Способ управления горной машиной Советский патент 1993 года по МПК E21C35/24 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при реализации технологических процессов на горно-добы- еающих и горно-перерабатывающих предприятиях с механизмами, имеющими главный асинхронной привод и вспомогательные асинхронные приводы.

Цель изобретения - повышение производительности удаленной от узла нагрузки горной машины путем оптимального принудительного поддержания напряжения на ее вводе в зависимости от режима работы, обусловленного операцией технологическо - го процесса и напряжения питающей сети.

На фиг.1 представлено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - устройство управления продольно- поперечным регулятором напряжения сети.

Способ управления горной машиной 1, основанный на оптимизации нагрузки главного двигателя, включающий непрерывное измерение устройством управления исполнительным элементом горной машиной 2 тока главного двигателя, напряжения сети 3 на вводе 4 горной машины, активную и реактивную мощность, потребляемые из сети, там же преобразуют результаты измерений, в электрические сигналы, сравнивают их с соответствующими заданными оптимальными значениями, одновременно дополнительно устройством управления 5 продольно-поперечного регулятора напряжения 6 измеряют ток и реактивную мощность на вводе 4 горной машины, так же преобразуют результаты измерений в электрические сигналы, задают уровни сигнала

ел

тока, соответствующие пусковому и эксплуатационным режимам, задают уровни первого, второго и третьего возможных эксплуатационных режимов потребления реактивной мощности, сравнивают полученные сигналы с соответствующими заданными уровнями, в период .существования максимального сигнала тока, что соответствует пусковому режиму горноймашийы, . осуществляют продольно-поперечгёым регулятором напряжения повышения напряжения на вводе 4 горной машины компенсацией.реактивной составляющей напряжения питающей сети путем управления коммутирующими устройствами 7 таким образом, что первая 8, вторая 9 и третья 10 секции батареи конденсаторов 11 включены последовательно между собой и вольтодобавкой, которая осуществляется последовательным трансформатором 12, после завершения пускового режима устройством управления 5 по результатам сравнения сигнала текущего эксплуатационного режима потребления реактивной мощности горной машиной с заданными уровнями определяют первый, второй или третий режим потребления реактивной мощности горной машиной, для каждого из которых путем управления коммутирующими устройствами 7 продольно-поперечного регулятора б таким образом, что при первом режиме потребления реактивной мощности первая секция 8, при втором секции 8, 9 и при третьем секции 8, 9, 10 батареи конденсаторов 11 включаются . параллельно питающей сети 3, осуществляя поддержание напряжения на вводе 4 компенсацией 8 питающей сети 3 индуктивной составляющей тока сети, при этом последовательный трансформатор 12 осуществляет вольтодобавку на вводе 4 горной машины при любом режиме потребления реактивной мощности горной машиной 1, изменен- , ный продольно-поперечным регулятором -напряжения 6уровень напряжения на вводе 4 горной машины 1 устройством управления исполнительным элементом 2 используется для корректирования закона управления скоростью подачи исполнительного элемента 13, на входы которого 14, 15 сигналы управления поступают с выходов 16, 17 устройства управления 2 исполнительным элементно 13,

Устройство управления горной машиной.

При описании-устройства управления горной машиной опущено подробное описание работы устройства управления исполнительным элементом 2, которое приведено в прототипе.

Устройство управления горной машиной (фиг. 1) содержит устройство управления исполнительным элементом 2 горной машины 1, к выходам 16, 17 которого подсоединены входы 14, 15 исполнительного органа 13 горной машины 1, также содержит прочие механизмы 18 горной машины 1, последовательный трансформатор 12 с первичной 19 обмоткой Wi с зажимами 20, 21 и вторичной

0 Wa 22 с зажимами 23, 24, три;8,9,10 секции с зажимами 25-30 батареи конденсаторов 11, с тремя 31-33 управляемыми ключами с силовыми входами 34-42 и силовыми выходами .43, 44, 45, 46, 47, 48 и 49, 50, 51 и входами управления соответственно 52, 53, 54 и устройством управления продольного поперечным регулированием напряжения. 5, силовой выход 55 которого соединен со входом 4 горной машины 1, к которому подсоединены силовой вход 56 устройства управления исполнительным органом 2 и силовой вход 57 вспомогательных приводов

