Электропривод и автоматика машин и установок горного производства

Москва 2020

М ИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра энергетики и энергоэффективности горной промышленности

В.Н. Фащиленко
Л.А. Плащанский

ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА 
МАШИН И УСТАНОВОК ГОРНОГО 
ПРОИЗВОДСТВА

Учебник

Допущено Федеральным Учебно-методическим объединением  
в системе высшего образования по УГСН (21.00.00) «Прикладная 
геология, горное дело, нефтегазовое дело и геодезия»  
в качестве учебника при подготовке специалистов, бакалавров 
и магистров

№ 4241

УДК 622:621.313 
 
Ф30

Р е ц е н з е н т 
д-р техн. наук, проф. М.С. Ершов, Российский государственный  
университет нефти и газа им. И.М. Губкина; д-р техн. наук С.В. Павленко, 
заместитель начальника управления диагностики,  
ООО «ТранснефтьЭлектросетьСервис»

Фащиленко В.Н., Плащанский Л.А.
Ф30  
Электропривод и автоматика машин и установок горного 
производства : учебник / В.Н. Фащиленко, Л.А. Плащан-
ский. – М. : Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 2020. – 
370 с.
ISBN 978-5-907061-45-3

В учебнике изложены принципы построения систем регулируемого 
электропривода машин и установок горного производства. Рассмотрены 
способы оптимального автоматического управления по динамическим 
и точностным параметрам электроприводов постоянного 
и переменного тока. Приведены методики расчета параметров силовой 
цепи и автоматических систем управления. Рассмотрены как рабочие 
характеристики горных машин и установок, определяющих 
свойства электроприводов, так и статические и динамические характеристики 
систем регулируемых электроприводов.
Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 
21.05.04 «Горное дело», бакалавров и магистров, обучающихся по 
направлению подготовки 13.03.02 и 13.04.02 «Электроэнергетика и 
электротехника», связанных с горным делом. Может быть полезен 
для специалистов, занятых разработкой, внедрением и эксплуатацией 
электроприводов горных машин и установок.

УДК 622:621.313

 В.Н. Фащиленко,  
Л.А. Плащанский, 2020
ISBN 978-5-907061-45-3
 НИТУ «МИСиС», 2020

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................................................................................................10
1. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА МАШИН 
И УСТАНОВОК ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА .............................................................................................12
1.1. Общие сведения. Основные требования к электроприводам машин 
и установок горного производства ..............................................................................................................12
1.2. Системы электроприводов постоянного тока, удовлетво ряющие 
основным требованиям .............................................................................................................................................14
1.3. Автоматика и системы управления электроприводов постоянного  
тока машин и установок горного производства ...........................................................................21
1.4. Структурная схема электропривода системы УВ-Д ....................................................24
1.5. Структурная схема электропривода системы УВ-Д с подчиненным 
регулированием координат .................................................................................................................................28
1.6. Структурная схема электропривода системы Г-Д с ТВ ...........................................36
1.6.1. Параметры структурной схемы электропривода системы Г-Д  
с ТВ ............................................................................................................................................................................................36
1.6.2. Параметры внутреннего контура тока системы управления Г-Д 
с ТВ с подчиненным регулированием координат .............................................................40
1.6.3. Параметры внешнего контура напряжения системы управления 
Г-Д с ТВ с подчиненным регулированием координат .................................................44
1.7. Статические характеристики электроприводов постоянного тока 
с подчиненным регулированием координат ..................................................................................48
1.7.1. Электромеханические характеристики электропривода по схеме 
УВ-Д ........................................................................................................................................................................................48
1.7.2. Электромеханические характеристики электропривода по схеме 
Г-Д с ТВ .................................................................................................................................................................................51
2. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И АВТОМАТИКА 
МАШИН И УСТАНОВОК ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА ..................................................................54
2.1. Системы электроприводов переменного тока, удовлетворяющие 
основным требованиям ............................................................................................................................................54
2.2. Системы управления электроприводов переменного тока машин 
и установок горного производства .............................................................................................................62
2.3. Статические характеристики электроприводов переменного  
тока ...................................................................................................................................................................................................65
2.3.1. Механические характеристики электропривода по схеме АВК ........65
2.3.2. Статические характеристики асинхронного частотно-
регулируемого электропривода с автономным инвертором  
напряжения при постоянном моменте статической нагрузки ...........................68

