CC BY
234
УДК 62-83:621/.69
Г.И. Бабокин, д-р техн. наук, проф., проректор, (48762) 7-88-28, prorektor.science@nirhtu.ru (Россия, Новомосковск, Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева)
ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД КОНВЕЙЕРА С СИСТЕМОЙ ВЫРАВНИВАНИЯ НАГРУЗОК
Представлен частотно-регулируемый электропривод конвейера с выравниванием нагрузок электродвигателей в динамических режимах.
Ключевые слова: колебания тягового усилия, статическая симметрия, преобразователь частоты.
Электропривод скребкового шахтного конвейера является многодвигательным и включает головной и концевой приводы. При этом головной и концевой приводы могут иметь по два приводных блока (один АД вместе с редуктором и муфтой называется приводным блоком), работающих на ведущие звездочки барабанов. Головной и концевой приводы конвейера соединены бесконечной упругой тяговой цепью, к которой прикрепляются скребки, несущие груз. В процессе пуска и установившегося режима работы конвейера в тяговой цепи возникают колебания тягового усилия, моментов и мощности АД привода. Кроме того, распределение нагрузки между головными и концевыми приводами конвейера неравномерно. При этом причиной неравномерного нагружения головного и концевого приводов может быть статистическая асимметрия нагрузки и динамические воздействия возмущений [1]. Статическая асимметрия обусловлена: различием параметров АД и кабельной сети, питающей АД; различным шагом цепи, вследствие разного удлинения и износа звеньев тяговой цепи; различным предварительным натяжением верхней и нижней ветвей цепи; отклонением передаточных отношений редукторов; местом приложения нагрузок - головной привод первым воспринимает нагрузку, концевой - с запаздыванием. Динамические воздействия, вызывающие неравномерное нагружение приводов, обусловлены резким изменением момента нагрузки, различием во времени включения приводов при пуске, возможным стопорением одной из ветвей цепи в результате преодолимого или непреодолимого заклинивания.
В результате неравномерного нагружения головного и концевого приводов конвейера в установившемся и переходных режимах работы головной привод может работать в двигательном режиме, а концевой, кратковременно, в генераторном режиме. Неравномерное нагружение головного и концевого приводов приводит к недоиспользованию установленной мощности привода конвейера.
Электропривод (ЭП) конвейера включает два преобразователя частоты, питающие каждый головной и концевой приводы с одним или двумя
230
АД. Система управления ЭП конвейера обеспечивает регулирование скорости тяговой цепи (производительности конвейера) в режимах пуска, установившегося движения и стопорения.
Предложено осуществлять выравнивание нагрузок головного и концевого ЭП конвейера разделенным управлением преобразователями частоты, питающими АД головного и концевого приводов.
При рассмотрении ЭП принят закон частотного управления с поддержанием потока АД постоянным, активное сопротивление статора АД принято равно нулю и рассматриваются нагрузки АД в пределах рабочего участка механических характеристик. При разнице параметров головного и концевого приводов их механические характеристики исходят из одной точки на оси частот («0н) и имеют разный наклон к оси моментов. При
этом распределение нагрузок между приводами пропорционально жесткости механических характеристик [1]. Для выравнивания нагрузок головного и концевого приводов предложено [2] регулировать одновременно частоты вращения обоих приводов (АД): для имеющего большую жесткость механической характеристики - вниз от номинальной, а для имеющего меньшую жесткость - вверх от номинальной до тех пор пока моменты АД не станут равны. В новом установившемся режиме частоты вращения вала приводов не изменяются [1] и определяются по уравнению
Юр = «0ном - Мс (в )-1, (1)
где в1, в2 - коэффициенты жесткости механических характеристик АД1 и АД2, соответственно головного и концевого приводов; ю0н, ю0 - синхронные частоты магнитного поля статора АД1 и АД2 при номинальной частоте 50 Гц и любой частоте f преобразователя частоты, питающего электродвигатели;
в = 2МК1 (• ®ном )-1; в2 = 2МК 2 (SK 2 • «ном )-1; МКj, МК2, Sk1, Sk2 - моменты короткого замыкания и критические скольжения АД1 и АД2.
Механические характеристики головного и хвостового приводов при частотном управлении
М1 = в («01 ); (2) М2 =в2 (ю02 -Ю2 ) , (3) где ш1 и ш2; М1 и М 2 - текущие значения частот вращения валов и моментов приводов АД1 и АД2.
Решая систему (1) - (3) с учетом того, что М1 + М2 = Мс, а
ю р = = ю 2, получаем уравнения для определения частот вращения магнитного поля статора АД1 и АД2, обеспечивающих выравнивание нагрузки:
«01 =Ю 0ном [в + в ](2в )-1 -юр в -в Ы )-1 ;
^02 Оном в + в М )-1 [в -вв 12в )-1 -
Расчеты показали, что в худшем случае отличия жесткостей механических характеристик АД на ±20 % и при отсутствии разброса параметров питающей сети необходимо увеличение (уменьшение) частоты питания АД2 (АД 1) на ±3.. .4 % от номинальной. Данный метод применим в ЭП с питанием АД от отдельных ПЧ. При наличии существенного дополнительного разброса параметров сети необходимый диапазон регулирования АД для выравнивания нагрузок достигает 8 % от номинальной.