18 горной машины 1, а первичная обмотка

19 последовательного трансформатора 12 включена в рассечку питающей сети 3, первый 20 зажим ее подсоединен к сети 3, а второй 21 к силовому входу 58 устройства управления продольно-поперечного регулирования напряжения сети 5, выходы управления 59, 60, 61 которого с сигналами Zr,Zz: 2з соединены со входами управления 52, 53, 54 управляемых ключей 31. 32, 33, силовые входы 34, 35, 36 первого 31 силового ключа соединены с фазами сети 3 соответственно А, В, С, а его силовые выходы 43, 44, 45 соединены со вторыми 26 зажимами первой 8 секции конденсаторной батареи 11 и с первыми зажимами 27 второй ее секции 9, ко вторым 28 зажимам которой подсоединены первые зажимы 29 третьей секции 10 и силовые выходы 46, 47,48 второго 32 ключа, силовые входы 37, 38, 39 которого подключены в сети 3 в последовательности В, С, А, а силовые 40,41,42 входы третьего 32 ключа подсоединены к сети в последовательности С, А, В, а его силовые выходы 49, 50, 51 подсоединены ко вторым 30 зажимам третьей 10 секции батареи конденсаторов 11 и первым 23 зажимам вторичной 22 обмотки последовательного трансформатора 12, а первые зажимы 25 первой секции 8 батареи конденсаторов 11 соединены между собой, также как вторые 24 зажимы вторич- ной обмотки 22 последовательного 5 трансформатора 12 соединены между собой, а в устройстве управления продольно-поперечным регулированием напряжения 5 сети 3 реализованы функции управления ключам :

U; 2г () Х2 л U; 2з

.

5

0

5

0

5

0

5

0

где Xi и уровни сигналов тока установившегося и пускового режимов;

Ха и Ха - уровни режима индуктивной реактивной мощности потребляемой горной машиной;5

U - сигнал источника питания исполнительного устройства управляемого ключа.

Возможная реализация устройства управления продольно-поперечным регулированием напряжения сети представлена на 10 фиг.2. Устройство содержит включенный в рассечку сети 3 трансформатор тока 62 с выходом 63, подключенный своим входом 64 к сети 3, трансформатор напряжения 65 с выходом 66,преобразователь синусои- 15 дальнего тока в сигнал постоянного тока (ПТ) 67 со входом 68 и выходом 69 с сигналом Хч, преобразователь реактивной индуктивной трехфазной мощности в сигнал постоянного тока ПР 70 со входами по току 20 71 и напряжения 72 и выходом 73 с сигналом Ха, две 74, 75 ветви сравнения с задан- ными уровнями тока и реактивной, мощности со входами 76, 77 и 78, 79 и 80,8t с сигналами соответственно XL и Ха, Ха 25 в представленной реализации первая ветвь 74 состоит из одного стабилитрона 82, а ветвь 75 из двух 83, 84, последовательно соединенных стабилитронов, три логических элемента: один И-НЕ 85 и два 86, 87 30 элемента И с входами соответственно 88-93 и выходами 94, 95, 96, с сигналами Уз, Уа, У1 три транзистора 97, 98, 100 со входами 101- 106 и входами 107, 1.08, 109, три катушки реле 110, 111, 112 с зажимами 1 3-118 и 35 выходами 59, 60, 61 с сигналами Zi, Za, Zs, три диода 119,120,121 с выходами 122,123, 124 и вводы 125,126 независимого источника питания катушек реле 110,111, 112, причем выход 63 трансформатора тока 62 40. соединен с токовым входом 71 ПР 70 и входом 68 ПТ 67, выход которого 69 соединен со входом 76 первой ветви сравнения 74, вы ходы которой 78, 79 соединены со входами 89, 88 элемента И - НЕ 85, выход которо- 45 о 94 с сигналом Уз соединен с первым входом 105 транзистора 100, выход которо- го 109 соединен с зажимом 113 катушки реле 110, второй зажим 114 которой через диод 119 соединен с зажимом 126 незави- 50 симого источника питания катушек реле, к зажиму которого 126 также, но через диод 120 соединен второй зажим 116 реле 111, первый зажим 115 которого соединен с выходом 108 тиристора 99, первый вход кото- 55 рого соединен с выходом 95 элемента И 86, с сигналом Уа, входы которого 90, 91 соединены соответственно с выходом 94 элемента И-НЕ 85 и выходом 80 второй 75 ветви сравнения, который является выходом средней точки последовательно соединенных стабилитронов 83, 84, вход которой 77 соединен с выходом 73 ПР 70, вход по напряжению 72 которого соединен с выходом 66 трансформатора напряжения 65, а выход 81 второй 75 ветви последовательно соединенных стабилитронов 83, 84 соединен со входом 93 второго элемента И 87, вход которого 92 соединен с выходом 94 элемента И-НЕ, а выход 96 с сигналом У1 элемента И 87 соединен со входом 101 транзистора 98, выход которого 107 соединен с первым зажимом 117 катушки реле 112, второй зажим которой 118 через диод 121 соединен с зажимом 126 независимого источника питания катушки реле, второй зажим 125 которого соединен со входом 102, 104, 106 транзисторов 98, 99, 100.

