CC BY
29
9. Патент на изобретение 127513 РФ. Осветительное устройство на светодиодах с питанием от нестабильной сети и источником тока малой мощности / Соколов Ю.Б, Стрельников М.В. Опубл. 12.01.2018. Бюл. №2.
Котеленко Светлана Владимировна, канд. техн. наук, ассистент, S. V.Kuzmina@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чижкин Алексей Владимирович, студент, neizvestnyj. aleksej00@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
LEDS AS A MODERN ALTERNATIVE TO TRADITIONAL LIGHT SOURCES.
S. V. Kotelenko, A. V. Chizhkin
An alternative to the classical incandescent lamp is considered, a comparison with other light sources is made, the disadvantages and advantages of LEDs are analyzed.
Key words: led, LED device, photon, color spectrum, voltage.
Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, assistant, S. V.Kuzmina@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chizhkin Aleksey Vladimirovich, student, neizvestnyj. aleksej00@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.3.07
ЭЛЕКТРОПРИВОД ПИТАТЕЛЯ ДРОБИЛОК И МЕЛЬНИЦ НА БАЗЕ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Г.И. Бабокин
Разработан электропривод ленточных, пластинчатых и скребковых питателей дробилок и мельниц на базе высокомоментного синхронного двигателя с постоянными магнитами, обеспечивающий снижение потребления электрической энергии на 15...20 %, повышение надежности и ресурса питателя за счет безредукторного исполнения привода. Получена математическая модель электропривода питателя и синтезированы регуляторы тока по продольной и поперечной оси вращающегося ротора двигателя и регулятор скорости исполнительного органа питателя с демпфирую-щейобратной связью. В результате моделирования переходных процессов в электроприводе показана работоспособность электропривода и эффективность демпфирования колебанийупругого момента исполнительного органа.
Ключевые слова: электропривод, синхронный двигатель с постоянными магнитами, математическая модель, система управления.
В горной, металлургической, энергетической и строительной промышленности при переработке полезных ископаемых - руды, угля, известняка и других материалов - широко применяются процессы дробления и измельчения с использованием различных типов дробилок и мельниц [1-4].
97
Загрузка мельниц и дробилок полезным ископаемым осуществляется с помощью ленточных, пластинчатых, скребковых, шнековых и других типов питателей, которые обеспечивают регулируемую производительность подачи материала в рабочую камеру дробилок и мельниц из аккумулирующих емкостей. Регулирование производительности питателей осуществляется в функции физических свойств перерабатываемого материала, режимных параметров дробилок и мельниц и выходных физических параметров переработанного материала. Установленная мощность электропривода (ЭП) питателей составляет от 2 до 45 кВт и определяется в основном номинальной производительностью питателя, длиной и углом установки питателя. Диапазон регулирования производительности питателей на практике составляет 5:1. Для регулирования производительности питателя применяются следующие системы ЭП: управляемый выпрямитель - двигатель постоянного тока; многоскоростной асинхронный электродвигатель; частотно-регулируемый асинхронный ЭП. Из указанных систем ЭП лучшие энергетические характеристики и надежность имеет частотно-регулируемый асинхронный ЭП.
Во всех указанных ЭП для обеспечения заданного момента и скорости исполнительного органа питателя применяется механическая передача - редуктор. Потери энергии в редукторе зависят от конструктивного исполнения зацепления передачи, качества обработки элементов и точности сборки передачи, качества смазки, степени изношенности зацепления и др.По оценке [4] КПД зубчатых передач в лучшем случае при одной ступени составляет 0,9, при двух - 0,8, при трех - 0,73. КПД червячной передачи в зависимости от числа заходов и передаточного отношения составляет 0,6-0,7.При этом при непрерывной работе ЭП ресурс передач и валов редуктора составляет 3-4 года, а ресурс подшипников в два раза меньше. Это обуславливает значительные материальные и финансовые затраты на средний и капитальный ремонт редукторов. В связи с изложенным для повышения энергоэффективности и надежности питателей актуальна разработка безредукторного ЭП.
Цель работы - разработать безредукторный электропривод питателя, обеспечивающий заменуприменяемого ЭП при сохранении механической системы питателя: приводных барабанов и его исполнительного органа - грузонесущих ленты, пластинчатого полотна или скребков, закрепленных на тяговой цепи.
В работе решаются задачи получения математической модели ЭП питателя на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ), синтеза системы управления ЭП и подтверждение моделированием правильности выбора параметров ЭП.
