыгин, Ю.И. Фельдман, Ю.М. Андреев, Я.А. Брискман, А.Д. Машихин, М.П. Аскинази, В.В. Селиверстов, Г.И. Дорогуш, B.C. Краснов и др. [8.30–8.33].
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Читайте также
6.2.3. ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
6.2.3. ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Пионером советского тягового электромашиностроения был завод «Электрик» (г. Санкт-Петербург), который в начале 1924 г. изготовил десять двигателей мощностью 110 кВт при частоте вращения 660 об/мин для тепловоза с
5.2.3. Тяговые и тормозные элементы при установке опор
5.2.3. Тяговые и тормозные элементы при установке опор При установке опор используются следующие элементы: тяговые и тормозные механизмы, канаты и элементы такелажа, монтажные стрелы, шарниры, соединительные элементы, якори, элементы закрепления фундаментов.На установке
Источник
Тяговое электрооборудование РУСЭЛПРОМ для карьерных самосвалов БЕЛАЗ
На предприятиях, занимающихся открытой разработкой полезных ископаемых, в последние годы активно идет процесс внедрения карьерных самосвалов большой грузоподъемности, использующих в качестве трансмиссии электрический привод переменно-переменного тока.
О традиционных тяговых электрических приводах постоянного тока известно даже людям далеким от карьерной техники. В сравнении с ним привод переменно-переменного тока позволяет повысить надежность самосвала, снизить стоимость жизненного цикла и одного тонно-километра перевозок. Это достигается за счет повышения ресурса работы элементов электромеханической и преобразовательной части привода, увеличения тягового и тормозного усилий, расширения скоростного диапазона их эффективного действия, повышения максимальной скорости движения груженого самосвала и эффективности электропривода в целом.
Дополнительное преимущество — существенное повышение качества управления самосвалом практически во всех режимах движения, достигаемое за счет повышения быстродействия и точности отработки заданного момента, введения специфических режимов работы, таких как антипроскальзывание колес и удержание самосвала в неподвижном состоянии.
Имеющиеся на данный момент в этой области единичные технические решения не удовлетворяют потребителей либо по стоимости самого продукта и его сервисного обслуживания (как в случае с импортными производителями), либо по его качеству (как в случае с отечественными).
КОМПЛЕКТЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ РУСЭЛПРОМ
Конструкторы концерна РУСЭЛПРОМ разработали комплекты тягового электрооборудования (КТЭО) переменно-переменного тока для применения в карьерных самосвалах БЕЛАЗ грузоподъемностью 240 и 90 тонн, в целом не уступающие импортным КТЭО, а по ряду показателей превосходящие технические характеристики ведущих мировых производителей, но более привлекательные по стоимости изделия и издержкам эксплуатации. Давайте рассмотрим преимущества и отличительные особенности КТЭО-Русэлпром.
В качестве генератора в КТЭО используется синхронная машина с электромагнитным возбуждением, оснащенная двумя группами 3-фазных обмоток на статоре, сдвинутых на 30 градусов, питающих два неуправляемых выпрямителя, выполненных на изолированных диодных модулях на нитрид-алюминиевой керамике, установленных на радиаторы с жидкостным охлаждением. Емкостный фильтр выполнен на пленочных конденсаторах с многослойной ламинированной шиной.
Жидкостное охлаждение всех силовых приборов выполняется посредством циркуляционного насоса с асинхронным двигателем, управляемым от собственного IGBT-инвертора (ИПСОХ).
- Циркуляционный насос с асинхронным двигателем
- © www.ruselprom.ru
Групповое принудительное воздушное охлаждение теплообменников, а также обмоток синхронного тягового генератора (СТГ) и тяговых асинхронных двигателей (ТАД) производится крыльчаткой вентилятора, установленного на валу СТГ. В отличие от КТЭО БЕЛАЗ-240 система охлаждения шкафа преобразователей и системы управления (ШПСУ) КТЭО БЕЛАЗ-90 является чисто воздушной.
В первых образцах КТЭО использованы интеллектуальные силовые модули 4-го поколения SKiiP-4 фирмы Semikron с повышенной до +175°С температурой чипов и увеличенной в 5 раз стойкостью к термоциклированию, полученной за счет применения технологии низкотемпературного спекания (вместо традиционной пайки чипов) и прижимной конструкции внутренней шины. Модули оптимизированы под транспортное применение, позволяют снизить потери, повысить надежность и обеспечить расширенные диагностические возможности системы. Параллельно проработаны варианты альтернативного использования в ШПСУ силовых модулей других производителей, положительно зарекомендовавших себя на рынке силовой электроники.
Силовой преобразователь системы возбуждения тягового генератора (СВТГ) выполнен по схеме: неуправляемый выпрямитель — понижающий DC/DC преобразователь на IGBT-чоппере с ШИМ.
- Силовой преобразователь системы возбуждения тягового генератора (слева) и емкостный фильтр на пленочных конденсаторах (справа)
- © www.ruselprom.ru
Для реализации защитных функций также используются сигналы датчиков перегрева обмоток и подшипниковых узлов СТГ.
ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КТЭО
Оптимизированная по КПД адаптивно-векторная система управления тяговыми приводами позволяет существенно повысить качество управления самосвалом во всех режимах его работы, существенно повысить общий КПД системы «силовой преобразователь — двигатель» в зависимости от скорости движения и нагрузки. Она обеспечивает максимально полное использование возможностей силовой электроники и электрических машин, тем самым минимизируя стоимость КТЭО при заданном уровне предельной механической характеристики. В результате, КПД трансмиссии с данным КТЭО достигает 88%, а погрешность отработки заданного момента не превышает 5% во всем диапазоне скоростей и нагрузок.
