Варианты модернизации электроприводов шахтных вагоноопрокидывателей

ложения нагрузки, приведенные на рис. 4, б. Как видно, при ПН=0,25 выигрыш в потерях составляет 34%. Благодаря снижению токов в обмотках якоря и возбуждения (см. рис. 5), потребляемых от преобразователя частоты и преобразователя постоянного тока, потери в этих преобразователях также снижаются. В результате повышается коэффициент полезного действия электропривода, как электромеханического преобразователя энергии.

Заключение

Использование режимов оптимального регулирования магнитного потока явнополюсного синхронного двигателя в системе частотно-регулируемого электропривода, работающего в перемежающихся режимах работы, позволяет повысить допустимую по нагреву нагрузочную способность, либо снизить величину потерь мощности в двигателе. Наибольший эффект достигается в области относительно малых значений времени приложения нагрузки. При этом сохраняются условия оптимизации динамических показателей при соответствующем выборе быстродействия САР токов и возможность формирования заданных механических характеристик электропривода.

Важным фактором является также возможность перераспределения электрических потерь между обмотками якоря и возбуждения явнополюсного синхронного двигателя нормальной конструкции с целью снижения нагрева обмотки возбуждения как

наиболее напряженной в термическом отношении части. Ток возбуждения при оптимальном регулировании потока якоря снижается в сравнении с током в режиме постоянства потока якоря.

Вместе с тем следует отметить, что при реализации закона оптимального регулирования магнитного потока якоря в динамичных электроприводах потребуется повышенный запас по напряжению преобразователей. Поэтому закон оптимального регулирования может быть рекомендован для систем управления электроприводов, работающих при сравнительно медленных темпах изменения управляющих и возмущающих воздействий.

Список литературы

1. Шрейнер Р.Т., Емельянов А.А, Медведев А.В. Оптимизация перемежающихся режимов работы частотно -регулируемого асинхронного // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.3: в 5 ч., 2010. Ч.4. С. 158-167.

2. Энергоэффективные режимы регулируемых электроприводов переменного тока / В.Н. Поляков, Р.Т. Шрейнер; под ред. Р.Т. Шрейнера. Екатеринбург: ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2012. 220 с.

3. Вейнгер А.М. Регулируемый синхронный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1985. 224 с.

4. Системы подчиненного регулирования в электроприводах переменного тока / О.В. Слежановский, Л.Х. Дацковский, Л.М. Тарасенко, И.С. Кузнецов и др. М.: Энергоатомиздат, 1983. 256 с.

Information in English

Electromechanical Resource of Variable-Frequency Synchronous Drive in Intermittent Modes of Operation

Shreiner R.T., Polyakov V.N., Medvedev A.V.

Variable-frequency drive based on salient pole synchronous motor is considered in the article. The subject of research is described. A functional diagram and an integrated structural diagram of mathematical model of synchronous drive vector control system are presented. The task of the electric drive study in intermittent operational modes is formulated. Methods of synchronous drive modeling which enable to define the maximum motor temperature loads are described. The results of computer modeling of intermittent operational modes of the motor with continuous and optimal regulation of armature magnetic flux are given. The service life of the salient pole synchronous motor in respect of maximum allowable motor temperature and torque is defined. Comparative analysis of power losses in synchronous motor during operation of frequency-variable synchronous motor in intermittent modes with continuous and optimal regulation of armature magnetic flux is carried out. The conclusion is made about the efficiency of use of optimal armature magnetic flux regulation in vector control systems of synchronous drives that operate in intermittent modes.

Keywords: synchronous electric drive, salient pole motor, intermittent operational modes, overload resource, energy saving.

УДК 62-83: 62-573: 62-892

References

1. Shreiner R.T., Emelyanov A.A., Medvedev A.V. Optimizatsiya peremezhayuschihsya rezhimov raboti chastotno-reguliruemogo asinhronnogo elektroprivoda [Intermittent operation improvement of variable-frequency induction electric drive]. Izvestiya TulGU. Tekhnicheskie nauki [Proceedings of TulGU. Technical sciences]. 2010, issue 3, vol.4, pp. 158-167.

2. Polyakov V.N., Shreiner R.T. Energoeffektinyje rezhimy reguliruemyh elektroprivodov peremennogo toka [Energy saving operating modes of controlled AC electric drives]. Under the editorship of R.T. Shreiner. Yekaterinburg: FSAEI HPE Russian State Vocational Pedagogical University, 2012. 220 p.