Содержание

2.3.3. Статические характеристики асинхронного частотно-
регулируемого электропривода с автономным инвертором  
напряжения при вентиляторном характере момента статической 
нагрузки ................................................................................................................................................................................71
2.3.4. Статические характеристики асинхронного частотно-
регулируемого электропривода с автономным инвертором тока .................73
2.4. Система управления электропривода по схеме АВК ................................................74
2.4.1. Параметры структурной схемы электропривода системы АВК ........74
2.4.2. Внутренний контур тока системы управления АВК  
с подчиненным регулированием координат ............................................................................77
2.4.3. Параметры внешнего контура скорости системы управления  
АВК с подчиненным регулированием координат ................................................................81
2.5. Система управления частотно-регулируемым электроприводом ...........86
2.5.1. Параметры структурной схемы частотно-регулируемого 
электропривода ........................................................................................................................................................86
2.5.2. Определение параметров контуров тока и скорости системы 
управления частотно-регулируемого электропривода с подчиненным 
регулированием координат ..........................................................................................................................91
3. ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА ШАХТНЫХ И РУДНИЧНЫХ 
ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК .........................................................................................................................................93
3.1. Режимы работы электроприводов подъемных установок ..................................93
3.1.1. Кинематические схемы .......................................................................................................................93
3.1.2. Диаграммы скорости ............................................................................................................................95
3.1.3. Предварительный выбор электродвигателя ..........................................................98
3.1.4. Расчет и построение нагрузочной диаграммы .....................................................99
3.1.5. Проверка электродвигателя по нагреву и перегрузочной 
способности ................................................................................................................................................................102
3.2. Электропривод системы УВ-Д скиповой подъемной установки .............103
3.2.1. Силовая схема электропривода системы УВ-Д .................................................103
3.2.2. Схема управления электропривода системы УВ-Д 
с двенадцатипульсным тиристорным преобразователем ...................................105
3.2.3. Комплектные тиристорные электроприводы подъемных  
установок постоянного тока типа КТЭШ с шестипульсной схемой 
выпрямления ..............................................................................................................................................................107
3.3. Электропривод системы Г-Д с ТВ клетевой подъемной установки.......110
3.4. Электропривод по схеме АВК клетевой подъемной установки .................112
3.5. Частотно-регулируемый электропривод подъемной установки ..............114
3.5.1. Частотно-регулируемый электропривод с автономным  
инвертором тока клетевой подъемной установки ..........................................................114

Содержание

3.5.2. Частотно-регулируемый электропривод подъемной установки 
УКПЧ на базе преобразователя частоты с непосредственной связью ...117
4. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ОДНОКОВШОВЫХ 
ЭКСКАВАТОРОВ .....................................................................................................................................................................120
4.1. Общие сведения об одноковшовых экскаваторах  
и электроприводах главных механизмов ..........................................................................................120
4.1.1. Технические характеристики одноковшовых экскаваторов ...............120
4.1.2. Режимы работы электроприводов главных механизмов 
одноковшовых экскаваторов и требования к электроприводу .....................125
4.1.3. Основное электрооборудование одноковшовых карьерных 
экскаваторов ...............................................................................................................................................................130
4.2. Системы экскаваторных электроприводов главных механизмов ............132
4.3. Определение нагрузок и моментов инерции главных механизмов 
одноковшовых экскаваторов ..........................................................................................................................136
4.3.1. Определение нагрузок подъемного и напорного механизмов 
мехлопаты ......................................................................................................................................................................136
4.3.2. Определение нагрузок тягового и подъемного механизмов 
драглайна .......................................................................................................................................................................142
4.3.3. Определение момента инерции вращающихся частей 
одноковшовых экскаваторов ..................................................................................................................145
4.4. Определение средневзвешенной мощности двигателей главных 
механизмов одноковшовых экскаваторов ......................................................................................148
4.4.1. Средневзвешенная мощность ...............................................................................................148
4.4.2. Определение средневзвешенной мощности двигателей 
подъемного и напорного механизмов мехлопаты ..........................................................149
4.4.3. Определение средневзвешенной мощности двигателей  
тягового и подъемного механизмов драглайна .................................................................153
4.4.4. Определение средневзвешенной мощности двигателя 
поворотного механизма одноковшовых экскаваторов ............................................156
4.5. Выбор двигателей главных механизмов одноковшовых  
экскаваторов ......................................................................................................................................................................156
4.5.1. Кинематические схемы главных механизмов .......................................................156
4.5.2. Расчет тахограммы и нагрузочной диаграммы электроприводов 
главных механизмов одноковшовых экскаваторов .......................................................159
4.6. Особенности расчетов экскаваторных электроприводов ...............................162
4.6.1. Экскаваторный электропривод по схеме Г-Д с ТрВ .....................................162
4.6.2. Выбор параметров форсировки тока в обмотке возбуждения 
генератора экскаваторных электроприводов по схеме Г-Д с ТВ  
или ТрВ ...............................................................................................................................................................................166

