Системы, устройства и способы для управления реактивной мощностью

Системы, устройства и способы для управления реактивной мощностью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестные ссылки на связанные заявки

Настоящая заявка испрашивает приоритет и содержит находящуюся на рассмотрении предварительную патентную заявку США 61/098958 (дело поверенного № 2008P09153 US (1009-402), поданную 22 сентября 2008 г., во всей ее полноте.

Краткое описание чертежей

Широкое разнообразие возможных практических и полезных осуществлений можно легко понять посредством следующего подробного описания определенных примерных осуществлений со ссылками на чертежи, на которых:

Фиг.1 - вид сбоку примерного осуществления машины;

Фиг.2 - блок-схема примерного осуществления электрической системы машины;

Фиг.3 - схематичная диаграмма примерного осуществления системы;

Фиг.4 - блок-схема примерного осуществления электрической системы машины;

Фиг.5 - блок-схема примерного осуществления информационного устройства;

Фиг.6 - блок-схема примерного осуществления схемы управления;

Фиг.7 - блок-схема примерного осуществления сети управления и связи;

Фиг.8 - блок-схема примерного осуществления схем при управлении;

Фиг.9 - блок-схема примерного осуществления способа;

Фиг.10 - список переменных, которые могут использоваться в примерном алгоритме;

Фиг.11 - примерное вычисление мощности;

Фиг.12 - примерное вычисление мощности;

Фиг.13 - примерное вычисление мощности; и

Фиг.14 - примерное вычисление мощности.

Подробное описание

Определенные примерные осуществления могут включать в себя землеройные машины, используемые в добыче полезных ископаемых, такой как добыча угля, железа, меди или других полезных ископаемых или материалов. Землеройные машины могут включать в себя драглайновые машины выемки грунта, электрические одноковшовые экскаваторы, роторные экскаваторы, горные комбайны для проходки ствола и/или комбайны непрерывного действия и т.д. Землеройные машины могут содержать машинный отсек, обеспечивающий платформу, поддерживаемую для вращения. Для определенных машин машинный отсек может содержать стрелу, поддерживаемую кабелями или канатами, которые могут поддерживаться под углом наклона посредством стреловых полиспастов, продолжающихся от стрелы до портала, установленного наверху машинного отсека. Некоторые машины могут содержать ковш, который может подвешиваться от стрелы посредством подъёмных канатов, намотанных на подъемных барабанах лебедки в машинном отсеке. В некоторых примерных осуществлениях ковш может подтягиваться к скребковой землеройной машине скоординированным движением подъемных канатов и/или гайдропов. Подъемные канаты и/или гайдропы могут быть намотаны на барабаны, имеющиеся в машинном отсеке. Машинный отсек может содержать системы приводов для приведения в действие, например, двигателей подъема, тянущих двигателей, двигателей хода и/или двигателей поворота. Двигатели могут быть приспособлены, чтобы управлять выемкой грунта, поворачивать машинный отсек и/или перемещать конкретную землеройную машину. Мощность для управления землеройными машинами может быть получена через линии электроснабжения переменного тока (AC).

Подъемные и скреперные барабаны в драглайне (скребковом экскаваторе), однако, могут быть очень большими и/или могут потреблять существенное количество мощности из линий электроснабжения при их использовании. Кроме того, присущий циклический характер требований нагрузки драглайнов и других землеройных машин может оказывать возмущающее влияние на систему питания, такую как система электроснабжения AC и/или внутренняя система питания машины. Системы приводов для приведения в действие подъемных и скреперных барабанов, поэтому, могут быть выбраны, чтобы обеспечить достаточную мощность для управления барабанами, а также могут быть выбраны, чтобы ограничить воздействия на систему электроснабжения AC, включая гармоническое искажение и проблемы коэффициента мощности. Кроме того, чтобы адекватным образом обеспечивать процессы выемки грунта, система питания может иметь возможность управления барабанами на очень низкой скорости.

Таким образом, подъемные и скреперные барабаны типичных скребковых экскаваторов (драглайнов) могут управляться электродвигателями постоянного тока (DC) и/или ассоциированными системами мотор-генератор, соединенными с линией электроснабжения AC. Каждая из систем мотор-генератор может включать в себя большой синхронный электродвигатель АС, приводящий генераторы DC, и/или, как правило, выполняются в конфигурациях агрегата генератор-двигатель (Ward-Leonard), в которых большие синхронные двигатели способны управлять коэффициентом мощности, чтобы минимизировать эффекты системы питания.

