Noi metode si echipamente pentru eficientizarea proceselor de transport a carbunelui,
reducerea consumurilor specifice energetice in vederea introducerii in fabricatie.

 

Sistem de comanda cu microcontroler si convertizor static cu IGBT

Sistemul are rol de corelare optima, in flux continuu, a regimurilor de lucru cu consumurile energetice ale utilajelor de excavare din carierele de lignit.


Utilizare:
Referitor la sistemele de transportoare cu banda de cauciuc de mare capacitate se mentioneaza urmatoarele:
  • consumul specific mediu de energie pentru transport este cu mult mai mare fata de cel pe plan mondial (0,10 KWh/ to Km) in special datorita rezistentei mari la rostogolire a rolelor;
  • indicele redus de utilizare intensiva a excavatoarelor cu rotor – ca utilaje conducatoare in fluxul tehnologic – atrage dupa sine un indice redus de utilizare intensiva a sistemelor de transportoare cu banda de cauciuc cu efecte defavorabile atat asupra uzurii elementelor in miscare (role si banda transportoare), cat si asupra consumului specific global de energie la transport.

Descriere: Cu sistemul de comanda cu microprocesor si convertizor static realizam optimizarea functionarii transportoarelor prin corelarea optima a regimului de lucru cu consumurile energetice in flux continuu si cu posibilitatea integrarii in sistemul de dispecerizare din carierele de carbune energetic. Scopul realizarii echipamentului si sistemului este de a obtine un coeficient de utilizare maxim in conditiile unui consum specific de energie minim posibil pentru transportoare.
Principiul de realizare: Principiul de realizare se bazeaza pe posibilitatea functionarii motorului asincron bobinat cu viteza redusa (in functie de cantitatea de material transportat) si recuperarea energiei de alunecare.

Spre deosebire de metoda clasica existenta de conectare la inele a unei rezistente de reglare ce primeste puterea Pe si o transforma in caldura, aceasta putere se va recupera si in consecinta reglajul puterii in limite largi devine avantajos.

Schema bloc a echipamentului propus este prezentata in figura de mai jos.

Schema bloc

Convertizorul static din figura contine o punte redresoare trifazata necomandata cu diode, cu circuit de filtrare, un invertor de tensiune trifazat in tehnologie IGBT si un transformator ridicator de tensiune. Puterea Pe este preluata de convertizorul de frecventa si dupa ce este redresata, este trecuta la frecventa f1 a retelei si transmisa acesteia prin intermediul transformatorului Tr.

Deoarece, cum s-a arátat, cea mai mare parte a puterii Pe, importanta la viteze reduse, se recupereaza, iar elementele din schemá suplimentare motorului (convertizorul de frecventa si transformatorul) sunt caracterizate prin randamente relativ ridicate, pierderile totale sunt reduse, astfel ca randametul instalatiei, pentru o plaja larga de turatii este cu totul satisfacator.

Caracteristicile mecanice M=f(s) sunt rigide, spre deosebire de varianta de actionare cu reostate, deoarece convertizorul din circuitul rotorului este ca o rezistenta echivalenta pe faza variabila cu incarcarea. Recuperarea energetica, optimizarea consumurilor de energie electrica se bazeaza pe preluarea puterii de alunecare din circuitul rotoric de catre convertizorul de frecventa, adaptarea/sincronizarea frecventei si tensiunii de la iesirea acestuia la parametrii retelei si injectarea puterii active in retea.

Calitatea energiei electrice nu este afectata prin faptul ca nu se introduc perturbatii in retea si scade energia disipata fata de solutiile clasice, existente.

