История внедрения НПЧ-АД на шагающем экскаваторе

В настоящее время частотно-регулируемый привод (ЧРП) стал обычным видом техники, достоинства которого многократно доказаны на практике. Сотни тысяч преобразователей частоты работают в различных отраслях хозяйства. Но были и первые экспериментальные образцы, опыт эксплуатации которых доказал: ЧРП на самом деле имеет неоспоримые преимущества и широкие перспективы для применения. Одним из наиболее значимых этапов в истории развития ЧРП в России, стало его успешное применение в качестве главного привода шагающего экскаватора. Связано это с тем, что режимы работ и условия эксплуатации этих узлов экскаваторов являются одними из тяжелейших в промышленности. Эти приводы работают в повторно-кратковременном режиме с частым изменением направления вращения с интенсивным торможением (время цикла около одной минуты). На экскаваторах постоянно присутствует повышенная вибрация, значительная запыленность. Оборудование находится фактически на открытом воздухе, и защищено только от прямого попадания атмосферных осадков. К этим особенностям добавляется также низкое качество электроэнергии, характерное для горнодобывающих предприятий, которое существенно влияет на работоспособность механизмов.
Впервые в СССР частотно-регулируемый привод установили на шагающем экскаваторе в 1989 г. Это произошло на разрезе "Сафроновский" п/о "Востсибуголь" в Иркутской области. В качестве экспериментальной машины был выбран экскаватор ЭШ-20 / 90 № 39 (20 - объем ковша в м3, 90 - длина стрелы в метрах, 39 - заводской номер). Специально для данного типа экскаватора был разработан электропривод ЧУП-1, предназначенный для регулирования скорости основных механизмов, оснащенных трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. ЧУП-1 является непосредственным преобразователем частоты (НПЧ-АД). ЧУП-1 был первым в мире НПЧ-АД, установленном на шагающем экскаваторе. За рубежом на экскаваторах в те годы применяли ЧРП с промежуточным звеном постоянного тока. Силовая схема ЧУП-1 содержит силовой трансформатор типа ТРСЗП-2500 (6000/520 В); три реверсивных мостовых тиристорных преобразователя (ТП) на тиристорах Т253-800 24 класса; статорные обмотки двигателей, каждая из которых состоит из трех обмоток, соединенных в звезду. В приводах подъема и тяги используются по два двигателя с параллельным соединением статорных обмоток, в приводе поворота - четыре двигателя. Каждый из трех ТП получает со стороны шин переменного тока питание 520 В, 50 Гц, а со стороны шин выпрямленного тока дает напряжение с амплитудой от 0 до 750 В и частотой от 0 до 30 Гц . В приводах подъёма и тяги применены двигатели ДАЭ 2500-1500 У3 (f=33 Гц, P=1050 кВт, ?=104,7 s-1, U=860 В, I=561 А), в приводе поворота - двигатели ДАЭВ 2500-1500У3 (f=10 Гц, P =465 кВт, ?=29,1 s-1, U=860 В, I=280,5 А). Для получения информации о работе силовой схемы привода используются датчики тока, напряжения и скорости. Система управления электроприводом ЧУП-1 позволяет получить все необходимые для экскаваторного электропривода характеристики. Следует особо отметить, что в ЧУП-1 применены изделия только советского производства. Разработанные оригинальные технические решения позволили получить уникальные характеристики привода. Так, впервые была достигнута выходная частота преобразователя в 60% частоты сети. До этого пределом считались 40%. Увеличение максимальной частоты в полтора раза позволило расширить потенциальную область применения НПЧ-АД.
За годы работы ЧУП-1 продемонстрировал высокие технические характеристики, удобство в эксплуатации, высочайшую надежность. Одним из существеннейших требований к экскаваторному электроприводу является его совместимость с оператором-машинистом (система человек-машина). По оценкам машинистов, ЧУП-1 значительно превосходит по этому параметру привода постоянного тока. Он позволяет гораздо быстрее и качественнее производить необходимые технологические операции, при этом уменьшаются эмоциональное напряжение и утомляемость машинистов, а их работоспособность в течении смены изменяется в меньших пределах. Для механизмов, управляемых непосредственно людьми, это очень существенный показатель, напрямую влияющий на производительность и экономические показатели. История ЧУП-1, возможно, интересна в большей степени не столько своими формальными техническими и экономическими достижениями, сколько примером организации самого процесса внедрения. При этом следует учитывать время, место действия и условия, в которых рождался новый привод. В конце 80-х годов на экскаваторах преобладала система управления главными приводами, построенная на магнитных усилителях. Единичные образцы тиристорных преобразователей (ТП) использовались в системах возбуждения электрических машин, т.е. были сравнительно маломощными.
Специалистов по обслуживанию ТП было мало, в основном это были недавние выпускники вузов, самостоятельно осваивавшие новые образцы техники. Система ТП-Д постоянного тока на экскаваторе считалась последним достижением техники, но пригодностть вызывала сомнения, в основном, по причине общего недоверия к качеству отечественной техники. О применении ЧРП большой мощности на экскаваторе в провинции речи вообще казалось невозможным. Для того чтобы разработать и быстро и успешно внедрить ЧРП на достаточно большом экскаваторе в подобных условиях, от конструкторов требовались не только знания и опыт, но и громадная вера в собственные силы. А также отличные организаторские способности. Следует отметить, что разработчики и министерство угольной промышленности СССР достаточно серьезно отнеслись к своему изделию.
Еще на стадии проектирования привода было определено предприятие, на котором будет работать новый экскаватор с ЧУП-1. Для этого было выбран разрез, обладавший наиболее грамотными специалистами и с опытом освоения новой техники. В состав экипажа экскаватора вошли наиболее подготовленные и ответственные работники разреза. Многие из них и до этого были участниками значительных событий в нашей стране и имели яркую биографию. Опыт успешного внедрения нового образца техники в отечественных условиях, несомненно, заслуживает внимания и изучения как специалистами по приводу, так и специалистами по организации производства. Годы эксплуатации ЧУП-1 подтвердили высказывания знатоков отечественного электропривода М.Г.Чиликина и А.С.Сандлера о том, что экономические выгоды частотного регулирования особенно существенны для приводов, работающих в тяжелых условиях.
Белобородов А.И.
E-mail: stefando@mail.ru