Из-за величины силы, требуемой для привода барабанов, несколько приводных двигателей могут требоваться для каждого барабана. Эти двигатели могут требовать существенного объема пространства для размещения в корпусе машины и/или могут требовать существенного объема обслуживания. Для обеспечения привода барабанов на достаточно низкой скорости приводные двигатели DC могут быть связаны с барабанами посредством очень больших зубчатых передач, в некоторых случаях длиной более 25 футов. Эти большие зубчатые передачи также могут требовать существенного объема пространства для размещения в корпусе машины и/или могут вызвать трудности в точном выравнивании.

AC приводы также могут применяться в применениях землеройных экскаваторов. Эти AC приводы могут использовать выпрямители SCR, которые могут испытывать высокие гармонические искажения и/или относительно низкий коэффициент мощности, что может иметь существенное неблагоприятное воздействие на питание от энергоснабжения AC, и/или что может повлиять на другие устройства, использующие энергоснабжение.

Примерная система АС привода может включать в себя любое число активных входных каскадов (AFE), которые могут функционировать как активные выпрямители IGBT, которые могут преобразовать вход линии переменного тока (АС) в управляемое напряжение DC линии. Это DC напряжение тогда может использоваться в качестве входа в инверторы IGBT, которые могут обеспечивать управляемое по частоте АС напряжение для питания, например, различных электродвигателей AC для выполнения движений добывающей машины (например, подъем, рабочий ход ковша, извлечение, поворот, продвижение (ход) и т.д.).

Система АС привода может включать в себя любое число активных входных каскадов (AFE), которые выпрямляют входную АС мощность и/или могут обеспечить частотно-модулированное управление инвертора, чтобы управлять двигателями подъема и извлечения. Активные входные каскады могут регулировать DC шину, управлять коэффициентом мощности и/или управлять полным гармоническим искажением на терминалах драглайна. Алгоритм управления AFE может регулировать целостность, запаздывающий коэффициент мощности или опережающий коэффициент мощности, чтобы скомпенсировать эффекты существующего оборудования в точке общей связи. Эта функция может быть использована, чтобы минимизировать флуктуации напряжения в электропитании шахты и/или системе распределения, сети, линии и/или энергетической системе. Кроме того, высокая частота следования импульсов AFE, как воспринимается системой электропитания AC, может привести к очень низкому полному гармоническому искажению (THD) - как правило, менее 5%. Эти особенности могут улучшить качество питания всей шахты. Кроме того, динамический отклик каждого AFE на изменения нагрузки может привести к системе, которая является чрезвычайно устойчивой по отношению к возмущениям в сети питания.

AFE может служить как самокоммутирующийся импульсный выпрямитель и/или блок с регенеративной обратной связью, который, в некоторых осуществлениях, может содержать инвертор с модулями IGBT и/или фильтр чистой мощности. При использовании инвертор может действовать в качестве интеллектуального конвертера. Каждый AFE может генерировать почти идеально синусоидальный выходной ток и/или напряжение, и/или результирующая активная мощность от AFE, как правило, находится в пределах от 37 кВт до 1200 кВт и может составлять до 6000 кВт.

AFE может регенерировать АС мощность назад в источник АС мощности, что может быть особенно полезно для слабых сетей АС мощности. В результате активного отключения, даже в регенеративной операции, не должны возникать ошибки коммутации и/или ассоциированные отказы плавкого предохранителя. Самокоммутирующийся конвертер привода, который может тактироваться, например, с частотой 3 кГц, может переключать ток независимо от источника AC мощности. Операция может поддерживаться во время кратких прерываний питания в диапазоне миллисекунд.

AFE может действовать в качестве контроллера пошагового повышения с напряжением DC линии, которое находится выше пикового напряжения AC питания. Для AC питания с существенными флуктуациями напряжения уровень напряжения DC линии, который может параметризироваться, может быть сохранен постоянным. Флуктуации напряжения до 65% напряжения AC питания могут быть скомпенсированы. Если напряжение падает ниже предела, AFE может быть отключен контролируемым способом. Для специальных применений, при соответствующем проектировании, могут допускаться еще более высокие флуктуации напряжения.

Когда нагрузка изменяется от -100% до +100% вращающего момента (или наоборот), для AFE в типовом случае возникают только чрезвычайно короткие времена задержки. Время задержки на ведущем вале может определяться исключительно инвертором, который может быть подсоединен между DC линией и двигателем, приводящим ведущий вал в действие.