3. Veinger A.M. Reguliruemyi sinhronnyi elektroprivod [Controlled synchronous drive]. Moscow: Energoatomizdat, 1985. 224 p.

4. Slezhanovskii O.V., Datskovskii L.Kh., Tarasenko L.M., Kuznetsov I.S., Sistemi podchinennogo regulirovaniya v elektroprivodah peremennogo toka [Slave control systems in AC electric drives]. Moscow: Energoatomizdat, 1983. 256 p.

Каримсаков Т.К.

Варианты модернизации электроприводов шахтных вагоноопрокидывателей

Рассматриваются проблемы эксплуатации асинхронных электроприводов шахтных вагоноопрокидывателей. Анализируются возможные пути модернизации электроприводов для повышения их надежности и увеличения ресурса.

Ключевые слова: шахтный вагоноопрокидыватель, асинхронный электропривод, тиристорный регулятор напряжения.

Погрузочно-транспортный комплекс современного рудника представляет собой совокупность технических средств, обеспечивающих перемещение добытой подземным способом руды от забоя до ствола шахты. Процесс перемещения руды включает операции выпуска, погрузки, доставки и транспортирование горной массы по магистральным выработкам, а для большинства рудников еще и механическое дробление руды в подземных дробильных комплексах. В целом, процесс перемещения руды является одним из наиболее трудоемких и может составлять до 30-40% от общей трудоемкости добычи.

Основным видом магистрального транспорта отечественных и зарубежных рудных шахт в настоящее время является электровозная откатка с применением глухих кузовов вагонеток.

Опрокидыватели вагонеток являются важнейшими звеньями погрузочно-разгрузочной и транспортной цепи технологического процесса подземных разработок, от надежности и качества работы которых зависят в целом и экономические показатели работы шахты. Опрокидыватели предназначены для разгрузки как нерасцепленных составов шахтных грузовых вагонеток с глухим кузовом типа ВГ вместимостью 4,5 м3, так и одиночных вагонеток.

Общий вид опрокидывателя показан на рис. 1, а его кинематическая схема приведена на рис. 2.

Рис. 1. Опрокидыватель вагонеток рудничный ОВР-1

Разгрузка вагонеток с помощью опрокидывателя осуществляется следующим образом. Груженый состав прибывает на место разгрузки с электровозом. Первая вагонетка подается в опрокидыватель и при достижении зоны опрокидывания, контролируемой датчиком положения состава, фиксируется передними и задними стопорами, которые срабатывают с помощью пневмосистемы. После этого включается электродвигатель привода опрокидывателя, переворачивающего вагонетку на 360° вокруг продольной оси. Благодаря наличию вращающейся сцепки расцепление состава при раз-

грузке не требуется. Но возможна при необходимости и разгрузка одиночной вагонетки. При транспортировании горной массы, склонной к прилипанию на стенках вагонетки, поворот барабана опрокидывателя производится сначала на 180°. После этого включается виброударник, способствующий полному высыпанию материала. Виброударник работает от 10 до 40 с, затем отключается, и происходит поворот барабана до исходного положения. Далее пустая вагонетка заменяется на груженую, и цикл повторяется, пока не разгрузятся все вагонетки. Нормальный режим работы опрокидывателя -автоматический.

1

Рис. 2. Кинематическая схема опрокидывателя вагонеток ОКЭ:

1 - барабан; 2 - ролик приводной; 3 - упругая муфта;

4 - редуктор; 5 - втулочно-пальцевая муфта с тормозными шкивами; 6- электродвигатель

За сутки происходит разгрузка от 70 до 80 составов, каждый из которых состоит из 8 вагонеток. Таким образом, в сутки разгружается 560-640 вагонеток.

Главной проблемой эксплуатации

опрокидывателей рудничных вагонеток является малый ресурс их электроприводов.

На опрокидывателях используется

нерегулируемый асинхронный электропривод с релейно-контакторной системой управления. Привод состоит из четырех асинхронных электродвигателей с кроткозамкнутым ротором, мощностью 11 кВт каждый.

Малый ресурс обусловлен тяжелым режимом работы электроприводов. Они работают в повторно-кратковременных режимах с высокой частотой включения (до 50 пусков в час) и большими моментами инерции, приведенными к валу двигателя.

Тяжелые условия прямого пуска приводят к высокой аварийности и малому сроку службы АД. Основной причиной выхода из строя АД является

разрушение изоляции статорных обмоток, обусловленное тепловыми нагрузками, а также воздействием значительных электродинамических сил, возникающих при прямом пуске.

