Документ описывает устройство управления электроприводами экскаватора, включающее силовую часть и блок управления. Устройство оснащено понижающим трансформатором, несколькими трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями и фильтро-компенсирующим устройством, что обеспечивает надежное управление с высоким коэффициентом полезного действия. Основные преимущества этого устройства заключаются в улучшении качества управления, повышении коэффициента мощности и надежности работы электроприводов экскаватора.

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7378
(13) U
(46) 2011.06.30
(51) МПК
E 02F 9/20 (2006.01)
(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
ЭКСКАВАТОРА
(21) Номер заявки: u 20100960
(22) 2010.11.19
(71) Заявитель: Закрытое акционерное
общество "Белналадка" (BY)
(72) Авторы: Амелько Игорь Александро-
вич; Климко Иван Юрьевич (BY)
(73) Патентообладатель: Закрытое акцио-
нерное общество "Белналадка" (BY)
(57)
Устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее силовую часть и
блок управления системой электроприводов экскаватора, в котором силовая часть вклю-
чает понижающий трансформатор 1, по меньшей мере три трехфазных мостовых ревер-
сивных тиристорных преобразователя 9 с раздельным управлением комплектов
тиристоров и фильтро-компенсирующее устройство, отличающееся тем, что трехфазные
мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 9 с раздельным управлением ком-
плектов тиристоров снабжены блоками 19 защиты от опрокидывания инвертора, однофаз-
ными диодно-тиристорными выпрямителями 10 и сглаживающими дросселями 13
постоянного тока; фильтро-компенсирующее устройство содержит трехфазный мостовой
коммутатор 6 и компенсирующие конденсаторы 11; блок управления системой электро-
приводов экскаватора содержит интерфейс 8, микропроцессор 14, задающие элементы 12
и блок 4 управления фильтро-компенсирующим устройством; устройство также снабжено
датчиками 2 переменного и датчиками 15 постоянного тока, датчиком 3 напряжения и
датчиками 16 скорости коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независи-
мого возбуждения электроприводов экскаватора; причем понижающий трансформатор 1
соединен с трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными преобразователями 9
через трехфазные дроссели 5 переменного тока и с однофазными диодно-тиристорными
выпрямителями 10 через однофазные дроссели 7 переменного тока; трехфазные мостовые
реверсивные тиристорные преобразователи 9 соединены с коллекторными электродвига-
телями 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора че-
рез сглаживающие дроссели 13 постоянного тока, а однофазные диодно-тиристорные
BY7378U2011.06.30

2. BY 7378 U 2011.06.30
2
выпрямители 10 подключены к обмоткам возбуждения 18 коллекторных электродвигате-
лей 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора; трех-
фазный мостовой коммутатор 6 подключен к понижающему трансформатору 1
параллельно с однофазными диодно-тиристорными выпрямителями 10 и к блоку 4 управ-
ления фильтро-компенсирующим устройством, который в свою очередь связан с датчика-
ми 2 переменного тока и датчиком 3 напряжения; задающие элементы 12 подключены к
микропроцессору 14, который связан с интерфейсом 8, трехфазными мостовыми ревер-
сивными тиристорными преобразователями 9, с датчиками 2 переменного и датчиками 15
постоянного тока, а также с датчиками 16 скорости коллекторных электродвигателей 17
постоянного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора.
(56)
1. SU 1733577, МПК E 02F 9/20, 1992.
2. RU 2030521, МПК E 02F 9/20, 1995.
3. RU 2193630, МПК 7E 02F 9/20, 2001.
4. Микитченко А.Я., Могучев М.В., Шевченко А.Н., Шоленков А.Н., Греков Э.Л. Раз-
работки ОАО "Рудоавтоматика" в области перспективных систем экскаваторных приво-
дов // Горное оборудование и электромеханика. - 2008. - № 6. - С. 21-28 (прототип).
Устройство относится к управлению горнодобывающей техникой, а именно к управ-
лению электроприводами механизмов одноковшовых карьерных экскаваторов, в частно-
сти главных частотно-регулируемых электроприводов карьерного гусеничного
экскаватора ЭКГ-5А.