Коэффициент мощности, генерируемый AFE, то есть фазовое положение между током и напряжением AC питания, может быть выбрано в зависимости от конкретного применения и, как правило, может находиться в пределах от 0,8 до 1,0 (емкостный или индуктивный). Настройка коэффициента мощности может непосредственно параметризироваться и/или динамически устанавливаться через, например, связанный промышленной шиной контроллер и/или систему удаленного доступа, такую как система удаленного доступа Siemens SIRAS, так что он может автоматически настраиваться на выбранное значение. Отметим, что SIRAS также может использовать обеспечиваемую посредством Интернета дистанционную диагностику, чтобы позволить сервисному техническому персоналу и/или другим экспертам входить в систему в глобальном масштабе и/или делать ту же самую работу как электрик на борту производящей земляные работы машины, за исключением затягивания винта.

Реактивная мощность, генерируемая AFE, может регулироваться на установленное значение, параметризироваться и/или динамически настраиваться, как описано выше, и/или реактивный ток может быть независимым от выхода двигателя.

AFE и/или инверторы могут использовать устройства коммутации мощности, такие как основанные на технологии IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), или IGCT (транзисторы с коммутируемым интегрированным затвором), или EEGT (транзистор с повышенной инжекцией затвора). В выпрямителе AFE эта технология может позволить управлять коэффициентами мощности соответствующим образом для использования в землеройной машине при генерации относительно низкого уровня гармоник. В инверторе эта технология может обеспечить источник переменного напряжения/переменной частоты для питания и/или управления двигателями эффективным образом и/или на очень низких скоростях с существенным разрешением.

IGBT могут быть идеальным коммутатором для управления AFE и/или инверторами. Характеристики IGBT могут включать высокие частоты переключения, что может улучшить качество тока для двигателей, отсутствие демпферов и/или меньшие, менее сложные возбудители затворов и/или способность к высокой перегрузке, что может позволить реализовывать электронные схемы защиты без плавких предохранителей.

Таким образом, типичный AFE может содержать конвертер возбудителя IGBT с блоком стробирования, фильтр чистой мощности, контактор предварительного заряда и/или главный контактор. AFE может конструироваться модульным образом и может быть установлен в стандартном отсеке управления, который может идеально подходить для суровой окружающей среды, характерной для горной промышленности. Отсек может быть сконструирован как отдельный блок, способный противостоять сильным ударам и вибрации. Отсек может использовать конструкцию с водяным охлаждением, которая не требует никакого внешнего воздуха и которая может позволить герметизацию отсека для поддержания компонентов защищенными от суровой окружающей среды.

Посредством информационного устройства, такого как программируемый логический контроллер и/или модульная система управления Siemens SIBAS, замкнутый контур управления может использоваться для регулирования выходного напряжения VDC каждого из блоков AFE, поддерживая баланс активной мощности в схеме с использованием цепей обратной связи, чтобы управлять активным током и/или реактивным током. Векторный модулятор может использоваться для генерации импульса запуска для мощных транзисторов в блоке AFE. В результате этого управления блок AFE может управлять коэффициентом мощности без дополнительных конденсаторов или пассивных фильтров. AFE может быть разработан для работы с коэффициентом мощности PF=1. Если требуется, может настраиваться опережающий коэффициент мощности с значением до 0.8 опережения. Управление выпрямлением AFE и/или схемами инвертора может быть обеспечено центральным контроллером, который может предоставить сигналы запуска для любой и/или всех схем коммутации мощности и/или который может быть связан линиями связи с различными другими рабочими станциям в машине, чтобы обеспечить обслуживание и/или другие функции.

Переменные, связанные с системой приводов, могут контролироваться и/или регистрироваться системой контроля характеристик и/или сбора данных в реальном времени, такой как система Siemens MIDAS, которая может собирать данные во время нормального функционирования и делает их доступными для анализа производительности, и/или обслуживания, и/или оптимизации, например, через интуитивный графический пользовательский интерфейс, визуализатор данных и/или генератор отчета.

Системы приводов для приведения двигателей подъема, перемещения, хода и/или двигателей поворота могут включать в себя одно или более устройств инверторов, которые могут включать в себя один или более выпрямителей AFE и/или схем инверторов, потенциально обеспечивая один выпрямитель AFE и одну схему инвертора для каждого двигателя. Устройства инверторов могут получать мощность через трансформатор и/или могут преобразовывать мощность в напряжение и/или управляемый по частоте сигнал для привода двигателей.