Содержание

4.6.3. Настройка контуров тока и напряжения в экскаваторных 
электроприводах по схеме Г-Д ............................................................................................................168
4.6.4. Расчет электромеханических характеристик экскаваторного 
электропривода по схеме Г-Д с ТВ и Г-Д с ТрВ ..................................................................172
4.7. Схемы электроприводов главных механизмов одноковшовых 
экскаваторов .......................................................................................................................................................................173
4.7.1. Электропривод системы Г-Д с ТВ механизма поворота  
и подъема экскаватора-мехлопаты ..................................................................................................173
4.7.2. Электропривод системы Г-Д с ТрВ механизма подъема 
экскаватора-мехлопаты .................................................................................................................................175
4.7.3. Электропривод системы УВ-Д с двенадцатипульсной  
схемой выпрямления механизмов тяги и подъема экскаватора-
драглайна ........................................................................................................................................................................176
4.7.4. Электропривод системы УВ-Д с шестипульсной схемой 
выпрямления механизма поворота экскаватора-драглайна ..............................178
5. ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА КОНВЕЙЕРНЫХ УСТАНОВОК ..................181
5.1. Общие сведения об электроприводах конвейерных установок ................181
5.1.1. Условия работы, режимы и нагрузки конвейерных установок ...........181
5.1.2. Требования к электроприводам и системам управления 
конвейерных установок .................................................................................................................................185
5.1.3. Кинематические схемы приводных блоков и основные типы 
конвейерных установок .................................................................................................................................187
5.2. Системы электропривода конвейерных установок .................................................192
5.2.1. Нерегулируемый электропривод конвейерных установок .................192
5.2.2. Регулируемый электропривод конвейерных установок ........................198
5.3. Нагрузки и моменты инерции электроприводов конвейерных 
установок..............................................................................................................................................................................206
5.4. Структурные схемы электромеханической системы ленточного 
конвейера ...............................................................................................................................................................................212
5.4.1. Математическое описание электромеханической системы 
ленточного конвейера с разомкнутой системой управления ..........................212
5.4.2. Одноконтурная система частотно-регулируемого  
электропривода ленточного конвейера для управления  
грузопотоком ...............................................................................................................................................................217
5.4.3. Двухконтурная система частотно-регулируемого  
электропривода ленточного конвейера для управления  
грузопотоком ..............................................................................................................................................................221
5.4.4. Математическое описание электромеханической системы 
при учете упругих механических свойств конвейерной ленты .....................224