Известны устройства управления электроприводами экскаватора, содержащие задаю-
щий блок, подключенный через преобразователь, включающий силовой мост, к электро-
приводу системы Г-Д, датчики тока и напряжения. Задающий блок представляет собой
командоаппарат, построенный по кулачковому принципу. Преобразователь содержит дат-
чик питающего напряжения, регулятор питающего напряжения, датчик напряжения воз-
буждения, силовой мост представляет собой суммирующий магнитный усилитель.
Устройство снабжено датчиками нагрузки, температуры, скорости, регулятором снижения
динамических нагрузок [1, 2].
Известные устройства имеют недостаточно высокие надежность и быстродействие
управления. Система управления является температурозависимой.
Известно устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее задаю-
щий блок, преобразователь, включающий датчики тока и напряжения, силовой мост, под-
ключенный к обмотке возбуждения генератора электропривода системы Г-Д [3].
Известное устройство является достаточно сложным и инерционным.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является
устройство управления электроприводами экскаватора, содержащее силовую часть и блок
управления системой электроприводов экскаватора, в котором силовая часть включает
понижающий трансформатор, трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобра-
зователи с раздельным управлением комплектов тиристоров и фильтро-компенсирующее
устройство [4].
К недостаткам данного устройства можно отнести относительно невысокий коэффи-
циент мощности системы электроприводов в целом из-за наличия высших гармонических
составляющих во входном токе, так как применяемое фильтро-компенсирующее устрой-
ство узконаправленного действия (настроено на компенсацию 5-й и 7-й гармоник), отно-
сительно невысокое качество управления скоростью из-за отсутствия сглаживания тока
якоря двигателя постоянного тока, что в итоге ведет к увеличению неравномерности ча-

3. BY 7378 U 2011.06.30
3
стоты вращения электроприводов экскаватора, а также недостаточно хорошее качество
коммутации вентилей тиристорных преобразователей (также из-за отсутствия входных
реакторов переменного тока).
Задачей заявленного технического решения является разработка устройства управле-
ния электроприводами экскаватора достаточно надежного, с высоким к.п.д. и хорошим
качеством управления.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство управления электропри-
водами экскаватора, содержащее силовую часть и блок управления системой электропри-
водов экскаватора, в котором силовая часть включает понижающий трансформатор 1, по
меньшей мере три трехфазных мостовых реверсивных тиристорных преобразователя 9 с
раздельным управлением комплектов тиристоров и фильтро-компенсирующее устройство.
Трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 9 с раздельным управ-
лением комплектов тиристоров снабжены блоками 19 защиты от опрокидывания инверто-
ра, однофазными (полууправляемыми) диодно-тиристорными выпрямителями 10 и
сглаживающими дросселями 13 постоянного тока; фильтро-компенсирующее устройство
содержит трехфазный мостовой коммутатор 6 и компенсирующие конденсаторы 11; блок
управления системой электроприводов экскаватора содержит интерфейсный блок 8, мик-
ропроцессорный блок 14, задающие элементы 12 и блок 4 управления фильтро-
компенсирующим устройством. Устройство также снабжено датчиками 2 переменного и
датчиками 15 постоянного тока, датчиком 3 напряжения и датчиками 16 скорости коллек-
торных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения электроприво-
дов экскаватора. Понижающий трансформатор 1 соединен с трехфазными мостовыми
реверсивными тиристорными преобразователями 9 через трехфазные дроссели 5 перемен-
ного тока и с однофазными диодно-тиристорными выпрямителями 10 через однофазные
дроссели 7 переменного тока. Трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобра-
зователи 9 соединены с коллекторными электродвигателями 17 постоянного тока незави-
симого возбуждения электроприводов экскаватора через сглаживающие дроссели 13
постоянного тока, а однофазные диодно-тиристорные выпрямители 10 подключены к об-
моткам возбуждения 18 коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независи-
мого возбуждения электроприводов экскаватора. Трехфазный мостовой коммутатор 6
подключен к понижающему трансформатору 1 параллельно с однофазными диодно-
тиристорными выпрямителями 10 и параллельно с трехфазными мостовыми реверсивны-
ми преобразователями 9 и к блоку 4 управления фильтро-компенсирующим устройством,
который в свою очередь связан с датчиками 2 переменного тока и датчиком 3 переменно-
го напряжения. Задающие элементы 12 подключены к микропроцессорному блоку 14, ко-
торый связан с интерфейсным блоком 8, трехфазными мостовыми реверсивными
тиристорными преобразователями 9, с датчиками 2 переменного и датчиками 15 постоян-
ного тока, а также с датчиками 16 скорости коллекторных электродвигателей 17 постоян-
ного тока независимого возбуждения электроприводов экскаватора.