Во время действия двигателей инверторы могут получать мощность из DC линии, чтобы приводить двигатели землеройной машины. Во время регенеративного торможения инверторы могут посылать мощность из двигателей назад в DC линию. Общая DC линия может позволить обмен энергией между приводами в режиме двигателя и в режиме регенерации.

Система приводов может генерировать модулированное импульсным колебанием DC напряжение (PWM), имеющее скважность ("время включения"), которая может непрерывно изменяться, чтобы оказывать влияние на усредненное по времени выходное напряжение. Изменяющееся DC напряжение может обеспечивать питание и/или, через изменение скважности, управлять скоростью одного или более DC двигателей, таких как двигатель подъема, двигатель поворота, двигатель перемещения и/или двигатель продвижения и т.д.

На фиг.1 показан вид сбоку примерного варианта осуществления машины 1000, которая может содержать машинное отделение 1800. Машина 1000 может содержать стрелу 1600, выступающую вверх от нижнего переднего края машинного отделения 1800. Стрела 1600 может поддерживаться под углом наклона посредством стреловых полиспастов 1550, проходящих от стрелы 1600 к порталу 1300, который может быть установлен наверху машинного отделения 1800. Ковш 1700 может быть подвешен посредством подъемных канатов 1500, которые могут проходить над шкивом 1450 и наматываться на подъемный барабан 1100. Ковш 1700 может подтягиваться к канатному скребковому экскаватору (драглайну) 1000 посредством гайдропов 1650, которые могут проходить над шкивом 1350 вблизи опор 1400 стрелы и на скребковые барабаны 1200. Машина 1000 может быть смонтирована на механизме 1900 шагающего движения, который может позволить канатному скребковому экскаватору перемещаться с места на место.

На фиг.2 показана блок-схема примерного варианта осуществления электрической системы 2000 машины, которая может содержать синхронный двигатель 2100 подъема и/или синхронный тяговый двигатель 2110. В некоторых примерных вариантах осуществления двигатель 2100 подъема и/или тяговый двигатель 2110 могут содержать множество сегментов обмоток. Приведенная в действие схема может быть приспособлена, чтобы управлять каждым двигателем 2100 подъема и тяговым двигателем 2110, чтобы обеспечить движение для определенных частей машины. Например, двигатель 2100 подъема может быть приспособлен, чтобы обеспечить движущую силу для подъема, например, поворачивая барабан 1100 по фиг.l. Тяговый двигатель 2110 может быть приспособлен, чтобы обеспечить движущую силу для тягового движения, например, подавая мощность на тяговый барабан 1200 по фиг.1. Полевые возбудители, такие как полевой возбудитель 2360 и полевой возбудитель 2560, могут быть приспособлены для запуска вращения каждого из двигателя 2100 подъема и тягового двигателя 2110.

Система 2000 может содержать и/или быть связана с источником 1100 АС мощности, которая может находиться в диапазоне напряжений от приблизительно 110 В AC до приблизительно 60000 В АС, включая все значения и поддиапазоны между ними, такие как, например, приблизительно 3000, 6000, 7500 и/или 9000 В и т.д. АС мощность может быть подана на трансформатор 1200, который может изменять напряжение до требуемого значения и/или диапазона, такого как, например, приблизительно 240, 450, 600, 900 и/или 1200 В и т.д. Результирующая АС мощность может быть подана на блок активного входного каскада (AFE), который может содержать один или более активных выпрямителей IGBT, любой из которых может содержать входной реактор, 6 транзисторов IGBT и антипараллельные диоды в 6-импульсной мостовой конфигурации, низкоиндуктивные шинные соединения, схему запуска, чтобы включать/выключать IGBT, преобразователи тока и напряжения и/или цифровую схему управления и т.д. Активный блок входного каскада может получать АС напряжение и формировать существенно постоянное DC напряжение.

Некоторые примерные варианты осуществления могут содержать множество неуправляемых асинхронных трехфазных двигателя 2120, каждый из которых может содержать единственный сегмент обмотки. Система 2000 может содержать множество управляемых асинхронных трехфазных двигателей 2130, 2140. Двигатели 2120, 2130, 2140 могут циклически включаться и согласно потребностям, основанным на машинном движении и циклах выемки грунта. Например, множество асинхронных двигателей 2120, 2130, 2140 может быть приспособлено, чтобы обеспечивать движущую силу для поперечного перемещения машины, например, посредством механизма 1900 шагающего движения машины 1000 по фиг.1. Асинхронные двигатели 2120, 2130, 2140 могут быть приспособлены, чтобы обеспечивать движущую силу для устройств, обеспечивающих поворотное движение стрелы, такой как стрела 1600 машины 1000 по фиг.1.