Частые выходы из строя АД приводят к простоям в технологическом процессе, потере прибыли, большим затратам на ремонт.

В ближайшее время коренных изменений в технологическом процессе транспортировки полезных ископаемых в шахтах не ожидается. В связи с этим экономически целесообразной является модернизация электроприводов опрокидывателя, сохраненяя прежней механическую часть.

Основная цель модернизации электроприводов опрокидывателей - повышение их надежности и увеличения ресурса.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- получение реальных данных о токовых нагрузках имеющихся электроприводов;

- создание модели электромеханической части ва-гоноопрокидывателей;

- анализ возможных вариантов модернизации электропривода;

- выбор схемы электропривода и исследование ее на модели;

- поиск рациональных алгоритмов управления.

Для получения данных о токовых нагрузках электроприводов были проведены эксперименты в реальных условиях производства. Типичные результаты приведены на рис. 3. Полученные данные позволили оценить истинные значения пускового и рабочего тока электропривода, а также длительность переходного процесса при пуске (рис. 4).

Важной особенностью при работе опрокидывателя является то, что момент инерции, приведенный к валу электродвигателя является переменным, поскольку по мере изменения угла поворота происходит высыпание руды из вагонетки. В то же время, анализ конструкции опрокидывателя и вагонетки показывает, что даже при полной загрузке влияние руды на изменение момента инерции не является существенно значимым. Кроме того, из осциллограмм на рис. 3 и рис. 4 видно, что длительность переходного процесса не превышает 0,3-0,4 с. За это время вагонетка поворачивается на угол, не превышающий 7°. Таким образом, переходный процесс заканчивается до начала изменения приведенного момента инерции, обусловленного высыпанием руды из вагонетки. Данный факт позволяет существенно упростить модель электромеханической части

опрокидывателя.

а б

Рис. 3. Осциллограмма тока статора АД при опрокидывании полной вагонетки:

а - без остановки; б - с остановкой

Рис. 4. Осциллограмма переходного процесса при пуске АД

В современных условиях создание модели рационально проводить с использованием пакета Matlab, имеющего широкие возможности по моделированию и анализу процессов в электромеханических системах [1].

Как упоминалось выше, главной причиной высокой аварийности электроприводов являются частые прямые пуски АД, приводящие к термическому и электродинамическому

разрушению изоляции статорных обмоток. Таким образом, модернизация электроприводов вагоноопрокидывателей должна обеспечивать пусковой режим, минимизирующий негативное влияние переходных пусковых процессов.

Существуют два очевидных решения, позволяющих достичь поставленной цели:

1) применение системы «ПЧ-АД»;

2) применение системы «ТРН-АД».

Оба решения при выборе соответствующих режимов позволяют снизить негативное влияние переходных процессов за счет облегчения условий пуска АД. При этом стоимость низковольтных ТПН в 2-3 раза ниже стоимости ПЧ такой же мощности.

При выходе из строя одного из двигателей работа опрокидывателя обеспечивается двумя АД, расположенными на противоложной от неисправного двигателя стороне барабана. В этой связи рационально парное подключение АД, расположенных на одной стороне барабана опрокидывателя к одному ПЧ (рис. 5, а) или ТРН (рис. 5, б).

Следует отметить, что обслуживание электроприводов вагоноопрокидывателей в настоящее время носит преимущественно реактивный характер, т.е. АД работают до отказа, после чего производится их замена. При этом двигатели изнашиваются неравномерно, что не позволяет прогнозировать их остаточный ресурс и минимизировать потери от простоев производства.

Причиной неравномерной выработки ресурса является имеющее место различие фрикционных связей между приводными роликами и барабаном, что приводит к проскальзыванию отдельных роликов (особенно при пуске) и, соответственно, неравномерному распределению нагрузки между электроприводами. Для равномерной выработки ресурса АД необходимо принять меры по синхронизации нагрузочных режимов их работы.

В этой связи представляется необходимым рассмотреть варианты модернизации, суть которых заключается в последовательном соединении статорных обмоток пары двигателей, работающих от одного ТПН [2].

На рис. 6, а приведена схема включения статорных обмоток двигателей в «треугольник» при питании ТРН от сети 380 В.

Шахтные системы электроснабжения часто имеют трехфазную сеть с линейным напряжением 660 В. При питании от такой сети целесообразно применение схемы последовательного соединения

обмоток статора двигателей в «звезду» (рис. 6, б).

