Шагающий экскаватор ЭШ10-70
2.2 Сравнительный анализ систем электропривода
Статические полупроводниковые системы электропривода ТП-Д, НПЧ-АД, АИТ-АД, АИН (ШИМ) - АД по сравнению с электромашинной системой Г-Д обеспечивают ряд преимуществ: экономия электроэнергии на 10-12%, снижаются динамические нагрузки на механизмы, увеличивается их надежность, несколько увеличивается производительность машин, снижаются затраты на обслуживание и ремонт агрегатов, улучшаются массогабаритные характеристики приводов.
Системы электроприводов НПЧ-АД, АИТ-АД применялись как промежуточные при попытках исключить машину постоянного тока а регулируемых электроприводах, но в настоящее время они не находят массового применения.
Отсюда для привода подъема экскаватора наиболее эффективными являются две системы ТП-Д и АИТ-АД.
При первичном сравнении данных систем прослеживается двигатели постоянного тока в системе ТП-Д сложные, требующие частого обслуживания, что делает их эксплуатацию дорогой; к тому же они имеют низкую степень защиты. Двигатели переменного тока (асинхронные двигатели) просты и надежны, не нуждаются в обслуживании, имеют более низкую цену, и кроме того более высокую степень защиты. Ни при более детальном рассмотрении возможности применения системы АИТ-АД в приводе экскаваторов показывает что двигатель постоянного тока выгоднее асинхронного при продолжительной работе на низких скоростях и для широкого диапазона скоростей при постоянной мощности. Перегрузочная способность в кратковременном режиме зависит не только от параметров двигателя, но в большой степени от характеристик преобразователя частоты / тиристорного преобразователя. Чем шире диапазон скоростей, в котором двигатель может выдать максимальную мощность, тем он лучше может быть адаптирован к процессам, требующим обеспечения постоянного момента во всем диапазоне скоростей (рис 2.2).
а
б
Рисунок 2.2 - Рабочие характеристики двигателей:
а - Механическая характеристика приводов постоянного тока
б - Механическая характеристика частотно-регулируемых приводов
Ограничение мощности связано с максимальным моментом асинхронного двигателя, уменьшающимся обратно квадрату скорости (1/n2). Ограничение мощности связано с уменьшением коммутационной способности коллекторного двигателя постоянного тока.
Кроме того в преобразователях частоты два контура преобразования энергии (AC > DC и DC > AC), т.е. потери мощности удваиваются по сравнению с приводами постоянного тока.
а
б
Рисуное 2.3 - Коммутационные процессы в преобразователях систем:
а - ТП-Д
б - АИТ-АД
Результат - коммутация в преобразователях частоты происходит с большой частотой и в выходном напряжении появляется высокочастотная составляющая, и могут возникнуть проблемы с электромагнитной совместимостью.
Потери мощности, полученные эмпирическим путем следующие: ПТ-Д - 0.8 %.1.5 % от номинальной мощности; АИТ-АД - 2 %.3.5 % от номинальной мощности. Место, требуемое для размещения шкафа преобразователя мощностью от 100 kW: ППТ - 100 %, ЧРП - 130 %.300 %. Это преимущество приводов постоянного тока обуславливает уменьшение размера и стоимости электрошкафа и системы охлаждения.
Основные недостатки системы ТП-Д:
применение аналоговой системы управления с низкой помехоустойчивостью, сложность в настройке и нестабильностьи параметров.
щеточно-коллекторный контакт.
В настоящее время, скомпенсированы применением:
цифровых систем управления ТП с цифровыми датчиками скорости датчики типа энкодера, резольвера;
современному коллекторному узлу с углеродистым щеткам и оптимизированному полю возбуждения.
В зависимости от механических условий эксплуатации, интервал замены смазки в двигателях переменного тока может быть соизмерим, а зачастую и меньше, чем ресурс щеток коллекторного двигателя.
Поскольку для привода подъема экскаватора нужно обеспечить высокодинамичные режимы с постоянным моментом вращения, жесткими требованиями по перегрузочной способности в широком диапазоне скоростей и рекуперацию энергии обратно в сеть применяем систему электропривода ТП-Д [4]