РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ГОРНОГО КОМБАЙНА Российский патент 2003 года по МПК E21C35/24 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для управления горными машинами с регулируемым приводом подачи, обеспечения оптимизации режимов работы, контроля нагруженности и защиты электродвигателей резания и подачи от перегрузок и опрокидываний.

Известно устройство управления горной машиной, включающее задатчик нагрузки, выход которого соединен с первым входом первого элемента сравнения, датчик нагрузки электродвигателей резания горной машины, соединенный со вторым входом первого элемента сравнения, регулятор нагрузки, два усилителя, выпрямитель, второй элемент сравнения, сумматор и источник опорного сигнала, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход задатчика нагрузки через первый усилитель соединен с первым входом второго элемента сравнения, выход которого через последовательно соединенные выпрямитель и второй усилитель соединен со вторым входом сумматора, выход датчика нагрузки электродвигателя резания горной машины соединен со вторым входом второго элемента сравнения, выход первого элемента сравнения соединен с входом регулятора нагрузки (А.с. СССР 1476125, Кл. Е 21 С 35/24, 1987 г.).

В этом решении защита электродвигателей резания от перегрузки осуществляется регулированием положения комбайна в направлении, перпендикулярном плоскости очистного забоя, т.е. изменением ширины захвата исполнительного органа, что нарушает прямолинейность очистного забоя и затрудняет управление механизированным комплексом.

Известен также регулируемый электропривод горного комбайна, включающий преобразователь частоты, к выходу которого подключены электродвигатели подачи, датчики тока электродвигателей подачи, датчики тока электродвигателей резания, блоки выделения максимального сигнала, элемент сравнения, регулятор нагрузки, источники опорного сигнала, пороговый элемент, сумматор, задатчик интенсивности и пускатели (А.с. СССР 1795096, Кл. Е 21 С 35/24, 1989 г.).

Существенными недостатками решения являются недостаточное быстродействие, низкая оперативность при перестройке параметров системы автоматического регулирования, отсутствие дополнительной независимой токовой защиты электропривода резания от перегрузки, отсутствие защиты аппаратуры управления и силовых цепей от перенапряжений и электромагнитных помех, что является причиной сбоев в работе, недостаточной надежности и низкой производительности горной машины.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является регулируемый электропривод горного комбайна, включающий преобразователи частоты, к выходам которых подключены электродвигатели подачи, датчики тока электродвигателей подачи, датчики тока электродвигателей резания, блоки выделения, элемент сравнения, источники опорного сигнала, пороговый элемент, сумматор, регулятор нагрузки, задатчик интенсивности и пускатели. Регулируемый электропривод выполнен из станции управления с камерами вводов и электроблока комбайна с возможностью раздельного расположения, преобразователи частоты снабжены входными электромагнитными и выходными синусоидальными фильтрами и подключены к соответствующим электродвигателям подачи, а блоки выделения максимального сигнала, элемент сравнения, регулятор нагрузки, источники опорного сигнала, пороговый элемент и сумматор выполнены на базе микропроцессоров контроллеров станции управления и комбайна. Электродвигатели резания соединены с магнитными пускателями через камеры вводов станции управления. Контроллер станции и контроллер комбайна снабжены модулями защиты от перенапряжений и модулями оптической связи, а выход контроллера комбайна соединен с входом контроллера станции управления электрическим или оптоволоконным кабелем. Станция управления или электроблок комбайна снабжены дополнительными блоками независимой токовой защиты электродвигателей резания от перегрузки (Свидетельство на полезную модель 14741, Кл. Е 21 С 35/24, 2000 г.) - принято за прототип.

Основными недостатками прототипа являются необходимость установки двух преобразователей частоты и подключения каждого электродвигателя привода подачи к своему преобразователю частоты отдельным силовым электрическим кабелем, что требует дополнительного места в кабелеукладчике, увеличивает его жесткость, а следовательно, и радиус петли изгиба, применения дополнительных аппаратных и программных средств для обеспечения синхронной работы преобразователей частоты, подключения электродвигателей только через станцию управления, что требует, в свою очередь, дополнительных мер по электробезопасности в связи с необходимостью подвода напряжения до 1140 В к высоковольтным аппаратам, дополнительного рабочего объема для размещения оборудования, увеличения габаритов станции управления и др.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в регулируемом электроприводе горного комбайна, состоящем из преобразователя частоты, к выходу которого подключены электродвигатели подачи, датчиков тока электродвигателей подачи и резания, входного и выходного электромагнитных фильтров, контроллеров станции управления и комбайна, модулей защиты от перенапряжений или модулей оптической связи, дополнительных блоков независимой токовой защиты электродвигателей резания от перегрузки, задатчика интенсивности, преобразователь частоты выполнен в виде единого моноблока, установленного во взрывонепроницаемой оболочке станции управления с камерой вводов, расположенной на вспомогательном штреке, электродвигатели привода подачи подключаются к преобразователю частоты одним силовым электрическим кабелем, а регулирование нагрузки и защита каждого электродвигателя подачи от перегрузок обеспечиваются токовыми датчиками и бортовым контроллером, установленным в электроблоке комбайна.