Возможная реализация устройством управления исполнительным элементом горной машины 2 соответствует устройству управления, которое содержит датчик тока главного двигателя 127, который через усилитель 128 соединен со входом первого блока сравнения-129, датчик напряжения 130, который через преобразователь 131 соединен со входом второго 132 блока сравнения; датчики активной 133 и реактивной 134 мощностей, входы которых соединены с выходами датчиков тока 127 и напряжения 130, а выходы со входами соответственно третьего 135 и четвертого 136 блоков сравнения, причем выходы всех блоков сравнения соединены со входами по току I; напряжению U; активной Р и реактивной Q мощностям, блока управления 137 регулятора нагрузки 138.

Следует отметить, что второстепенные, но необходимые для работы элементы схем пофиг.1 и 2 предусмотрены, но не включены в описание для его упрощения.

.Работа устройства для реализации предлагаемого способа управления горной машиной.

Пуск горной машины.

Пуск любого мощного привода сопровождается значительными пусковыми тока- ми (кратность к номинальному от 5 до 7) и значительное снижение уровня напряжения в узле нагрузки (до 40% от номинального) з течение времени от 10 до 40 с, в зависимости от исходного уровня напряжения сети. Стабилизация уровня напряжения на вводе горной машины при пуске асинхронного двигателя может быть осуществлена с помощью продольно-емкостной компенсации .реактивной составляющей напряжения сети. . .

В предлагаемом способе и устройстве при пуске горной машины через трансферматор тока 62 проходит пусковой ток, с выхода 63 трансформатора тока 62 его вторичной синусоидальный ток (не превышающий 5 А в период пуска) поступает на вход 68 преобразователя тока ПТ 67, с выхода 69 которого сигнал постоянного напряжения Xv пропорциональный пусковому току поступает на вход 76 первой ветви сравнения с; заданными уровнями 74, у которой уровень постоянного напряжения срабатыва- ния стабилитрона пропорционален максимально допустимому току главного двигателя, при превышении которого устройство управления исполнительным органом горной машины 2 осуществляет команду сброс нагрузки или уменьшение подачи. Предположим, эта величина на 10% превышает номинальный ток главного двигателя. Поскрльку пусковой ток превышает указанное значение, то произойдет срабатывание стабилитрона 82, что приведет к формированию на выходах 78, 79 первой ветви сравнения 74 сигналов Xi Xi 1, кбторые подаются соответственно на входы 89,-88 элемента .И - НЕ 85, что формирует на его выходе 94 сигнал Уз 0, который подается на вход 105 транзистора 100, одновременно сигнал Уз 0 подается на входы 90 и 92 элементов И 86 и 87, что формирует на их выходах 95, 96 сигналы У-i Уа 0, которые .подаются на входы 103, 101 транзисторов , что заставляет все три транзистора 98, 99, 100 находится в запертом состоянии, токи в катушках реле 110, 111, 112 отсутствуют и на выходах 59, 60, 61 сигналы Zi

-Z2 Z3 0..