Чтобы обеспечить мощность для двигателей, таких как двигатель 2100 подъема и/или тяговый двигатель 2110, множество индукторов 2380 могут ступенчато изменять АС напряжение, подаваемое через первичную АС шину 2150 и множество вторичных AC шин 2190 через множество трансформаторов 2200, 2240, 2270. Переменный ток, связанный с АС напряжением, может быть измерен во множестве трансформаторов 2390 тока, которые могут быть приспособлены, чтобы измерить значения полного, активного и/или реактивного тока. Каждый из трансформаторов 2200, 2240, 2270 может содержать соответствующий набор первичных обмоток 2210, 2245, 2275. Трансформатор 2200 может содержать вторичные обмотки 2220, 2230. Трансформатор 2240 может содержать вторичные обмотки 2250, 2260. Трансформатор 2270 может содержать вторичные обмотки 2280, 2290. Каждая из вторичных обмоток 2220, 2230, 2250, 2260, 2280, 2290 может быть электрически соединена с множеством DC шин 2320, 2420, 2520, 2620. АС напряжение, обеспечиваемое посредством трансформаторов 2200, 2240, 2270, может управляться и/или выпрямляться множеством блоков активных входных каскадов 2300, 2400, 2500, 2600, чтобы обеспечить одно или более предопределенных DC напряжений в соответствующие DC шины 2320, 2420, 2520, 2620.

В некоторых примерных вариантах осуществления, для конкретной DC шины, такой как DC шина 2320, каждый из множества электрически связанных блоков активных входных каскадов 2300 может получать АС напряжение от предопределенной отдельной вторичной обмотки, содержащейся во множестве трансформаторов 2200, 2240, 2270. Получение АС напряжения из предопределенных отдельных вторичных обмоток может задержать постоянный ток, связанный с DC шиной 2320, от протекания на трансформаторы 2200, 2240, 2270, когда циклы АС напряжения ниже DC напряжения DC шины 2320.

Когда измерения, связанные с любой из множества DC шин 2320, 2420, 2520, 2620, определены как не находящиеся в пределах соответствующих предопределенных диапазонов, один или более соответствующих блоков активных входных каскадов 2300, 2400, 2500, 2600 могут приложить напряжение к по меньшей мере одной из DC шин 2320, 2420, 2520, 2620 и/или могут удалить мощность из по меньшей мере одной из DC шин 2320, 2420, 2520, 2620. Например, когда электродвигатели 2100, 2110, 2120, 2130, 2140 работают для генерации электроэнергии, блоки активных входных каскадов могут действовать для подачи питания на AC шину 2150 через трансформаторы 2200, 2240, 2270.

DC шины 2320, 2420, 2520, 2620 могут быть электрически соединены с DC прерывателем. Например, DC прерыватель 2560 может быть электрически соединен с DC шиной 2500. DC прерыватель 2560 может быть приспособлен, чтобы уменьшить DC напряжение, связанное с DC шиной, в ответ на определение, что DC напряжение превышает предопределенный порог.

Переключение блоков активных входных каскадов может иметь место с некоторой частотой, чтобы отрегулировать значения DC напряжения, связанные с DC шинами 2320, 2420, 2520, 2620. Каждый из множества блоков активных входных каскадов 2300, 2400, 2500, 2600 может включаться и выключаться с предопределенной частотой и/или переменной скважностью, любое из которых может быть основано на значениях напряжения и/или тока и/или формах волны, связанных с АС шиной 2150 и/или DC шинами 2320, 2420, 2520. В некоторых примерных вариантах осуществления предопределенная частота и/или переменная скважность могут быть основаны на запрограммированной потребности в VAR линии. В определенных примерных вариантах осуществления предопределенная частота и переменная скважность могут быть основаны на количестве блоков активных входных каскадов и нагрузке от устройств, электрически содержащихся и/или связанных с системой 2000. Множество блоков активных входных каскадов 2300, 2400, 2500, 2600 может быть приспособлено, чтобы обеспечить относительно быстрый отклик на изменения в нагрузке в системе 2000. В определенных примерных вариантах осуществления множество блоков активных входных каскадов 2300, 2400, 2500, 2600 может реагировать на изменение нагрузки в системе 2000 с частотой, равной 7,5-кратной линейной частоты, связанной с АС шиной 2150. Например, для линейной частоты 60 Гц, множество блоков активных входных каскадов 2300, 2400, 2500, 2600 может реагировать на изменение нагрузки в системе 2000 за 1/450-ую секунды.