Содержание

5.5. Синтез систем управления при учете упругих механических  
свойств конвейерной ленты ...........................................................................................................................228
5.5.1. Метод нормированных передаточных функций для анализа 
и синтеза систем управления электроприводов ............................................................228
5.5.2. Синтез системы управления с суммирующим усилителем ................232
5.5.3. Синтез системы управления с подчиненным регулированием 
координат двухмассовых электроприводов ........................................................................235
5.6. Принципиальные схемы электропривода и автоматики ленточного 
конвейера ..............................................................................................................................................................................239
5.6.1. Вычислитель электромагнитного момента двигателя ............................239
5.6.2. Вычислитель упругого момента нагрузки .............................................................240
5.6.3. Принципиальная схема автоматизированного электропривода 
ленточного конвейера с одноконтурной системой регулирования 
скорости в функции грузопотока .......................................................................................................241
5.6.4. Принципиальная схема автоматизированного электропривода 
ленточного конвейера с двухконтурной системой регулирования 
скорости в функции грузопотока ......................................................................................................242
5.6.5. Принципиальная схема автоматизированного электропривода 
с суммирующим усилителем для ограничения динамических  
нагрузок в электромеханической системе ленточного конвейера ...........243
5.6.6. Принципиальная схема автоматизированного электропривода 
ленточного конвейера с подчиненным регулированием координат 
для ограничения динамических нагрузок в электромеханической 
системе ленточного конвейера ...........................................................................................................245
5.6.7. Станции управления, преобразователи частоты и системы 
автоматики конвейерных установок..............................................................................................246
6. ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА ТУРБОМАШИН ГОРНОГО 
ПРОИЗВОДСТВА ...................................................................................................................................................................253
6.1. Режимы работы турбомашин ..............................................................................................................253
6.1.1. Насосные установки ...........................................................................................................................253
6.1.2. Воздуходувные машины ...............................................................................................................257
6.2. Рабочие характеристики турбомашин и трубопроводов  
(воздуховодов) ................................................................................................................................................................259
6.2.1. Общие сведения....................................................................................................................................259
6.2.2. Способы управления режимами работы насосных установок .......262
6.2.3. Способы управления режимами работы вентиляторных  
установок .......................................................................................................................................................................266
6.3. Регулируемый электропривод турбомашин ....................................................................267
6.3.1. Общие сведения ....................................................................................................................................267

Содержание

6.3.2. Регулировочные свойства электроприводов турбомашин ...............269
6.4. Регулируемый электропривод насосных установок ..............................................277
6.4.1. Обоснование выбора регулируемого электропривода  
насосных установок ...........................................................................................................................................277
6.4.2. Рабочие параметры насоса при переменной угловой  
скорости рабочего колеса ........................................................................................................................280
6.5. Регулируемый электропривод вентиляторных установок .............................286
6.5.1. Обоснование выбора регулируемого электропривода 
вентиляторных установок .........................................................................................................................286
6.5.2. Рабочие параметры вентилятора при  переменной угловой 
скорости рабочего колеса .........................................................................................................................292
6.6. Автоматизированный электропривод насосных и вентиляторных 
установок...............................................................................................................................................................................296
6.6.1. Общие положения...............................................................................................................................296
6.6.2. Стабилизация давления (напора) в системе подачи  
жидкости ........................................................................................................................................................................298
6.6.3. Структурная схема насосного агрегата со стабилизацией  
давления в гидросистеме ..........................................................................................................................302
6.6.4. Стабилизация уровня жидкости в резервуарах  
и скважинах ................................................................................................................................................................308
6.6.5. Структурная схема насосного агрегата со стабилизацией  
уровня жидкости в резервуарах и скважинах .....................................................................312
6.7. Структурные схемы вентиляторного агрегата с регулируемым 
электроприводом .........................................................................................................................................................314
6.7.1. Структурная схема вентиляторного агрегата с частотно-
регулируемым электроприводом ......................................................................................................314
6.7.2. Структурная схема вентиляторного агрегата  
с электроприводом по схеме асинхронно-вентильного каскада ................316
6.8. Принципиальные схемы автоматизированного электропривода 
насосных и вентиляторных установок ................................................................................................320
6.8.1. Принципиальные схемы двухтрансформаторного 
и высоковольтного частотно-регулируемого электропривода  
в системе автоматической стабилизации давления  
в гидросистеме .......................................................................................................................................................320
6.8.2. Принципиальная схема частотно-регулируемого  
электропривода в системе автоматической стабилизации  
уровня жидкости в резервуарах и скважинах ....................................................................322
6.8.3. Принципиальные схемы регулируемого электропривода 
вентиляторных установок .........................................................................................................................324