, Эти сигналы подаются на входы управления 52,53.54 управляемых ключей 31, 32,

33, что поддерживает их в исходном нор- мальйо-разомкнутом состоянии, а это значит, что три последовательно соединенные секции 8, 9, 10 батареи конденсаторов 11 осуществляют продольную компенсацию реактивной составляющей напряжения се- ти через последовательный трансформатор 12, причем в зависимости от кратности пускового тока число витков первичной Wi 19. и вторичной Wz 22 обмоток последовательного трансформатора подбираются таким об- разом, чтобы в пусковом режиме напряжение на зажимах каждой последовательно соединенной секции 8, 9,10 батареи конденсаторов 11 было номинальное напряжение, т.е. напряжение на зажимах 23, 24 вторичной обмотки,Л/2 22 последовательного трансформатора 12 было равно 2,6 VH нагрузки. В этом случае установленная мощность батареи конденсаторов 11 будет использована полностью при продольной

компенсации реактивной составляющей напряжения питающей сети.

Работа горной машины в установившемся режиме.

После завершения пускового режима ток через трансформатор тока 62 снижается до величины, не превышающей номинальный ток главного двигателя, т.е. с выхода 63 трансформатора тока 62 на вход 68 преобразователя тока 67 поступает синусоидальный ток, величина которого недостаточная для создания сигнала Xi на выходе 69 ПТ 67 достаточного, при его подаче на вход 76 первой ветви сравнения 74, для срабатывания стабилитрона 82 ветви сравнения 74, указанное обстоятельство приводит к тому, что на выходах 78 и 79 первой ветви сравнения 74 сигналы соответственно Xi 1 и Xi 0. Это сигналы подаются на входы 89 и 88 элемента И-НЕ, что формирует на его выходе 94 сигнал , который п одается на вход 105 транзистора 100, на входе 106 которого сигнал (постоянно), что отпирает транзистор 100 и через катушку реле 110 начинает протекать ток, с выхода 6 устройства управления продольно-поперечным регулированием напряжения сети 5 на вход управления 54 третьего ключа 33 поступаетсигнал , что приводит его в замкнутое состояние, это приводит к тому, что на первые зажимы 23 вторичной обмотки 22 последовательного трансформатора 12 и на первые зажимы 30 третьей секции 10 батареи конденсаторов 11 будут поданы потенциалы фаз в последрвательности С, А, В. Поскольку одновременно с . первой ветвью сравнения 74 работает и вторая ветвь сравнения с заданными уровнями 75,работа устройства управления продольно- поперечным регулятором напряжения сети 5 будет происходить по одному из трех путей, определяемым операциями технологическое го процесса.

Нагрузка на входе горной машины такова, что реактивная мощность не превышает 10% от номинальной, т.е. сигнал Ха постоянного напряжения, пропорциональный этой реактивной мощности с выхода 73 преобразователя реактивной мощности 70, который подается на вход 77 второй ветви сравнения с заданными уровнями 75 недостаточен для срабатывания первого 83 стабилитрона ветви 75, а это формирует на выходах 80, 81 ветвисравнения 75 сигналы Х2 0, которые, будучи поданы на входы 93,91 элементов И 87, 86лформируют на их выходах 96, 95 сигналы Уч Уа 0, которые,будучи поданы на входы 101, 103 Транзисторов 98, 99 заставляют их быть в запертом состоянии, что определяет.отсутствие тока в катушках 112, 111, что формирует на их