Двухдвигательный ЭП конвейера с выравниванием нагрузок представлен на рис. 1. ЭП включает АД1 и АД2 головного и концевого приводов, роторы которых через редукторы Р1 и Р2 посредством звездочек и тяговой цепи приводят в движение исполнительный орган конвейера, а статоры подключены через преобразователи частоты ПЧ1 и ПЧ2 к сети. К входам системы управления ПЧ1 и ПЧ2 присоединены регуляторы частоты РЧ1 и РЧ2. Блок выравнивания нагрузок БВН системы управления ЭП
включает сумматор С, компараторы К—м , К—м , ключи К + и К-, узел выделения модуля ВМ и регулятор выравнивания нагрузки РВН. На вход задатчика ЗИ поступает сигнал задания частоты и ю.
Рис. 1. Структурная схема электропривода конвейера
Схема работает следующим образом. Если момент (ток), например, электродвигателя АД1 будет больше момента тока двигателя АД2, то на выходе сумматора С появляется положительный сигнал, который приводит
к срабатыванию компаратора Ком и ключа К +. Сигнал рассогласования тока Д = ¡\ - ¡2 с выхода узла ВМ поступает на астатический регулятор
РВН. Сигнал с выхода регулятора РВН через открытый ключ К + поступает на вход регулятора РЧ1 со знаком «-», а на вход РЧ2 со знаком «+», что приводит к уменьшению частоты питания АД1 с выхода ПЧ1 и увеличению частоты питания АД2 с выхода ПЧ2, до тех пор пока моменты (токи) двигателей не сравняются. При превышении момента (тока) электродвигателя АД2 над моментом (током) электродвигателя АД1 схема работает
аналогично, но работают элементы К—м, К-. В блоках РВН, РЧ1, РЧ2 имеются ограничения выходных сигналов.
Проверка работоспособности ЭП с блоком выравнивания нагрузок выполнена на стенде.
На рис. 2 представлены диаграммы действующих значений токов в относительных единицах двухдвигательного привода, полученные на стенде при работе без блока выравнивания и с блоком выравнивания нагрузок.
о О
Рис. 2. Работа электропривода в режимах без выравнивания нагрузок (а) и с выравниванием нагрузок (б)
Экспериментальное исследование двухдвигательного электропривода конвейера показало, что при разбросе параметров электродвигателей до 10 % точность поддержания распределения токов между электродвигателями с блоком выравнивания (БВН) составила 2-3 %, а без блока выравнивания - 25.. .30 %.
Список литературы
1. Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Насонова Т.В. Рациональный электропривод скребкового конвейера // Горные машины и автоматика. 2001, №9. С. 17-22.
2. Устройство управления многодвигательным механизмом подачи горной машины: пат. 1731946 Рос. Федерация. №4795254; Заявл. 22.02.90; Опубл. 07.05.12; Бюл. №17.
G. Babokin
The two-impellent electric drive of the conveyor with system of alignment of loadings The frequency-controlled electric drive conveyor loading motor even of dynamic conditions is presented.
Keywords: fluctuations of traction effort, static symmetry, the frequency converter.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
А.М. Борисов, канд. техн. наук, доц., проф., (351) 267-93-21, borisov74@chelcom.ru (Россия, Челябинск, ЮУрГУ), Г.И. Драчев, канд. техн. наук, доц., проф., (351) 267-93-21, borisov74@chelcom.ru (Россия, Челябинск, ЮУрГУ), Н.Е. Лях, канд. техн. наук, директор, (351) 267-93-21, borisov74@chelcom.ru (Россия, Челябинск, ООО «ЧелПривод»), А.С. Нестеров, канд. техн. наук, доц., (351) 267-93-21, nas 2004@mail.ru (Россия, Челябинск, ЮУрГУ), А.Н. Шишков, канд. техн. наук, доц., (351) 267-93-21, shan1982@mail.ru (Россия, Челябинск, ЮУрГУ), М.Ф. Фрик, инженер, (351) 267-93-21,
borisov74@chelcom.ru (Россия, Челябинск, ООО «ЧелПривод»)
АСИНХРОННЫЙ ДРОССЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С РЕГУЛЯТОРОМ СКОРОСТИ
Представлен асинхронный электропривод с дросселем (индуктивным реостатом) в роторной цепи, снабженный регулятором скорости РСТ, обеспечивающим плавное регулирование скорости двигателя с выходом на естественную механическую характеристику. Разработаны структурная схема дроссельного электропривода и программа расчета на ЭВМ статических и динамических характеристик электропривода в переходных процессах пуска, торможения и приложения нагрузки.
Ключевые слова: асинхронный электропривод с дросселем, индуктивный реостат, статические и динамические характеристики.
При работе асинхронного двигателя в зависимости от скорости в цепи ротора изменяются скольжение s, частота и амплитуда ЭДС.
Дроссель (индукционный реостат) изменяет свое сопротивление Z^ при изменении частоты fgp и амплитуды тока 1др, а также при изменении числа витков w^ его обмотки [1,2,3]. Полное сопротивление дросселя описывается уравнением