Кроме того, блоки независимой токовой защиты электродвигателей резания от перегрузки и опрокидывания и датчики тока электродвигателей резания размещены в камере аппаратов станции управления, а выходы датчиков тока резания соединены с соответствующими входами контроллера станции управления.

Кроме того, электродвигатели резания соединены с магнитными пускателями непосредственно через камеру вводов электроблока комбайна, блоки независимой токовой защиты от перегрузки и датчики тока резания размещены в камере аппаратов электроблока комбайна, а выходы датчиков тока резания соединены с соответствующими входами контроллера комбайна.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого решения и достигаемым техническим результатом следующая:
Признак - "преобразователь частоты выполнен в виде единого моноблока, установленного во взрывонепроницаемой оболочке станции управления с камерой вводов" обеспечивает параллельную и синхронную работу электродвигателей подачи с питанием по одному силовому электрическому кабелю, уменьшение габаритов станции управления, повышение надежности работы станции управления.

Признак - "электродвигатели привода подачи подключаются к преобразователю частоты одним силовым электрическим кабелем" позволяет уменьшить количество силовых питающих электрических кабелей и габариты кабелеукладчика, увеличить гибкость и подвижность траковой цепи кабелеукладчика, уменьшить габариты камеры вводов станции управления, снизить затраты на кабельную продукцию, повысить надежность работы выемочного оборудования.

Признак - "регулирование нагрузки и защита каждого электродвигателя подачи от перегрузок обеспечивается токовыми датчиками и бортовым контроллером, установленным в электроблоке комбайна" обеспечивает надежную работу электропривода и индивидуальную защиту каждого электродвигателя подачи от перегрузок и опрокидываний при одновременном упрощении аппаратной части и конструкции станции управления.

Признак - "блоки независимой токовой защиты от перегрузки и опрокидывания и датчики тока электродвигателей резания размещены в камере аппаратов станции управления, а выходы датчиков тока резания соединены с соответствующими входами контроллера станции управления" позволяет существенно сократить габариты электроблока, что особенно необходимо в комбайнах для маломощных пластов, и сократить количество жил кабеля управления.

Признак - "электродвигатели резания соединены с магнитными пускателями непосредственно через камеру вводов электроблока комбайна, блоки независимой токовой защиты от перегрузки и датчики тока резания размещены в камере аппаратов электроблока комбайна, а выходы датчиков тока резания соединены с соответствующими входами контроллера комбайна" обеспечивает минимальные габариты штрековой станции управления, позволяет организовать управление комбайном по минимальному числу жил кабеля управления и повысить надежность электрооборудования.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении надежности электропривода горного комбайна, уменьшении количества кабелей управления и силовых электрических кабелей питания от штрековой станции управления до комбайна, снижении затрат на кабельную продукцию и аппаратные средства станции управления при сохранении ресурса и высокой эффективности работы очистного оборудования.

На чертеже показана структурная схема регулируемого электропривода горного комбайна.

Регулируемый электропривод горного комбайна включает станцию управления 1 с камерой вводов 2 и камерой аппаратов 3, расположенную на выемочном штреке, и электроблок 4 с камерой вводов 5 и камерой аппаратов 6, расположенный на комбайне. Станция управления 1 и электроблок 4 соединены между собой силовыми кабелями 7 и кабелями управления 8. На комбайне установлены электродвигатели резания 9 и 10 и электродвигатели подачи 11 и 12. Электродвигатели резания 9 и 10 соединены с соответствующими электромагнитными пускателями 13 и 14 через блоки независимой токовой защиты 15 и датчики тока резания 16.

