CC BY
40
Babokin Gennady Ivanovich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,
Kolesnikov Evgeny Borisovich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,
Stavtsev Vitaly Andreevich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,
Malkov Sergey Borisovich, senior teacher, malkov568@mail. ru, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University
УДК 621.316.726
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ШАХТНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
В. Г. Куницкий
Приведены результаты теоретических исследований специального устройства защитного отключения для шахтных комбинированных электрических сетей, питаемых транзисторным преобразователем частоты (ШИМ ПЧ), разработанного на базе серийно выпускаемого промышленностью устройства защиты, использующего в качестве оперативного постоянный или импульсный, содержащий постоянную составляющую, ток. Предложено дополнительное устройство индикатор асимметрии, обеспечивающее работоспособность такого устройства.
Ключевые слова: устройство защитного отключения, преобразователь частоты, оперативный ток, индикатор асимметрии.
Внедрение в горное производство частотно-регулируемого электропривода требует разработки специальных устройств защитного отключения (УЗО), работоспособных в шахтных комбинированных электрических сетях [1].
Использование в комбинированных сетях УЗО для сетей синусоидального тока промышленной частоты оказалось невозможным из-за их неработоспособности в комбинированных сетях, обладающих рядом специфических особенностей [1], [2]. Экспериментальные исследования показали, что при возникновении и симметричной, и несимметричной утечек на участке переменного тока промышленной частоты (УПЧ) УЗО, выпускаемые серийно для шахтных электрических сетей синусоидального тока постоянной частоты и использующие в качестве оперативного постоянный, или импульсный, содержащий постоянную составляющую, ток, прак-
тически полностью выполняют функцию защиты [3]. Если утечки возникают на участке переменного тока изменяющейся частоты (УИЧ), то в некоторых случаях наблюдаются ложные срабатывания УЗО, отключающего сеть при сопротивлениях изоляции в 2-3 раза превышающих допустимые значения. При возникновении несимметричной утечки на участке постоянного тока (УПТ) происходят либо ложные срабатывания (утечка с полюса «+» выпрямителя), либо УЗО не срабатывает даже при коротком замыкании на землю с полюса «-» выпрямителя преобразователя частоты (ПЧ) [3].
Изложенное выше подтверждает необходимость создания специальных средств защиты для шахтных комбинированных электрических сетей. Одним из направлений решения этой проблемы является расширение функциональных возможностей выпускаемых промышленностью для шахтных электрических сетей переменного тока промышленной частоты УЗО, работающих на постоянном или импульсном, содержащем постоянную составляющую, оперативном токе. Для обеспечения работоспособности таких УЗО в шахтных комбинированных сетях авторами предложено специальное устройство - индикатор асимметрии (ИА), функциональная схема которого приведена на рис. 1. Основными элементами схемы являются измерительный мост постоянного тока ИМПТ, в плечи которого включены полюсные сопротивления изоляции звена постоянного тока Я+, Я. и переменные сопротивления Я1, Я2, а также «противоинвертор» БК с блоком переменных сопротивлений БАС. ИА предназначен для совместной работы с УЗО, воздействуя на его исполнительный орган и срабатывая только при несимметричной утечке с отрицательного полюса выпрямителя ПЧ, или заданной асимметрии сопротивлений полюсов выпрямителя Я+ и Я, относительно земли. При этом ИА не должен реагировать на другие утечки и не приводить к ложным срабатываниям УЗО.
Для подтверждения работоспособности системы «УЗО-ИА» были приведены теоретические исследования на математической модели участковой комбинированной электрической сети, приведенной на рис. 2 с ПЧ, обеспечивающим управление инвертором напряжения в режиме синусоидальной симметричной широтно-импульсной модуляции (ШИМ), УЗО и ИА. Модель составлена с учетом общепринятых допущений, принимаемых при анализе таких сетей. Влияние постоянного оперативного тока УЗО, подключенного к сети на УПЧ, не учитывалось, так как оно устраняется регулировкой переменных сопротивлений Я1 и Я2 ИА.
В таблице приведены варианты включения транзисторов инвертора рассматриваемого типа. Обозначение элементов схемы рис. 2 соответствует обозначению элементов схемы защищаемой сети с ПЧ и ИА, приведенной на рис. 1.
Схема включения ключей инвертора
№ Замкнуты ключи в полюсах
п/п Полюс «+» Полюс «-»
1 - К2, К4, К6
2 К1, К3, К5 -
3 К1 К4, К6
4 К1, КЗ К6
5 КЗ К2, К6
6 КЗ, К5 К2
7 К5 К2, К4
8 К1, К5 К4
9 К1 К4
Анализ полученных результатов позволил получить зависимости основного параметра ИА - напряжение разбаланса ии ИМПТ - от степени асимметрии полюсных сопротивлений Я-/Я+ при различных значениях параметров сети, от характера, величины и места возникновения утечки и от схемы включения ключей инвертора. В качестве примера на рис. 3 приведены три граничные кривые из семейства кривых, отражающие зависимость ии от степени асимметрии полюсных сопротивлений относительно земли при минимально допустимых сопротивлениях изоляции на УПЧ и УИЧ. Полученные зависимости позволяют установить порядок предварительной настройки ИА и выбрать его уставку срабатывания применительно к конкретному типу ПЧ и с учетом параметров защищаемой сети.