Каждый из множества блоков активных входных каскадов 2300, 2400, 2500, 2600 может быть приспособлен, чтобы преобразовывать АС напряжение в DC напряжение на фиксированном уровне напряжения. DC напряжение, передаваемое в DC шины 2320, 2420, 2520, 2620, может быть преобразовано в переменную АС частоту посредством множества инверторов 2340, 2440, 2540, 2640. Переменная АС частота может быть приспособлена для возбуждения АС электродвигателей и изменения скорости и/или вращающего момента АС электродвигателей. Такие инверторы могут быть приспособлены, чтобы обеспечивать АС сигналы на частоте приблизительно 29,9, Гц, 40 Гц, 48,75 Гц, 54,2 Гц, 60 Гц, 69,2 Гц, 77,32 Гц, 85,9 Гц, 99,65 Гц, 120 Гц, 144,2 Гц, 165,54 Гц, 190,3 Гц, 240 Гц и/или любом значении или поддиапазоне значений между ними.

Гармоническим искажением, связанным с АС шиной 2150, можно управлять и/или противодействовать ему посредством использования множества блоков активных входных каскадов для каждой DC шины. Множество блоков активных входных каскадов 2300, 2400, 2500, 2600, электрически соединенных с отдельными предопределенными обмотками трансформатора, такими как вторичные обмотки 2220, 2240, 2270, могут изолировать АС шину 2150 от обратной связи, ассоциированной с переключением множества блоков активных входных каскадов 2300, 2400, 2500, 2600. Определенные примерные варианты осуществления могут содержать "минимальный коэффициент" блоков активных входных каскадов. Например, в системе 2000, восемнадцать блоков активных входных каскадов могут быть связаны с двигателем 2100 подъема и тяговым двигателем 2110.

Результатом управления и/или противодействия гармоническому искажению может быть меньшее количество тепла, испускаемого от трансформаторов 2200, 2240, 2270, больший K-фактор для трансформаторов 2200, 2240, 2270 и/или меньшее количество трансформаторов 2200, 2240, 2270 для определенных машин горной промышленности. В определенных примерных вариантах осуществления размеры трансформатора могут быть увеличены по сравнению с системами, содержащими только один блок активного входного каскада, электрически соединенный с каждой DC шиной.

В определенных примерных вариантах осуществления множество инверторов 2340, 2440, 2540, 2640 может быть электрически соединено с соответствующими DC шинами 2320, 2420, 2520, 2620. Каждый из множества инверторов 2340, 2440, 2540, 2640 может получать DC напряжение и преобразовывать DC напряжение в АС напряжение с предопределенной и/или избирательно переменной частотой.

Синхронные двигатели, такие как двигатель 2100 подъема и тяговый двигатель 2110, могут быть трехфазными двигателями и могут содержать 3 сегмента на каждую обмотку. Асинхронные двигатели, такие как множество асинхронных двигателей 2120, 2130, 2140, могут быть трехфазными двигателями и могут содержать один сегмент на каждую обмотку. Асинхронные двигатели 2120, 2130, 2140 могут быть приспособлены, чтобы получать переменный ток, имеющий переменную частоту и переменное напряжение.

На фиг.3 показана схематичная диаграмма примерного варианта осуществления системы 3000, которая может содержать источник 3100 переменного тока. Датчик 3650 напряжения может быть приспособлен, чтобы измерять АС напряжение переменного тока 3100, такое как на АС шине, на первичной стороне трансформатора напряжения и/или на вторичной стороне трансформатора напряжения. Переменный ток, текущий из источника 3100 переменного тока, может быть измерен посредством трансформатора 3200 тока, который может быть расположен на первичной стороне трансформатора напряжения и/или на вторичной стороне трансформатора напряжения. Система 3000 может содержать индуктор 3300, который может быть приспособлен, чтобы ступенчато изменять АС напряжение, подаваемое на транзисторы 3400, 3500, которые могут быть устройствами переключения мощности, такими как основанные на технологии IGBT, IGCT и/или IEGT и т.д.