Содержание

7. ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА ПОДЗЕМНЫХ ДОБЫЧНЫХ 
И ПРОХОДЧЕСКИХ ГОРНЫХ МАШИН .......................................................................................................328
7.1. Общие сведения .................................................................................................................................................328
7.1.1. Конструктивные особенности и характер работы подземных 
добычных и проходческих горных машин ...............................................................................328
7.1.2. Условия эксплуатации, нагрузки и режимы работы 
электроприводов добычных и проходческих машин ................................................329
7.1.3. Требования к электроприводам подземных добычных 
и проходческих горных машин ..............................................................................................................331
7.2. Системы управления режимами работы добычных горных машин ........333
7.2.1. Варианты управления режимами работы добычных горных  
машин ..................................................................................................................................................................................333
7.2.2. Адаптивная поисковая система управления  
для экстремальных функций максимального варианта .........................................338
7.3. Электропривод и электрооборудование очистных и проходческих 
комплексов ..........................................................................................................................................................................339
7.3.1. Электропривод и электрооборудование очистных комбайнов ......339
7.3.2. Электропривод и электрооборудование проходческих  
комбайнов .....................................................................................................................................................................346
8. ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА БУРОВЫХ УСТАНОВОК  
ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА ....................................................................................................................................350
8.1. Общие сведения ................................................................................................................................................350
8.1.1. Назначение и технические характеристики буровых станков .........350
8.1.2. Требования к электроприводу буровых установок ......................................352
8.2. Рабочее электрооборудование станков вращательного бурения ........355
8.2.1. Электрооборудование и автоматика станков вращательного 
бурения .............................................................................................................................................................................355
8.2.2. Технические характеристики электроприводов станков 
вращательного бурения ...............................................................................................................................356
8.3. Структуры электроприводов буровых установок ......................................................361
8.3.1. Структура электропривода механизма вращателя бурового  
станка ..................................................................................................................................................................................361
8.3.2. Структура электропривода механизма подачи бурового  
станка .................................................................................................................................................................................364
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .........................................................................................................................................................................367
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ..................................................................................................................369

ВВЕДЕНИЕ

Электропривод представляет собой электромеханическую си-
стему, состоящую из преобразовательного, электродвигательного, 
передаточного и управляющего устройств. Основное назначение 
электропривода – преобразование электрической энергии посто-
янного или переменного тока в механическую энергию. Вместе 
с этим зачастую производится обратное преобразование – механи-
ческой энергии в электрическую в определенных режимах.
В зависимости от рода электрического тока в электродвига-
тельном устройстве различают электропривод постоянного и пе-
ременного тока.
Для электроприводов постоянного тока в качестве электро-
двигательного устройства используют машины постоянного тока 
с различными системами возбуждения. Наибольшее распростра-
нение в горной промышленности получили машины постоянного 
тока с независимым возбуждением. Они применяются в электро-
приводах рудничного подъема, экскаваторных электроприводах. 
В меньшей степени применяются машины постоянного тока с по-
следовательным возбуждением, в основном в электроприводах 
локомотивного транспорта на подземных и открытых горных ра-
ботах.
Для электроприводов переменного тока используют асин-
хронные и синхронные машины. Наиболее массовое применение 
в горной промышленности нашли асинхронные электродвигате-
ли с фазным и короткозамкнутым ротором, которые являются 
наиболее простыми, надежными и дешевыми. Немаловажным 
фактором является возможность взрывозащищенного исполне-
ния асинхронной машины, так как горные предприятия могут 
быть опасными из-за наличия пыли, газа и возможности внезап-
ных выбросов. Асинхронные электродвигатели применяются 
для приводов угольных комбайнов, стругов, ленточных и скреб-
ковых конвейеров, насосов, вентиляторов, на машинах и уста-
новках, используемых в процессах обогащения. Синхронные 
электродвигатели традиционно используются в экскаваторном 
электроприводе как сетевые двигатели в многомашинных агре-