Рис. 1. Функциональная схема индикатора асимметрии
\~5^--------
Яа' К2'
—л-Яв’ К4
I Г1~
Яс' Кб'
—-Яа К2
Яв К4
I [=]
Яс Кб
Я2
£
\ ии 1
Рис. 2. Расчетная схема замещения защищаемой сети с индикатором асимметрии
По результатам проведенных теоретических исследований была скорректирована разработанная ранее функциональная схема ИА и установлено следующее:
1. При отсутствии в схеме ИА «противоинвертора», даже при симметрии полюсных сопротивлений и их значительной величине, в измерительной диагонали моста (ИМПТ) появляется переменное напряжение прямоугольной формы, обусловленное влиянием инвертора ПЧ. Частота этого напряжения равна несущей частоте инвертора или кратна ей, а амплитуда определяется величиной выходного напряжения ПЧ и может достигать больших значений, что отрицательно сказывается на работе ИА.
2. При работе индикатора асимметрии (ИА) с «противоинвертором» и симметрии сопротивлений полюсов УПТ напряжение ии в измерительной диагонали ИМПТ, при отсутствии утечек на других участках комбинированной сети, равно нулю, т.е. «противоинвертор» устраняет отрицательное влияние инвертора ПЧ на работу ИА.
3. При появлении асимметрии Я+ и Я- и когда несимметричная утечка (т.е. «однополюсная»утечка) возникает с полюса « - » выпрямителя, в измерительной диагонали ИМПТ появляется постоянное напряжение ии Ф 0, величина которого тем больше, чем выше степень асимметрии полюсных сопротивлений. Полярность этого напряжения такова, что и на выходе усилителя - детектора У присутствует постоянное напряжение. Если оно достигает уставки срабатывания ИА, то на выходе индикатора
Цп +
асимметрии появляется сигнал, воздействующей на исполнительной орган УЗО, которое в этом случае отключает защищаемую сеть.
4. Если несимметричная утечка возникает с полюса «+» выпрямителя, то в измерительной диагонали ИМПТ также появляется постоянное напряжение, но меняется его полярность и на выходе усилителя-детектора. У ИА напряжение равно нулю, равно нулю и напряжение на выходе ИА. Но в этом случае, если утечка достигает недопустимой величины, УЗО срабатывает само, отключая защищаемую сеть.
ии Зависимость IIи от степени асимметрии полюсных сопротивлений
250
200
150
100
50
о
-*-1Ч+=0,1 МОм; т=Р(2=10МОм -л-К+=0,5 МОм; 1*1=1*2=10 МОм -»-Р!+=10МОм; Е*1=Р12=10МОм
Рис. 3. Зависимость ии от степени асимметрии полюсных
сопротивлений
5. Если и симметричная, и несимметричная утечки возникают на УПЧ и УИЧ, срабатывает само УЗО, отключая защищаемую сеть. При возникновении несимметричной (или однофазной) утечки в 1 кОм на УИЧ (т.е. происходит прикосновение человека) в измерительной диагонали ИМПТ кратковременно появляется переменное напряжение прямоугольной формы частота которого равна или кратна несущей частоте инвертора, но в этом случае через время 1ср<0,1с срабатывает УЗО, отключающее защищаемую сеть. Переменная составляющая в напряжении ии подавляется фильтром Ф ИА и на выходе ИА напряжение отсутствует.
Таким образом, проведенные теоретические исследования показали, что применение индикатора асимметрии (ИА) совместно с УЗО для шахтных электрических сетей переменного тока промышленной частоты, работающими на постоянном, или импульсном, содержащем постоянную составляющую, оперативном токе, позволяет использовать такие УЗО и в комбинированных шахтных электрических сетях.
о 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Список литературы
1. Бабокин Г.И., Щуцкий В.И., Серов В.И. Частотно-регулируемый электропривод горных машин и установок. М.: Издательский центр РХТУ им. Д.И. Менделеева, 1998. 239 с.
2. Щуцкий В.И. Бабокин Г.И., Куницкий В.Г. Исследование токов утечки в шахтной электрической сети с частотно-регулируемым электроприводом // Электробезопасность. 1995. №2. С. 5-11.
3. Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Лазарев А.И. Экспериментальное исследование условий работы устройств защитного отключения в сети с преобразователем частоты // Электробезопасность. 1996. № 3-4. С.31-41.
Куницкий Виталий Григорьевич, канд. техн. наук, доц., кафедра «Электротехника», Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева
MATHEMATICAL MODEL to MINE MULTIFUNCTION ELECTRIC NETWORK
V.G. Kunickiy
The Broughted results theoretical investigation special device of the defensive unhooking for mine multifunction electric networks, supplied by transistor converter of the frequency (SEW PCH),designed on the base serial commercially available device of protection, using as operative constant or pulse- whine, containing constant forming, current. It Is Offered additional device - an indicator of аsymmetry, providing capacity to work such device.
Key words: device of the defensive unhooking, converter of the frequency, operative current, indicator to asymmetries.
Kunickiy Vitaliy Grigorievich, an assistant professor, candidate of the technical sciences, docent, pulpit "Electrical engineering", Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk ’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University
УДК 62-83: 621.313.2
ОЦЕНКА МОМЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА ПРИ СТОПОРЕНИИ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА
О.В. Леонов, Г.И. Бабокин
Разработана математическая модель процесса стопорения рабочего органа очистного комбайна для выемки угля. Получены зависимости динамики нарастания момента сопротивления на валу асинхронного двигателя частотно-регулируемого электропривода очистного комбайна при стопорении препятствиями различной жёсткости.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, очистной комбайн, препятствие, жёсткость, стопорение, момент сопротивления.