Blocul numeric de comanda se bazeaza pe procesoare, calcul vectorial si logica fuzzy. Blocul numeric asigura afisarea locala a parametrilor, configurare si comunicatia cu nivelul ierarhic superior, fir RS 485 cu separare galvanica. Sistemul de actionare aduce avantaje nete in transportul de material excavat si in reducerea sensibila a costurilor specifice pe tona de carbune/steril:

  • cresterea coeficientului de utilizare de la 0.2¸0.4 pana la 0.8¸0,9;
  • cresterea in mod natural a factorului de putere de la 0,6¸0,65 la 0,85¸0,87;
  • cresterea randamentului motorului de la 0,78 la 0,9;
  • reducerea uzurii elementelor in miscare (banda de cauciuc, rolele de sustinere a benzii, tamburilor de antrenare si a reductoarelor) si marirea duratei de viata cu 50¸60%.

Echipamentul asigura reglarea vitezei benzilor transportoare in functie de cantitatea de material si sa recupereze in retea puterea de alunecare a motoarelor asincrone cu rotor bobinat ce actioneaza benzile.


Efecte economice si sociale:
  • Realizarea unui mod obiectiv de control al transportului de carbune/steril;
  • Cresterea sigurantei in functionare,
  • Randament tehnologic márit (supravegherea continuá include supravegherea conformitátilor tehnologice).
  • Reducerea consumurilor energetice specifice;
  • Reducerea cheltuielilor de intretinere/exploatare;
  • Reducerea duratei interventiilor pentru inlocuirea elementelor mecanice;
  • La sistemul de transport, reducerea cheltuielilor de intretinere si exploatare cu 20-30%;
  • Realizarea unui mod obiectiv de control al productiei si reducerii consumurilor
  • Ridicarea standardelor de calitate la nivel CE

Caracteristici constructive:
  • Echipamentele au dimensiunile constructive corespunzatoare tipului de motor actionat si spatiilor disponibile pentru amplasare indicate de beneficiar .
  • Respecta logica schemei de forta si posibilitatea conectarii usoare in schema electrica de ansamblu a actionarii.
  • Eventualele modificari privind constructia metalica a echipamentului, nu afecteaza caracteristicile si performantele actionarii.
  • Sursele care alimenteaza unitatea de comanda cu microcontroler asigura izolarea galvanica a comenzii electronice fata de reteaua de alimentare.
  • Traductoarele de curent si cele de tensiune utilizate sunt cu separare galvanica.
  • Produsul nu este poluant, nu emite gaze toxice,
  • Functionarea acestuia nu duce la vicierea sau poluarea mediului inconjurator.
Echipamentul cuprinde urmatoarele subansamble:
  • redresorul trifazat necomandat RD,
  • circuitul intermediar de curent continuu,
  • chopperul de fränare,
  • invertorul trifazat de tensiune,
  • unitatea electronica de comanda cu control vectorial.
Caracteristici functionale:
  • Tensiunea nominala de alimentare : max.3x1000 Vc.a
  • Frecventa tensiunii de alimentare : 50¸2 Hz (+2%)
  • Puterea nominala de iesire : 315¸630 KW
  • Capacitate de suprasarcina : 2 Pn / 1 min.
  • Tensiunea de iesire : 50¸200Vc.a
  • Frecventa de iesire : 50Hz sincronizata cu reteua
  • Marimi de reactie:
    • standardizate : 0...10V sau 4... 20 mA
    • nestandardizate : din sistemul de actionat
  • Sistem de racire : ventilatie fortata
  • Comenzi de la distanta
    • pornit/oprit
    • schimbare sens
    • reglare turatie (continua sau in trepte)
Semnalizari la distanta:
  • pornit/oprit (led si contact de releu)
  • avarie (led si contact de releu)
Semnalizari prin led-uri pe unitatea de comanda electronica:
  • functionare convertizor : "Start" (led verde)
  • nefunctionare convertizor : "Stop" (led rosu)
  • aparitia unei situatii de defect : "Avarie" (led rosu)
  • nerealizarea interconditionarilor exterioare : Interblocare (led rosu)
  • depasirea tensiunii admise in circuitul intermediar : Uintermediar (led rosu)
  • desaturarea unui tranzistor din invertor sau chopper : Desaturare (led rosu)

Semnalizari pe display-ul cu led-uri sau cristale lichide de pe panoul frontal al convertizorului.