выходах 59, 60 сигналы Zi Za 0, которые подаются на входы управления 52, 53 ключей 31, 32, что поддерживает их в разомкнутом состоянии. Таким образом в результате осуществленных коммутационных операций последовательный трансформатор 12 оказывается включенным по схеме вольто- добавочного трансформатора с питанием вторичной обмотки 22 от сети питания 3, а секции 8,9,10 батареи конденсаторов 11 соединены в каждой фазе последовательно между собой, следовательно, к каждой фазе, образованной звезды конденсаторов приложено напряжение в 3 раза меньше линейного напряжения нагрузки, поскольку для максимального использования установленной мощности конденсаторной батареи 11 при последовательном соединении секций 8, 9, 10 напряжение на концах 25, 30 последовательно ветви должно быть 2,6 номинального линейного напряжения нагрузки, то в рассматриваемом случае на зажимах 25, 30 ветви последовательных конденсато- .ров напряжение почти в 4,5 раза меньше оптимально допустимогод.е/установленная мощность конденсаторов используется примерно на 5% (т.к. мощность зависит от квадрата напряжения), Т.е. в указанном случае, который может соответствовать режиму холостого хода горной машины, имеет место повышение напряжения на входе горной машины вольтодобавочным трансформатором 12 л за счет компенсации реактивной мощности потребляемой горной машиной, количественное значение которой составляет около 5% от установленной мощности конденсаторов.

Нагрузка на входе горной машины такова, что ее реактивная составляющая равна или несколько превышает 50% номинального значения реактивной мощности, потребляемой горной машиной. В этом случае сигнал Х2 постоянного напряжения, пропорциональный этой реактивной мощности, с выхода 73 преобразователя реактивной мощности, с выхода 73 преобразователя реактивной мощности 70, который подается на вход 77 второй ветви сравнения с заданными уровнями 75 достаточен для срабатывания первого 83 из последовательно соединенных стабилитронов, что формирует на.выходах 8,0, 81 ветви сравнения 75 сигналы 1 О, которые будучи поданными на входы соответственно 91,93 элементов 86,87, формирует на их выходах 95, 96 сигналы УЗ 1 и Уз О, ,,которые подаются из входы 103, 101 транзисторов 99, 98, что отпирает транзистор 99 и оставляет в запертом состоянии транзистор 98, а это приводит к протеканию тока по катушке реле 111 и отсутствию тока в катушке реле 112, а это формирует на выходах 60, 59 реле 111, 112 и устройства управления продольно-поперечным регулятором 5 сигналы соответственно 7.2 1 и Zi 0, которые 5 подаются на входы 53, 52 управляемых ключей 32, 31, первый из которых при этом замыкается, а второй остается в разомкнутом состоянии. Замыкание управляемого ключа 32 приводит к тому, что на зажимы 29

0 третьей секции 10 батареи конденсаторов

11 и на зажимы 28 второй секции 9 батареи

конденсаторов 11 подано трехфазное на.пряжение с последовательностью фаз В, С.

А, а это приводит к тому, что третьи секции

5 10 батареи конденсаторов 11 включены по Схеме треугольник на линейное напряжение сети 3. Поскольку номинальное напряжение конденсаторов этой секции равно линейному напряжению сети, то установ0 ленной мощностью третьих секций 10 полностью используется на компенсацию реактивной мощности потребляемой нагрузкой, что составляет 33% от установленной мощности конденсаторной батареи 11.

5 При этом вторая 9 и первая 8 секции батареи конденсаторов 11 остаются включенными между собой последовательно, три фазы последовательно соединенных секций 8, 9 соединены по схеме звезда, которая

0 подключена к питающей сети 3, причем вновь образованная звезда из двух 8, 9 секций конденсаторной батареи 11 способна реализовать 13,5% установленной мощности батареи конденсаторов 11 т.к.

5 напряжение на них в 2,7 раза меньше максимально-допустимого, которое составляет 1,6 от линейного напряжения питающей сети 3. Т.о. суммарная мощность, генерируемая батареей конденсаторов 11, составляет

0 в сумме более 46%, т.е. будет иметь место

поперечная компенсация реактивной мощ ности с одновременной вольтодобавкой,

которая осуществляется последовательным

трансформатором 12, который работает в

5 режиме вольтодобавочного.