Транзисторы 3400, 3500 могут быть приспособлены, чтобы выпрямлять АС напряжение для обеспечения DC напряжения в DC шине 3600. Датчик 3675 может быть приспособлен, чтобы измерять значение переменной, такой как напряжение или ток, связанный с DC шиной 3600. Трансформатор 3200 тока, датчик 3650 напряжения и/или датчик 3675 могут быть коммуникативно связаны с информационным устройством 3700. Информационное устройство 3700 может быть приспособлено, чтобы переключать транзисторы 3400, 3500 в ответ на сигналы от трансформатора 3200 тока, датчиков 3650 напряжения и/или датчика 3675. Например, транзисторы 3400, 3500 могут включаться в ответ на значение напряжения, обнаруженное датчиком 3675, ниже предопределенного порога. Информационное устройство 3700 может изменить скважность (рабочий цикл) транзисторов 3400, 3500 в ответ на обеспеченное, полученное, вычисленное и/или определенное значение полного, активного и/или реактивного тока, значение напряжения, такое как напряжение, измеренное датчиком 3650 напряжения, и/или электрическое значение, такое как напряжение и/или ток, измеренный датчиком 3675.

На фиг.4 показана блок-схема примерного варианта осуществления системы 4000, которая может содержать источник АС мощности, электросеть, сеть энергоснабжения и/или линию и т.д. 4100, такую как источник АС мощности шахты. Поступающее напряжение АС питания может вводиться через главный контактор 4200 в силовой трансформатор 4300 двигателя. Вторичное напряжение (например, 900 вольт переменного тока) от силового трансформатора 4300 двигателя может водиться через реактивный элемент 4400 в любое число AFE 4500. AFE 4500 могут преобразовывать АС напряжение в 1800 вольт постоянного тока и подавать его в DC шину или линию 4600 (которая может содержать любое желаемое число конденсаторов). DC линия 4600 может обеспечить постоянное DC питание для любого числа инверторов 4720, 4740, 4760, которые могут преобразовывать постоянное DC напряжение в напряжение переменного тока переменной частоты (например, (0-1400V3AC) для любого числа двигателей 4820 подъема, тяговых двигателей 4840, двигателей 4860 поворота и/или двигателей 4880 продвижения (или хода) и т.д. Эта модульная конструкция может быть запараллелена, чтобы возбуждать машины с различными требованиями по мощности. Та же самая базовая структура и электроника питания может использоваться, чтобы управлять традиционными асинхронными двигателями для редукторных применений, а также синхронными двигателями для безредукторных применений.

На фиг.5 показана блок-схема примерного варианта осуществления информационного устройства 5000, которое в определенных операционных вариантах осуществления может содержать, например, информационное устройство 3700 по фиг.3 и/или центральный контроллер 8300 и/или 8400 по фиг.7 и/или 8. Информационное устройство 5000 может содержать любой из многочисленных компонентов, таких как, например, один или более сетевых интерфейсов 5100, один или более процессоров 5200, один или более блоков памяти 5300, содержащих инструкции 5400, одно или более устройств 5500 ввода/вывода и/или один или более пользовательских интерфейсов 5600, соединенных с устройством 5500 ввода/вывода, и т.д.

В определенных примерных вариантах осуществления через один или более пользовательских интерфейсов 5600, таких как графический пользовательский интерфейс, пользователь может просматривать предоставление информации, связанной с контролем, управлением и/или переключением множества блоков активных входных каскадов, электрически соединенных с DC шиной и/или источником АС мощности.

Согласно фиг.6, управление в замкнутом контуре может использоваться, чтобы регулировать выходное напряжение VDC каждой из схем AFE 6000, поддерживая баланс активной мощности через схему, используя цепи обратной связи 6100 и/или 6200, чтобы управлять активным током I d 6300 и/или реактивным током I q 6400. Векторный модулятор 6500 может использоваться, чтобы генерировать запускающие импульсы для мощных транзисторов в схеме AFE 6000. В результате этого управления схема AFE 6000 может управлять коэффициентом мощности без дополнительных конденсаторов или пассивных фильтров.

Согласно фиг.7 и 8, управление схемами AFE 8100 и/или схемами инвертора 8200 может быть обеспечено центральным контроллером 8300 и/или 8400, который может обеспечить запускающие сигналы для всех схем IGBT и/или может также быть связан через линии связи с различными другим рабочими станциями в машине, чтобы обеспечить обслуживание и/или другие функции. Хотя один или более приводов переменной скорости могут быть созданы конкретно для применения, подходящие АС приводы переменной скорости могут быть коммерчески получены, например, от компании Siemens AG, Эрланген, Германия, продаваемые под торговыми марками, такими как Simovert® Masterdrives, Simovert® ML, Transvektor® controls, и/или другие бренды. Будучи коммерчески доступными, как правило, эти двигатели конструируются и рассчитываются для определенного применения.

