Innowacyjny układ zasilająco-sterujący górniczej lokomotywy akumulatorowej

Monografia związana jest z tematyką zwiększenia efektywności i bezpieczeństwa pracy górniczych lokomotyw akumulatorowych pracujących w podziemnych wyrobiskach górniczych. Dotyczy ona zwłaszcza problemów związanych z przewietrzaniem wyrobisk podziemnych i konieczności ograniczenia stosowania maszyn spalinowych na rzecz elektrycznych. Autorzy w monografii zaproponowali zwiększenie sprawności układu zasilająco-sterującego, wykorzystującego bezszczotkowe silniki synchroniczne z magnesami trwałymi o wysokiej sprawności, zasilane z przekształtnika energoelektronicznego 4-kwadrantowego z równoczesnym zastosowaniem odzysku energii w procesie hamowania. Umożliwi to poprawę bilansu energetycznego maszyn, zwłaszcza lokomotyw z takim napędem. W pracy podano wyniki opracowanego bilansu energetycznego wybranych, aktualnie pracujących w kopalniach lokomotyw akumulatorowych oraz zbadano możliwość rekuperacji energii podczas hamowania elektrycznego oraz poziom stężenia wodoru we wnętrzu osłony baterii ogniw. Uzyskane wyniki badań pozwoliły na opracowanie fizycznego modelu nowego układu zasilająco-sterującego. Przeprowadzone badania laboratoryjne wykazały znaczny wzrost sprawności takiego układu jak również zagrożenie związane ze wzrostem stężenia wodoru w czasie hamowania elektrycznego z rekuperacją energii. Przeprowadzone analizy symulacyjne i badania eksperymentalne umożliwiły określenie miejsc gromadzenia się wodoru. Wyniki przeprowadzonych badan i analiz pozwoliły na opracowanie i przebadanie w warunkach laboratoryjnych zaproponowanego rozwiązania układu sterowania, który wykazał pełną efektywność działania. Nowy układ jest przystosowany do współpracy z nowymi oraz dotychczas eksploatowanymi układami zasilająco-sterującymi górniczych lokomotyw akumulatorowych. Monografię podsumowano wnioskami i wytycznymi pozwalającymi na praktyczne wykorzystanie opracowanego układu zasilająco sterującego z rekuperacją energii w procesie hamowania elektrycznego.

Innovative power supply and control system for a mining battery locomotive This work is focused of the problems of increasing the effectiveness and operational safety of mine battery locomotives in mine underground workings. Due to the problems with roadways ventilation, there is a tendency to replace diesel drives by electric drives. Present battery locomotives have similar mobility as diesel locomotives, but they are more effective and do not produce off gasses and emit less amount of heat. Thus, for more effective operation of electric locomotive first of all increase of electric drives efficiency is required. To achieve this goal authors suggested increasing the efficiency of supply-and-control system by using the brushless permanent magnet synchronous motors of high efficiency, supplied from 4-quadrant energy transducer with recovery of energy during braking. The paper focuses on analyses and tests of operational efficiency of supply-and-control system in battery mine locomotives with a special attention paid to emission of hydrogen during the energy recuperation process. Efficiency of the selected battery locomotives operating in mines was determined and a possibility of recovery of energy during braking was tested determining the time of motor operation in each mode (motor-generator) as well as with measurement of hydrogen concentration inside batteries enclosures. On the basis of results, the concept of new supply-and-control system for mine battery locomotive with brushless synchronous motors with permanent magnets was developed. Physical model of new supply-and-control system was built and tested in the laboratory. The tests proved significant increase of motor electric effectiveness unfortunately it is associated with emission of hydrogen of dangerous concentration during braking with recuperation of energy. Due to that, simulation analyses and tests were carried out to determine concentration of hydrogen and its diffusion in the batteries enclosure. These tests enabled determining the places of hydrogen accumulation that is the places of installation of electrolytic gases sensors. Tests for the selected batteries were made both in the laboratory and in the real conditions determining also the impact of recharging current and its waveform on hydrogen emission. It was found that recharging current waveform had no a significant impact on hydrogen concentration as first of all it depends on battery level and recharging current. Solution of the system for controlling the parameters to secure safe operation of acid-lead batteries was developed and tested in the laboratory (in conditions recreating the real operation). Proper operation of the system, which was adapted for integration both with new and the currently used supply-and-control systems for mine battery locomotives, was reported. In the final part, the conclusions on practical use of the developed supply-and-control system with recuperation of energy during braking to secure effective and safe operation of mine locomotive are drawn.