Первый вход преобразователя частоты 17 соединен с пускателем 18 или с пускателем 13 через автоматический выключатель 19, быстродействующие предохранители 20, контактор 21 и входной электромагнитный фильтр 22, а выход преобразователя частоты соединен с электродвигателями подачи через выходной электромагнитный фильтр 23 и датчики тока 24.

Преобразователь частоты 17 соединен с контроллером 25 станции управления 1. В камере аппаратов 6 электроблока 4 установлен контроллер 26 комбайна. Вход контроллера 25 станции управления 1 соединен с выходом контроллера 26 комбайна оптоволоконным или электрическим кабелем управления 7, а первый вход контроллера комбайна соединен с задатчиком интенсивности 27. Контроллеры 25 станции управления и 26 комбайна снабжены модулями защиты линий связи от перенапряжений 28 или модулями оптической связи 29. Для обеспечения взрывобезопасности в станции управления 1 и в электроблоке 4 комбайна установлены дроссели-короткозамыкатели 30, исполнительные элементы которых воздействуют на аварийные электрические цепи системы электропитания. Датчики тока 24 электродвигателей подачи 11 и 12 соединены со вторым и третьим входами контроллера 26 комбайна, а датчики тока 16 электродвигателей резания 9 и 10 соединены соответственно со вторьм и третьим входами контроллера 25 станции управления 1.

Поддержание температуры и влажности внутри камеры аппаратов 3 станции управления 1 и камеры аппаратов 6 электроблока 4 обеспечивается блоком контроля климатических условий 31, а контроль утечки в силовых электрических кабелях питания подачи и резания - блоком контроля изоляции 32. Исполнительные элементы блока контроля климатических условий 31 и блока контроля изоляции 32 воздействуют на аварийные цепи системы питания.

Питание аппаратов станции управления 1 и электроблока 4 обеспечивается от источника питания 33.

Электропривод работает следующим образом.

Питание на преобразователь частоты 17 станции управления 1 подают включением магнитного пускателя 18 или 13 и автоматического выключателя 19, а на электроблок 4 комбайна - включением магнитных пускателей 13 и 14. Далее включается контактор 21 и напряжение поступает на вход преобразователя частоты 17 через быстродействующие предохранители 20 и входной электромагнитный фильтр 22. Встроенный контроллер преобразователя частоты 17, контроллер 25 станции управления и контроллер 26 комбайна производят тестирование состояния и исправности системы управления и силовых цепей преобразователя частоты 17, станции управления 1 и комбайна и подготовку их к работе.

После пуска электродвигателей резания 9 и 10 токовые сигналы от датчиков тока резания 16 поступают на аналоговые входы контроллера 25 станции управления и обрабатываются его микропроцессором, который, в свою очередь, готовит команду на включение преобразователя частоты 17.

В установившемся режиме работы электропривода горного комбайна сигналы задания скорости подачи с задатчика интенсивности 27, установленного на пульте управления комбайна, поступают на вход контроллера 26 комбайна и далее, в обработанном виде, передаются через модули защиты от перенапряжений 28 по электрическому кабелю или через модуль оптической связи 29 по оптоволоконному кабелю на контроллер 25 станции управления, вырабатывающий соответствующие управляющие сигналы задания режимов работы преобразователя частоты 17. Способ передачи управляющих сигналов определяется конфигурацией сборки контроллеров 25 и 26 станции управления и комбайна.

В случае перегрузки, при увеличении токов электродвигателей резания 9 и 10 или электродвигателей подачи 11 и 12 выше заданных максимальных значений, контроллеры 25 станции управления и 26 комбайна обрабатывают электрические сигналы, поступающие от датчиков тока 16 электродвигателей резания и датчиков тока 24 электродвигателей подачи, и формируют команду на уменьшение скорости подачи. Соответствующая команда на уменьшение выходной частоты преобразователя частоты 17 выдается контроллером 25 станции управления 1. Происходит уменьшение скорости вращения и нагрузки электродвигателей подачи 11 и 12 и соответственно скорости подачи комбайна, что приводит к снижению нагрузки на исполнительные органы комбайна и, соответственно, на электродвигатели резания и уменьшению тока резания до заданной величины токовой уставки.