Display-ul poate fi configurat sa afiseze (functie de solicitarile beneficiarului):
  • starea convertizorului,
  • frecventa de iesire
  • frecventa prescrisa,
  • curentul prin motor,
  • tipul avariei, etc.
Echipamentul este protejat la aparitia accidentala a urmatoarelor situatii:
  • scurtcircuit
  • supratensiune in circ. intermediar
  • supratemperatura
  • suprasarcina (I2t)

La aparitia oricarei situatii de defect, invertorul primeste comanda "stop", impulsurile de comanda la tranzistoarele IGBT fiind blocate.

Alimentarea motorului este intrerupta, se semnalizeaza si se afiseaza pe display tipul de avarie.


Caracteristici:
  • Conditii de mediu inconjurator
  • Zona climatica : N, conform STAS 6535-83.
  • Gradul de agresivitate al mediului : normal, STAS 7222-90
  • Categoria de exploatare : 2, conform STAS 6692-83,
  • Temperatura mediului ambiant : -10OC ¸ + 40OC,
  • Temperatura maxima de stocare : -25OC ¸ +40OC,
  • Presiunea atmosferica : 860¸1060mBarr (86-106kPa)
  • Umiditatea relativa maxima : 80% la 25OC,
  • Altitudinea maxima ín timpul utilizarii : 1.000 m,
  • Gradul de poluare : 4, CEI947/1-92 (mediu intens poluat cu praf de carbune, steril, marne, nisip)

Descriere si functionare: echipamentul functioneaza integrat intr-o schema electrica adecvata, potrivita scopului pe care il are in ansamblul actionarii. Echipamentul de actionare alimenteaza cu tensiune si frecventa variabile motoare asincrone cu rotorul in scurtcircuit de putere corespunzatoare puterii convertizorului.

Redresorul in punte trifazata este realizat cu diode redresoare cu protectii RC pe fiecare dioda si transforma tensiunea alternativa trifazata in tensiune continua pentru circuitul intermediar.

Circuitul intermediar de curent continuu este un filtru de curent continuu realizat cu inductivitatea L si bateria de condensatoare CF. Dupa cuplarea tensiunii de alimentare, bateria de condensatoare se incarca prin rezistenta de incarcare Ri, scurtcircuitata de contactorul K1 la atingerea tensiunii de 350V pe bateria de condensatoare. La decuplarea tensiunii de alimentare, bateria de condensatoare se descarca prin rezistenta legata in paralel la bornele condensatoarelor..

Invertorul trifazat de tensiune transforma tensiunea continua din circuitul intermediar in tensiune alternativa trifazata de amplitudine reglabila si frecventa constanta sincronizata cu reteaua. Tranzistoarele IGBT din componenta invertorului sunt comandate de amplificatoare de impuls separate de partea de comanda prin optocuploare. Fiecare amplificator de impuls are sursa proprie de alimentare.


Unitatea electronica de comanda

Blocul de comanda electronica are urmatoarele functii importante:
  • comanda tranzistoarele IGBT din chopper si invertor,
  • asigura protectia convertizorului in cazul aparitiei unor situatii accidentale nedorite (scurtcircuit, supratensiune, supratemperatura, blocare motor, suprasarcina I2t),
  • semnalizeaza (prin led-uri sau display) marimi caracteristice functionarii.

Blocul de comanda are configurate hardware un numar de 16 intrari numerice optoizolate, 12 intrari analogice, o intrare tacho (encoder) optoizolata, 16 semnale de iesire PWM, 12 semnale de iesire optoizolate galvanic (dintre care 4 iesiri de releu).

Configurarea software a intrarilor si iesirilor face posibila realizarea unor structuri de comanda diversificate, complexe, dedicate fiecarui tip de aplicatie in parte, in functie de necesitatile actionarii, stabilite de beneficiar.

Blocul de comanda este prevazut pe partea frontala cu o tastatura care are 4 (Enter, Up, Down, Esc) sau 6 (Enter, Up, Down, Esc, Left, Right) taste pentru programare si setare parametri.