Основными технико-экономическими достоинствами устройства управления электро-
приводами экскаватора являются:
1) повышение качества управления электроприводами экскаватора благодаря сниже-
нию неравномерности скорости вращения электроприводов экскаватора за счет сглажи-
вающих дросселей постоянного тока;
2) улучшение коммутации вентилей трехфазных мостовых реверсивных тиристорных
преобразователей за счет применения трехфазных дросселей переменного тока;
3) повышение коэффициента мощности системы электроприводов экскаватора в це-
лом за счет применения широкополосного фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ);
4) повышение надежности работы электроприводов экскаватора за счет применения
устройства защиты от опрокидывания инвертора.

4. BY 7378 U 2011.06.30
4
На фигуре представлена схема предлагаемого устройства управления электроприво-
дами экскаватора.
Устройство управления электроприводами экскаватора состоит из силовой части и
блока управления системой электроприводов экскаватора. Силовая часть включает пони-
жающий трансформатор 1, по меньшей мере три трехфазных мостовых реверсивных ти-
ристорных преобразователя 9 с раздельным управлением комплектов тиристоров и
фильтро-компенсирующее устройство. Трехфазные мостовые реверсивные тиристорные
преобразователи 9 с раздельным управлением комплектов тиристоров снабжены блоками
19 защиты от опрокидывания инвертора, однофазными диодно-тиристорными выпрями-
телями 10 (нереверсивные мостовые полууправляемые) и сглаживающими дросселями 13
постоянного тока; фильтро-компенсирующее устройство содержит трехфазный мостовой
коммутатор 6 и компенсирующие конденсаторы 11, блок управления системой электро-
приводов экскаватора содержит интерфейсный блок 8, микропроцессорный блок 14, за-
дающие элементы 12 и блок 4 управления фильтро-компенсирующим устройством.
Устройство также снабжено датчиками 2 переменного тока (трансформаторы тока, эле-
менты Холла) и датчиками 15 постоянного тока (шунты, элементы Холла), датчиком 3 пе-
ременного напряжения и датчиками 16 скорости (тахогенераторы, энкодеры, резольверы)
коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения элек-
троприводов экскаватора (электроприводы подъема, напора, поворота и хода). Понижаю-
щий силовой трансформатор 1 соединен с трехфазными мостовыми реверсивными
тиристорными преобразователями 9 через трехфазные дроссели 5 переменного тока и с
однофазными диодно-тиристорными выпрямителями 10 через однофазные дроссели 7 пе-
ременного тока. Трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразователи 9 со-
единены с коллекторными электродвигателями 17 постоянного тока независимого
возбуждения электроприводов экскаватора через сглаживающие дроссели 13 постоянного
тока, а однофазные диодно-тиристорные выпрямители 10 подключены к обмоткам воз-
буждения 18 коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуж-
дения электроприводов экскаватора. Трехфазный мостовой коммутатор 6 подключен к
понижающему трансформатору 1 параллельно с однофазными диодно-тиристорными вы-
прямителями 10 и параллельно с трехфазными мостовыми реверсивными тиристорными
преобразователями 9 и к блоку 4 управления фильтро-компенсирующим устройством, ко-
торый в свою очередь связан с датчиками 2 переменного тока и датчиком 3 переменного
напряжения. Задающие элементы 12 подключены к микропроцессорному блоку 14, кото-
рый связан с интерфейсным блоком 8, трехфазными мостовыми реверсивными тиристор-
ными преобразователями 9, с датчиками 2 переменного и датчиками 15 постоянного тока,
а также с датчиками 16 скорости коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока
независимого возбуждения электроприводов экскаватора.