При дальнейшем снижении нагрузки и соответственно тока резания контроллеры 25 станции управления и 26 комбайна выдают команду на увеличение скорости подачи комбайна. Контроллер 25 станции управления отрабатывает команду на увеличение выходной частоты преобразователя частоты 17, пропорционально которой увеличиваются частота вращения электродвигателей подачи 11 и 12 и скорость подачи комбайна, до заданного задатчиком интенсивности 27 значения.

При затянувшемся пуске электродвигателей подачи 11 и 12 сигналы от датчиков тока 24 электродвигателей подачи обрабатываются контроллером 26 комбайна, который формирует команду на отключение и выдает по электрическому или оптоволоконному кабелю на контроллер 25 станции управления команду на отключение преобразователя частоты 17.

Отключение преобразователя частоты 17 производят установкой задатчика интенсивности 27 в нулевое положение. При этом от контроллера 26 комбайна по электрическому или оптоволоконному кабелю, в контроллер 25 станции управления поступает сигнал на остановку комбайна. Далее сигнал на остановку обрабатывается и поступает в контроллер преобразователя частоты, который останавливает электродвигатели подачи 11 и 12 с заранее заданной интенсивностью торможения. Отключение контактора 21 при этом не происходит.

При затянувшемся пуске электродвигателей резания 9 и 10 сигналы от блоков независимой токовой защиты 15 поступают на отключающие устройства магнитных пускателей 13 и 14, которые выключают питающее напряжение комбайна.

При отключении электродвигателей резания 9 и 10 на входы контроллера 25 станции управления перестают поступать сигналы от датчиков тока резания 16, а в контроллер преобразователя частоты поступает команда на отключение. После остановки электродвигателей привода подачи 11 и 12 происходит отключение контактора 21.

Взрывозащита регулируемого электропривода обеспечивается взрывобезопасными зазорами корпусов станции управления 1 и электроблока 4 и с помощью дросселей-короткозамыкателей 30, исполнительные элементы которых воздействуют на аварийные электрические цепи системы электропитания.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для управления горными машинами с регулируемым приводом подачи. Задача изобретения - повышение надежности электропривода горного комбайна, уменьшение количества кабелей управления и силовых электрических кабелей питания от штрековой станции управления до комбайна, снижение затрат на кабельную продукцию и аппаратные средства станции управления при сохранении ресурса и высокой эффективности работы очистного оборудования. Устройство содержит преобразователь частоты, к выходу которого подключены электродвигатели подачи, датчики тока электродвигателей подачи и резания, входной и выходной электромагнитные фильтры, контроллеры станции управления и комбайна, модули защиты от перенапряжений или модули оптической связи, дополнительные блоки независимой токовой защиты электродвигателей резания от перегрузки и задатчик интенсивности. Преобразователь частоты выполнен в виде единого моноблока, установленного во взрывонепроницаемой оболочке станции управления с камерой вводов, расположенной на вспомогательном штреке. Электродвигатели привода подачи подключены к преобразователю частоты одним силовым электрическим кабелем. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Регулируемый электропривод горного комбайна, включающий преобразователь частоты, к выходу которого подключены электродвигатели подачи, датчики тока электродвигателей подачи и резания, входной и выходной электромагнитные фильтры, контроллеры станции управления и комбайна, модули защиты от перенапряжений или модули оптической связи, дополнительные блоки независимой токовой защиты электродвигателей резания от перегрузки и задатчик интенсивности, отличающийся тем, что преобразователь частоты выполнен в виде единого моноблока, установленного во взрывонепроницаемой оболочке станции управления с камерой вводов, расположенной на вспомогательном штреке, электродвигатели привода подачи подключаются к преобразователю частоты одним силовым электрическим кабелем, а регулирование нагрузки и защита каждого электродвигателя подачи от перегрузок обеспечивается токовыми датчиками и бортовым контроллером, установленным в электроблоке комбайна. 2. Регулируемый электропривод горного комбайна по п. 1, отличающийся тем, что блоки независимой токовой защиты электродвигателей резания от перегрузки и опрокидывания и датчики тока электродвигателей резания размещены в камере аппаратов станции управления, а выходы датчиков тока резания соединены с соответствующими входами контроллера станции управления. 3. Регулируемый электропривод горного комбайна по п. 1, отличающийся тем, что электродвигатели резания соединены с магнитными пускателями непосредственно через камеру вводов электроблока комбайна, блоки независимой токовой защиты от перегрузки и датчики тока резания размещены в камере аппаратов электроблока комбайна, а выходы датчиков тока резания соединены с соответствующими входами контроллера комбайна.