Нагрузка на входе горной машины номинальная и ее реактивная составляющая равна или несколько превышает установленную мощность батареи конденсаторов

0 11. В этому случае сигнал Ха постоянного напряжения, пропорциональный этой реактивной мощности нагрузки, с выхода 73 преобразователя реактивной мощности 70, который подается на вход 77 второй ветви,

5 сравнения 75, достаточен для срабатывания и второго 84 из последовательно соединенных стабилитронов, что формирует на выходах 80,81 ветви сравнения) сигналы Х2 АЗ 1, которые, будучи поданными на входы 91. 93 логических элементов 86, 87 формируют на их выходах 95, 96 сигналы У2 Vi 1. которые подаются на входы 103,101 транзисторов 99, 98, что отпирает транзисторы 99,98 и.по катушкам реле 111,112 протекает ток, что формирует на выходах 60, 59 реле 111, 112 и устройства управления продольно-поперечным регулятором напряжения 5, сигналы Zi - Za 1, которые подаются на Bkoflbi 53, 52 управляемых ключей 32, 31, которые при этом замыкаются. Замыкание ключей 32, 31 приводит к тому, что на зажимы 29 третьей секции 10 и на зажимы 28 второй секции 9 батареи конденсаторов 11 подано трехфазное напряжение с последовательностью фаз В, С, А, а на зажимы 27 второй секций 9 и зажимы 26 первой секции 8 батареи конденсаторов 11 подано трехфазное напряжение с последовательностью фаз А, В, С, а это приводит к тому, что параллельно нагрузке на номинальное напряжение включено два треугольника, один из которых составляет третьи 10, а второй вторые 9 секции батареи конденсаторов 11, при этом первая 8 ее секция, соединенная по схеме звезда1 также осуществляет поперечную компенсацию реактивной мощно- сти нагрузки, поскольку номинальное напряжение первой секции 8 в 3 раз мень: шё линейного напряжения питающей сети, то установленные мощности секций 8, 9, 10 конденсаторной батареи 11 в этом случае будут на 100% использован на компенсацию реактивной мощности нагрузки А последовательный трансформатор 12 будет дополнительно обеспечивать вольтодобав- ку нянагрузке, -:;:-;Н -:: .. ;- Таким образЬм, как следует из вышеприведенных- способа и устройства выполняется основная цель, указанная в формуле, а именно увеличение производительности горной машины, которая осуществляется сокращением времени пуска при максимальном использовании установленной мощности конденсаторной батареи; рациональным использованием поперечной компенсации при различных режимах работы

горной машины, обусловленных технологическим процессом, рациональным использованием исследовательного трансформатора, который при пуске позволяет максимально использовать установленную мощность батареи конденсаторов, а в установившихся режимах осуществлять режим вольтодобавочного трансформатора.

Формула изобретения Способ управления горной машиной,

заключающийся в измерении тока главного двигателя направления питающей сети, активной и реактивной мощностей, потребляв-, мых главным двигателем, сравнении измеренных величин с заданными иуправлении скоростью подачи горной машины по результатам сравнения, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения производительности удаленной от узла нагруз ки горной машины за счет стабилизации напряжения на ее

вводе, задают значение тока и три диапазона реактивной мощности, измеряют ток и реак- тивную мощность, потребляемые горной машиной, сравнивают их с заданными, при превышении измеренным током заданной

величины осуществляют повышение напряжения на вводе горной машины компенсацией реактивной составляющей напряжения питающей сети и вольтодобав- кой, при значении измеренного тока меньше заданной величины определяют, какому диапазону соответствует измеренное значение реактивной мощности,.и в соответствии с этим осуществляют повышение напряжения на вводе горной машины компенсацией в питающей сети индуктивной составляющей тока, потребляемого горной машиной, и вольтодобавкрй.

.Г

/77,

1

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам управления горной машиной (ГМ), .позволяет повысить производительность удаленной от узла нагрузки ГМ за счет стабилизации напряжения на ее вводе. Измеряют ток и реактивную мощность потребляемые ГМ, сравнивают их с заданными значениями, при превышении измеренным током заданной величины.продольно-поперечным регулятором 6 напряжения осуществляют повышение напряжения на вводе ГМ компенсацией реактивной составляющей напряжения питающей сети с вольтодобавкой. При значении- измеренного тока меньшим заданной величины определяют, какому диапазону соответствует измеренное значение реактивной мощности, и в соответствии с этим первой, второй и третьей секциями батареи конденсаторов осуществляют повышение напряжения на вводе ГМ компенсацией в питающей сети индуктивной составляющей тока, потребляемого ГМ, и вольтодобавкой. 2 ил.

А Ю I

22 2

&uzj