Устройство работает следующим образом.
Понижающий трансформатор 1 через трехфазные дроссели 5 переменного тока (анод-
ные реакторы) запитывает трехфазные мостовые реверсивные тиристорные преобразова-
тели 9 с раздельным управлением комплектов тиристоров, которые в свою очередь через
сглаживающие дроссели 13 постоянного тока питают коллекторные электродвигатели 17
постоянного тока независимого возбуждения электроприводов рабочих механизмов экс-
каватора (электроприводы подъема, напора, поворота и хода). Понижающий трансформа-
тор 1 через однофазные дроссели 7 переменного тока (анодные реакторы) питает также
однофазные нереверсивные мостовые полууправляемые диодно-тиристорные выпрямите-
ли 10. Трехфазный коммутатор 6 фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ) коммути-
рует компенсирующие конденсаторы 11 ФКУ с вторичной обмоткой понижающего
трансформатора 1 в зависимости от текущего коэффициента мощности системы электро-
приводов и формы выходного тока вторичной обмотки силового понижающего трансфор-
матора 1 (эти переменные определяются с помощью датчиков 2 переменного тока и

5. BY 7378 U 2011.06.30
5
датчиков 3 переменного напряжения в блоке 4 управления ФКУ. Сигналы обратных свя-
зей с датчиков 2 переменного тока (трансформаторы тока, элементы Холла) трехфазных
мостовых реверсивных тиристорных преобразователей 9, датчиков 16 скорости (тахогене-
раторы, энкодеры или резольверы) коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока
независимого возбуждения и датчиков 15 постоянного тока (шунты, элементы Холла) об-
моток возбуждения 18 коллекторных электродвигателей 17 постоянного тока независимо-
го возбуждения поступают в микропроцессорный блок 14, в котором программным
методом реализована многоконтурная система подчиненного регулирования скорости
электроприводов рабочих механизмов экскаватора с функцией ограничения стопорных
токов и режима работы в зоне ослабления поля с обратной связью по ЭДС коллекторных
электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения. Режим ослабления
поля осуществляется за счет регулирования тока возбуждения коллекторных электродви-
гателей 17 постоянного тока с помощью однофазных нереверсивных мостовых полуу-
правляемых диодно-тиристорных выпрямителей 10. Функция ограничения стопорных
токов реализована в прямом канале задания электромагнитного момента коллекторных
электродвигателей 17 постоянного тока независимого возбуждения.
Обмен энергией между питающей сетью и рабочими механизмами экскаватора проис-
ходит следующим образом:
1. Когда рабочий механизм потребляет мощность (подъем ковша - для электропривода
подъема, разгон - для электропривода поворота, врезание в грунт - для электропривода
напора), электроэнергия из питающей сети поступает через трехфазные мостовые управ-
ляемые реверсивные тиристорные преобразователи 9 (работающие в данном случае в ре-
жиме выпрямления) к коллекторным электродвигателям 17 постоянного тока
независимого возбуждения (работающим в данном случае в режиме двигателей).
2. Когда рабочий механизм отдает мощность (опускание ковша - для электропривода
подъема, торможение - для электропривода поворота), механическая энергия преобразует-
ся в коллекторных электродвигателях 17 постоянного тока независимого возбуждения
(работающих в данном случае в режиме генераторов) в электрическую, постоянного
напряжения, а затем с помощью трехфазных мостовых управляемых реверсивных тири-
сторных преобразователей 9 (работающих в данном случае в режиме ведомого сетью ин-
вертирования) в электрическую, переменного напряжения, поступающую в питающую
сеть (режим рекуперации). Для предотвращения высоковероятного аварийного режима опро-
кидывания инвертора применяется устройство защиты от опрокидывания инвертора 19.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.