На фиг.9 показана блок-схема примерного варианта осуществления способа 9000, который может быть выполнен посредством предопределенного информационного устройства, такого как информационное устройство 3700 по фиг.3 и/или центральный контроллер 8300 и/или 8400 по фиг.7 и/или 8. На этапе 9100 может быть идентифицирован оказавший (и/или отбракованный) AFE из множества наборов AFE. Также могут быть идентифицированы исправные (или выбранные) AFE. На этапе 9200 может быть идентифицирован и/или определен необходимый коэффициент мощности для сети питания АС мощностью. На этапе 9300 может быть определена необходимая активная мощность для землеройной машины и/или любой одной или более DC шин и/или ее двигателей. На этапе 9400 может быть определена необходимая активная мощность для DC шины, связанной с отказавшим (и/или отбракованным) AFE. На этапе 9500 может быть определена активная мощность и/или реактивная мощность, которая будет вызывать перегрузку одного или более исправных (и/или выбранных) AFE. На этапе 9600 может быть определена активная мощность и/или реактивная мощность, требуемая от одного или более исправных (и/или выбранных) AFE. На этапе 9700 активная мощность, подававшаяся в DC шину отказавшего (и/или отбракованного) AFE до отказа AFE, может поддерживаться в этой DC шине, например, через исправные (и/или выбранные) AFE, обслуживающие эту DC шину. На этапе 9800 реактивная мощность, подававшаяся в сеть питания АС мощности до отказа AFE, может поддерживаться для сети питания АС мощности через один или более исправных (и/или выбранных) AFE, которые потенциально могут включать в себя исправные (и/или выбранные) AFE, обслуживающие DC шину, иную, чем DC шина, ассоциированная с неисправными (и/или отбракованными) AFE.

Как в целом показано на фиг.10-14, некоторые примерные варианты осуществления могут обеспечить один или более примерных алгоритмов, которые могут использоваться, чтобы предотвратить и/или скомпенсировать спады напряжения, регулировать реактивную мощность и/или поддерживать коэффициент мощности.

Фиг.10 идентифицирует и/или определяет примерные переменные, которые могут использоваться в одном или более примерных алгоритмах.

Информационное устройство, контроллер и/или процессор могут определить необходимую активную мощность, реактивную мощность и/или видимую или полную мощность для каждого из исправных блоков AFE и/или наборов исправных блоков AFE машины. На основе одного или более из этих определенных значений соответствующая реактивная мощность для каждого из исправных AFE может быть сформирована, чтобы получить необходимый коэффициент мощности.

Например, как показано на Фиг.11, перед отказом любых AFE, полная мощность, требуемая от наборов AFE 1-6, 7-12 и 13-18 может быть определена при каждой из ожидаемых нагрузок (например, 22 kw (кВт) и 13 kw (кВт)). Кажущаяся мощность (kVA), которая является векторной суммой реальной или активной мощности (kw) и реактивной мощности (kVAR), для каждого из наборов AFE может быть определена путем деления активной мощности на известный коэффициент мощности для AC питания, который может зависеть от того, находятся ли двигатели в режиме двигателя или регенерации. Тогда, применяя определение, показанное на Фиг.10, реактивная мощность (kVAR) для каждого из наборов AFE может быть определена.

Как показано в вычислениях на фиг.12, 13 и 14, когда по меньшей мере один AFE отказал, так как требование мощности, как правило, остается тем же самым для всех DC линий, может возникнуть потребность для остающихся исправных AFE, чтобы генерировать больше мощности. Но если опорная реактивная мощность поддерживалась постоянной для всех DC линий, то AFE могли бы достигнуть их предела мощности. Поэтому исправные наборы AFE могут генерировать больше реактивной мощности, чтобы скомпенсировать уменьшенную реактивную мощность набора AFE, содержащего неисправный AFE. Таким образом, необходимая активная мощность от каждого AFE в наборе, содержащем неисправный AFE, может быть пересчитана. Аналогично, необходимая реактивная мощность от каждого AFE в наборе, содержащем неисправный AFE, и/или одном или более наборов, не содержащих неисправного AFE, может быть пересчитана. Эти вычисления могут быть основаны на желаемом коэффиц