Система управления приводом инвариантна к более чем 2-х кратным изменениям активных сопротивлений и индуктивностей электрических машин, возникающим в процессе эксплуатации КТЭО, учитывает процессы в стали магнитопроводов, обеспечивает предельное значение быстродействия контура регулирования момента в условиях, наложенных на систему физических ограничений, надежно работает при очень широком диапазоне регулирования переменных в области ослабления поля (более 15:1), что позволяет сформировать требуемые тяговую и тормозную характеристики самосвала вплоть до 65 км/час.
- Карьерные самосвалы БЕЛАЗ-75585 (грузоподъемность 90 тонн) и БЕЛАЗ-75318 (240 тонн)
- © www.ruselprom.ru
Для повышения надежности функционирования инверторов ТАД в предельных режимах реализован частотно-зависимый температурный дерейтинг. Данная функция контролирует максимальную величину выходного тока инвертора (электромагнитного момента двигателя) в зависимости от текущего значения выходной частоты и температуры подложки IGBT-модуля таким образом, чтобы не было превышено предельное значение температуры кристаллов. Функция реализована на основе динамической тепловой модели силовых модулей и позволяет достигнуть максимального использования возможностей силовых ключей в пределах выбранного типоразмера. Проверка функционирования выполнена для всего спектра выходных частот инвертора, в том числе при работе с заторможенным валом, когда разница между средними и пиковыми значениями температуры кристаллов достигает 50 °C.
Трехконтурная система регулирования возбуждением СТГ настроена на отработку ступенчатого наброса/сброса номинальной нагрузки в звене постоянного тока (ЗПТ) за 50 мс по критерию компромисса между быстродействием и уровнем пульсаций напряжения ЗПТ.
Контроллер верхнего уровня (КВУ) по шине CAN управляет контроллером дизеля и контроллерами силовых преобразователей. Управление оборотами дизеля осуществляется с использованием алгоритмов оптимизации потребления топлива в зависимости от условий движения и загрузки. Алгоритмы управления движением включают функции антибукса, антиюза и противоотката при остановке на уклоне.
В качестве опции КТЭО может поставляться со встроенной системой управления микроклиматом (СУМК) ШПСУ, предназначенной для повышения надежности работы оборудования в условиях воздействия экстремально низких температур окружающей среды, их резких перепадов и проникновения влаги внутрь герметичного корпуса шкафа, например, при его открытии или разгерметизации во влажной среде. Основными задачами СУМК являются: диагностика температуры и влажности внутри ШПСУ при работе и простое самосвала; выявление и автоматическое устранение последствий воздействия резких перепадов температур и влаги. Программно-аппаратные средства СУМК включают в себя встроенный подогрев, пассивные и активные элементы влаговыведения, систему управления потоком охлаждающего воздуха, алгоритм просушки силовых элементов КТЭО (силовых модулей, ТАДов, СТГ, УВТРов) на безопасно-низком напряжении, алгоритм холодного старта и безопасного выхода в рабочие режимы.
- Функциональная схема КТЭО БЕЛАЗ-240
- © www.ruselprom.ru
В качестве дополнительной опции в КТЭО реализован режим управления самосвалом без датчика скорости/положения на валу тяговых двигателей. В связи с тем, что датчик скорости на данный момент является одним из самых ненадежных элементов в тяговых электроприводах большой мощности, то его устранение без сколь-нибудь существенного снижения предельных характеристик и качества управления самосвалом является одним из эффективных способов повышения надежности системы в целом, снижения трудоемкости и себестоимости изготовления самого КТЭО, а также его технического обслуживания.
Стендовые испытания КТЭО-Русэлпром проводились на испытательных площадках ООО «Русэлпром-СЭЗ» (г. Сафоново) и в составе самосвала — на полигоне ОАО «БЕЛАЗ» и в ходе опытной эксплуатации в угольных разрезах Кузбасса. КТЭО успешно выдержали все проверки.
- Стендовые испытания КТЭО-Русэлпром
- © www.ruselprom.ru
В настоящее время в процессе эксплуатации находятся четыре самосвала грузоподъемностью 90 тонн и один самосвал грузоподъемностью 240 тонн. Все результаты — положительные. В стадии организации находится серийное производство КТЭО-Русэлпром объемом до 100 штук в год с перспективой его расширения по мере необходимости. Выпуск КТЭО развертывается на предприятиях концерна под уже подтвержденные заказы от ОАО «БЕЛАЗ» и непосредственно от обслуживающих организаций. Сформированы службы сервиса и технического обслуживания, производится обучение персонала обслуживающих организаций. В стадии разработки находится КТЭО самосвала грузоподъемностью 136 тонн, выполняются работы по удешевлению, повышению надежности и расширению его функциональных возможностей.
С учетом всех вышеперечисленных преимуществ, стоимость КТЭО-Русэлпром в изделии и, что не менее важно, в техническом обслуживании значительно ниже импортных аналогов. Дальнейшее внедрение комплекта предполагается осуществлять не только в составе новых карьерных самосвалов, выпускаемых ОАО «БЕЛАЗ», но и непосредственно на эксплуатирующих предприятиях, проводящих модернизацию своего парка самосвалов, электропривод которых по каким-то причинам вышел из строя либо не устраивает по техническим характеристикам.
Источник