Введение

гатах, на вентиляторных и компрессорных установках. В горной 
промышленности в отдельных случаях в электроприводах руд-
ничных подъемных установок и насосов используются синхрон-
ные двигатели как с частотным управлением, так и по системе 
«вентильный двигатель».
Эффективное выполнение электроприводом своих функций 
во многом зависит от системы автоматического управления. 
В связи с этим наряду с другими факторами важными являются 
создание и эксплуатация автоматизированных электроприводов 
горных машин и установок.
Разделы 1, 2, 3, 4, 5 и 6 подготовлены проф. В.Н. Фащиленко, 
введение, разделы 7 и 8 – проф. Л.А. Плащанским, полная под-
готовка рукописи к изданию осуществлена проф. Л.А. Плащан-
ским. Пожелания и рекомендации по улучшению изложенного 
материала будут с благодарностью приняты и учтены при переиз-
дании.

1. 
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ 
ПОСТОЯННОГО ТОКА МАШИН 
И УСТАНОВОК ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1.1. 
Общие сведения. Основные требования 
к электроприводам машин и установок горного 
производства

В технологии горного производства используется ряд горных 
машин, главные рабочие механизмы которых оснащены регулиру-
емыми электроприводами. Они выполняют основные функции – 
разрушение и перемещение горной породы. К ним относятся:
– подъемные установки – скиповые и клетевые;
– одноковшовые экскаваторы – механические лопаты и дра-
глайны;
– конвейерные установки;
– турбомашины – насосы, вентиляторы и турбокомпрессоры;
– угольные комбайны;
– струги;
– буровые станки, в основном шарошечного типа, для бурения 
скважин, используемых при взрывных работах.
Для транспортировки горной массы используются конвейерные 
и подъемные установки. Для перемещения жидкой и воздушной 
среды применяются насосные, вентиляторные и турбокомпрессорные 
установки.
Оснащение угольных комбайнов и стругов регулируемым электроприводом 
обусловлено определенными трудностями в связи с 
тем, что электрооборудование при этом должно быть в большинстве 
случаев во взрывобезопасном исполнении.
Транспортировка и перемещение горной массы осуществляются 
в основном конвейерными установками, рудничными вертикальными 
или наклонными подъемными установками при 
подземной добыче, а также наклонными скиповыми подъемными 
установками по борту карьера на открытых горных работах.

Общие сведения. Основные требования к электроприводам машин и установок горного производства

Транспортировка и перемещение жидкой среды (вода, пульпа 
и т.п.) осуществляются с помощью насосных установок, в том 
числе и грунтовыми насосами.
Транспортировка и перемещение воздушной среды нормаль-
ного давления осуществляются с помощью вентиляторных уста-
новок главного и местного проветривания, воздушной среды 
повышенного давления (сжатого воздуха) – с помощью компрес-
сорных установок.
Установки для транспортировки жидкой и воздушной сред в 
большинстве случаев оснащены нерегулируемым асинхронным 
или синхронным электроприводом. В тех случаях, когда потребле-
ние воды или воздуха изменяется по каким-либо технологическим 
причинам, возможно применение регулируемого электропривода 
для непрерывного согласования характеристики машины с усло-
виями водо- или воздухопотребления. Однако в каждом конкрет-
ном случае требуется технико-экономическое обоснование по ис-
пользованию регулируемого электропривода, так как средства 
регулирования, в том числе и преобразовательная техника, имеют 
высокую стоимость.
Требования к характеристикам надежности, безопасности, 
экономичности, к статическим и динамическим характеристи-
кам электроприводов машин и установок горного производства 
зависят от специфики технологического процесса, особенностей 
конструкции, способа управления машинами и механизмами, 
условий электроснабжения и эксплуатации. К ним можно отне-
сти следующие требования:
– электрическое оборудование машин и установок горного 
производства должно быть надежным, безопасным и экономич-
ным в эксплуатации;
– электропривод должен обладать высокой устойчивостью к 
перегрузкам и большим диапазоном регулирования скорости;
– система управления электроприводом должна ограничи-
вать момент в установившихся режимах и тяжелых переходных 
режимах, когда статический и динамический моменты в сумме 
достигают максимально допустимого значения;