~220/380 в A B C

А ВС

ПЧ

ь с

а

~220/380 в А В С

ТПН

^ ь с

б

Рис. 6. Традиционные схемы управления параллельным пуском АД:

а - система ПЧ-АД; б - система ТПН-АД

трн

А о-

-380 в В О-

С О-

а

трн

а о

~660 в В О

С О-

б

Рис. 7. Двухдвигательная система «ТРН-АД» с последовательным соединением статорных обмоток АД:

а - по схеме «треугольник»; б - по схеме «звезда»

С32

ь

При таких схемах включения токи в статорных обмотках двух двигателей будут одинаковы, что позволяет синхронизировать работу

электроприводов, снизить вероятность

проскальзывания роликов и равномерно распределить нагрузку на двигатели.

Обе приведенные схемы работают при пониженном значении фазного напряжения статорной обмотки двигателя.

В данной работе ставится задача проведения дальнейших исследований с целью более подробного анализа электромеханических процессов в электроприводе. Отдельно следует рассмотреть проблему обеспечения синхронизации работы двухдвигательного электропривода вагоноопрокидывателя как системы с переменными массой с учетом влияния фрикционной связи

Information in English

приводных роликов и барабана.

Список литературы

1. Моделирование пусковых процессов асинхронных двигателей при использовании тиристорных регуляторов напряжения, реакторов, автотрансформаторов и транс-форматорно-тиристорных пусковых устройств // Вечеркин М.В., Славгородская Е.В., Славгородский В.Б., Сарваров И.А. Труды VII Международной (VII Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу. Иваново: ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина», 2012. С. 350-355.

2. Электропривод центробежного литья валков по системе ТПН - АД: монография / Сарваров А.С., Петушков М.Ю., Стригов А.Д., Сарваров И.А., Валяева А.М. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. 134 с.

Upgraded Versions of Electric Drives for Mining Dumpers

Karimsakov T.K.

Production problems of asynchronous electric drives for mine dumpers are considered. Possible ways of electric drive modernization aimed at improvement of their reliability and extension of their service life have been analyzed.

Keywords: mine car dumper, asynchronous electric drive, thyristor voltage regulator.

References

1. Vecherkin M.V., Slavgorodskaja E.V., Slavgorodvskij V.B., Sarvarov I.A. Modelirovanie puskovyh processov asinhronnyh dvigatelej pri ispolzovanii tiristornyh reguljatorov naprjazhenija, reaktorov, avtotransformatorov i transformatorno-tiristornyh puskovyh ustrojstv [Induction

motor start modeling using thyristor voltage regulators, reactors, autotransformers, and transformer-thyristor starting devices] . Scientific papers of VII International (VII All-Russian) scientific conference on automatic electric drive. FSBEI HPE «Ivanovo state power engineering university». Ivanovo, 2012, pp. 350-355.

2. Sarvarov A.S., Petushkov M.Ju., Strigov A.D., Sarvarov I.A., Valjaeva A.M. Elektroprivod tsentrobezhnogo litya valkov po sisteme TPN - AD [Electric drive of centrifugal roll casting in the system thyristor voltage converter - induction motor]: monograph. Magnitogorsk. Nosov State Technical University, 2010, 134 p.

УДК 621.771.25 - 83

Сафин И.Р., Лукьянов С.И., Бодров Е.Э.

Система управления электроприводом размоточного аппарата

стана по производству стальной арматуры

Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований возможности реализации разработанных технологических требований к электроприводу размоточного аппарата на стане ISF 5 ОАО «ММК-МЕТИЗ». Разработана методика расчета задания на момент электродвигателя размоточного аппарата с целью поддержания натяжения в промежутке размоточный аппарат - клеть профилирования на заданном уровне. Разработана функциональная схема системы управления электроприводом размоточного аппарата и алгоритм расчета задания на момент электродвигателя размоточного аппарата, реализация которых позволит обеспечить требуемое качество профиля арматурной проволоки. Разработанный алгоритм управления электроприводом размоточного аппарата обеспечивает поддержание натяжения перед входом в клеть профилирования на заданном уровне при изменении радиуса заполнения катушки проволокой, диаметра проволоки и технологических условий изготовления арматуры.

Ключевые слова: арматура, глубина насечки, электропривод, размоточный аппарат, система управления, алгоритм.

Введение

Одним из новейших технологических решений по производству высокопрочной стабилизированной арматуры для железобетонных шпал является со-

вмещение процессов нанесения насечки на проволоку и стабилизации механических свойств арматуры с применением наноструктурирования поверхности последней. Основным участком, где формируется