Системы электроприводов постоянного тока машин и установок горного производства

– ограничение ускорения в легких переходных процессах, 
когда статический и динамический моменты в сумме не дости-
гают максимально допустимого значения (торможение и реверс 
при согласованном направлении момента статического сопро-
тивления и электромагнитного момента двигателя);
– возможность ограничения рывка (производной момента) 
в переходных процессах;
– электропривод должен обеспечивать минимальное время 
переходных процессов для механизмов с интенсивным повторно-
кратковременным режимом работы при соответствующих огра-
ничениях на момент, ускорение и рывок;
– электропривод должен иметь высокую жесткость механи-
ческой характеристики;
– электропривод должен обеспечивать возможность демпфи-
рования упругих механических колебаний;
– электропривод должен сохранять работоспособность при 
глубоких провалах напряжения, характерных для карьерных 
и шахтных электрических сетей (аварийные режимы электро-
привода при этом недопустимы).
Этим требованиям отвечают электроприводы как перемен-
ного, так и постоянного тока, выполненные на базе современной 
силовой преобразовательной техники.

1.2. 
Системы электроприводов постоянного тока, 
удовлетворяющие основным требованиям

Наиболее простой системой автоматизированного электро-
привода является система с релейно-контакторной схемой (РКС) 
для двигателей как постоянного, так и переменного тока. Си-
стема с РКС применяется для обеспечения автоматического 
управления пуском подъемных машин, конвейерных установок. 
Управление пуском осуществляется путем введения в цепь ро-
тора асинхронного двигателя или якоря двигателя постоянного 
тока активного сопротивления. В процессе пуска введенные 
активные сопротивления шунтируются (выводятся из работы) 
по определенному закону в автоматическом режиме. Автома-

Системы электроприводов постоянного тока, удовлетворяющие основным требованиям

тизировать процесс пуска приводного двигателя, т.е. выводить 
пусковые резисторы с помощью последовательных замыканий 
контактов контакторов, можно в зависимости от различных параметров, 
характеризующих режимы работы машин или установок: 
времени пуска, момента (тока) двигателя, скорости, ускорения 
движения, пути, а также сочетания этих параметров.
Наибольшее распространение нашли схемы автоматизации 
процесса пуска в зависимости:
– от времени;
– тока с корректировкой по времени;
– времени с корректировкой по току и ускорению.
Каждая из этих схем обладает своими достоинствами и недостатками. 
Однако в целом они обладают существенным недостатком – 
у них большие потери энергии в процессе пуска, связанные 
с рассеянием тепла при протекании тока по резисторам. 
Кроме того, ступенчатое изменение пускового момента, прису-
щее РКС, вызывает значительные динамические нагрузки в ки-
нематических цепях машин и установок, что ускоряет износ ка-
натов, ленты, редукторов и других механических элементов.
Ступенчатый характер изменения пускового момента может 
быть устранен посредством применения жидкостных резисто-
ров, нашедших широкое применение в зарубежной практике. 
Это достигается тем, что жидкостный резистор, плавно изменяя 
свое сопротивление, обеспечивает плавный разгон приводных 
электродвигателей. При этом уменьшаются пусковые токи, тре-
буются меньшие рабочие площади для устройства электроприво-
дов, мощность управления является незначительной.
При управлении электродвигателем с использованием жид-
костного резистора в период пуска для поддержания постоянства 
момента двигателя и ускорения необходимо плавное перемеще-
ние его электродов. Перемещение электродов при приводах не-
большой мощности можно производить вручную, что и предус-
мотрено, например, в пульте управления подземных подъемных 
лебедок и машин. В установках с более мощными приводами 
управление перемещением электродов жидкостного резистора 
осуществляется дистанционно и автоматически. В этом случае 

Системы электроприводов постоянного тока машин и установок горного производства

используется следящий электропривод, который должен удов-
летворять следующим требованиям: достаточное быстродей-
ствие, приемлемое число промежуточных положений электро-
дов, удержание электродов в любом положении при отсутствии 
сигнала рассогласования, простота, надежность, экономичность 
и удобство в эксплуатации. В качестве следящего привода жид-
костного реостата может быть использована одна из систем: 
электрогидравлическая, электропневматическая, электромеха-
ническая с двигателем постоянного или переменного тока с кон-
тактным или бесконтактным управлением.
Системе с жидкостным резистором присущи те же недостат-
ки, что и системе с РКС, из которых основной связан с большими 
потерями энергии при пуске. Обе системы не обеспечивают вы-
полнение в полной мере требований, предъявляемых к электро-
приводам машин и установок горного производства. Поэтому 
в последнее время наблюдается тенденция широкого использо-
вания в электроприводах машин и установок горного производ-
ства более сложных систем с современной полупроводниковой 
силовой преобразовательной техникой: «генератор – двигатель 
с тиристорным (Г-Д с ТВ) или транзисторным (Г-Д с ТрВ) воз-
буждением», «управляемый выпрямитель – двигатель» (УВ-Д), 
«асинхронный вентильный каскад» (АВК), «преобразователь ча-
стоты – двигатель» (ПЧ-Д).
В настоящее время для машин и установок горного производ-
ства большой производительности применяются две разновидно-
сти регулируемого электропривода постоянного тока – Г-Д и УВ-Д. 
Достоинства регулируемых электроприводов постоянного тока об-
щеизвестны: малые значения пусковых и тормозных потерь элек-
троэнергии; высокие и экономичные регулировочные свойства; 
поддержание скорости на заданном уровне независимо от нагрузки 
на валу электродвигателя; безынерционный переход от двигатель-
ного к генераторному режиму и наоборот; невысокая требователь-
ность аппаратуры управления к уходу.
Электропривод системы Г-Д имеет ряд недостатков: низкий 
КПД вследствие трехкратного (в сетевом двигателе, генераторе, 
приводном электродвигателе) преобразования энергии; высокая 

Системы электроприводов постоянного тока, удовлетворяющие основным требованиям

первоначальная стоимость, обусловленная высокой стоимостью 
электромашинного преобразователя; большие масса и габариты 
преобразовательного агрегата; низкая надежность из-за наличия 
коллекторных машин. Система Г-Д применяется в рудничных 
подъемных установках со скоростями более 10 м/с, мощность 
которых превышает 1000 кВт, в экскаваторных электроприво-
дах с частыми пусками, торможением и генераторным режимом 
работы.
Более совершенной является система УВ-Д. К ее достоинствам 
по сравнению с системой Г-Д можно отнести высокое быстродей-
ствие; высокие регулировочные свойства; незначительные экс-
плуатационные затраты; высокий КПД; более длительный срок 
службы; простое и оперативное осуществление резервирования 
и взаимозаменяемость блоков, узлов, устройств; меньшая полез-
ная площадь для преобразователя и меньшая мощность управ-
ления. К недостаткам системы УВ-Д следует отнести низкий 
коэффициент мощности при глубоком регулировании скорости 
из-за коммутации вентилей; влияние на питающую сеть в виде 
гармоник высокого порядка; наличие зоны прерывистых токов; 
низкая перегрузочная способность и чувствительность к перена-
пряжениям.
Регулирование скорости электропривода с двигателем постоян-
ного тока независимого возбуждения по схеме Г-Д ведется за счет 
изменения напряжения на якоре генератора. В свою очередь, регу-
лирование напряжения на якоре генератора производится за счет 
изменения тока в обмотке возбуждения генератора. Для этой цели 
служит возбудитель генератора, в качестве которого используют-
ся силовые магнитные усилители (СМУ) или СМУ с промежуточ-
ными магнитными усилителями (СМУ с ПМУ), тиристорные (ТВ) 
и транзисторные (ТрВ) возбудители. Так как СМУ и СМУ с ПМУ 
обладают большой электромагнитной инерционностью, в настоя-
щее время наибольшее распространение получили тиристорные и 
транзисторные возбудители из-за высокого быстродействия, боль-
шей стабильности параметров, высокой надежности и практиче-
ски неограниченного срока службы, поскольку в них отсутствуют 
вращающиеся и контактные части.