В работе предложен ЭП питателя на базе синхронного электродвигателя с постоянными магнитами фирмы 81тепвБШО с числом пар полюсов 20-40 и моментом на валу, обеспечивающий безредукторное исполнение привода питателя для мощностей до 50 кВт [5-6]. Структурная схема ЭП представлена на рис. 1.
пкз шим-и сдпм
ПК2
Рис. 1. Структурная схема электропривода питателя
Система управления электропривода питателя выполнена в синхронно-вращающейся системе координат (<1ц)[1-9]. Для реализации системы применены: преобразователи координат (ПК1 - реализующий преобразование Кларка; ПК2 - прямое преобразование Парка; ПКЗ - обратное преобразование Парка); широтно-импульсный инвертор ШИМ-И; датчик положения ротора с блоком вычисления угла в и частоты вращения вала двигателя - ДПР [6-7]. Внутренняя часть системы управления содержит регуляторы тока по осям ц и <1. При этом для получения максимального момента СДПМ задание тока по оси й равно нулю (1йз = 0), а задание тока по оси 3), формируется внешним регулятором скорости РС.
На структурной схеме механическая часть ЭП питателя представлена двухмассовой: моментом инерции ротора электродвигателя с приводным барабаном (0Д + 0б) и момента инерции исполнительного органа с транспортируемым материалом, приведенным к валу электродвигателя 7ио.Блок задания производительности ЭП питателя (БЗП) на основе информации о параметрах режима работ дробилки или мельницы - нагрузки главного ЭП, уровня загрузки рабочего пространства, оценки массы загруженного материала, гранулометрического состава дробленного материала выдает сигнал задания <к13на вход регулятора скорости РС. Для демпфирования колебаний момента упругости исполнительного органа питателя введена отрицательная обратная связь по разности частот вращения ~ ^ио с коэффициентом передачи кш2-
Для моделирования динамических процессов в ЭП питателя разработана математическая модель, в которой индуктивность по продольной оси СДПМ совпадающий с магнитной осью ротора, равна индуктивности по поперечной оси ¿д, то есть Ьй = = Ь. При составлении математической модели СДПМ приняты общепринятые допущения [7, 8, 9]: обмотки статора симметричны; насыщение магнитной цепи, потери в стали отсутствуют; индуктивность рассеяния не зависит от положения ротора в
пространстве. В этом случае математическая модель электропривода питателя с СДПМ в синхронной вращающейся системе координат имеет вид:
Ud = s ■ i|/d + \\Jq ■ о) + R ■ Id; (1)
Uq = s-\\>q+ R-Iq-\\>d- a); (2)
^d = L ■ Id + Ф/; lq) (3)
M = 3--p-i\jriq; (4)
(JA + J6) ■ 5 ■ а)! = M - M12 Mcl; (5)
a) = p • оох; 5 ■ G = gl^; (6)
Jm -s- о)И0 = M12 - Мио; (7)
5 ■ M12 = с ■ (он - о)И0); (8)
Ла)! = о)13 - кш1 ■ а) - кш2 ■ (а)! - а)И0), (9)
где 5 - оператор Лапласа; Id, Iq, Ud, Uq - токи и напряжения статора по осям d, q; i|jd, ф^, ф^ - потокосцепления статора по осям d, q и создаваемое постоянным магнитом; R - активное сопротивление обмотки статора; а), а^-электрическая и механическая частота вращения ротора; L - индуктивность обмотки статора по продольной и поперечной осям ротора; 0 -механический угол поворота ротора; М, М12, МсЪ Мио - моменты электромагнитный, упругости в исполнительном органе, сопротивления трения на валу двигателя, сопротивления на исполнительном органе; р - число пар полюсов; с - жесткость связи между электродвигателем и исполнительным органом.
На основе полученной системы уравнений (1) - (9) была разработана математическая модель ЭП питателя в программном пакете Matlab Sim-ulink, с помощью которой, используя приложение «compensator desing», синтезированы параметры ПИ-регуляторов в контурах токов по осям d, q, а также синтезированы ПИ-регулятор частоты вращения СДПМ и параметры корректирующей обратной связи по разности частот а^ — а)ио. Также проведены исследования влияния жесткости упругой связи с на переходный процесс изменения момента упругости исполнительного органа при управляющем воздействии, рис.2.
На рис. 2 представлены диаграммы изменения относительного момента упругости M{2 — ^12/^ном (Мном - номинальный момент двигателя) при скачке управляющего воздействия. Диаграммы 1 и 2 соответствуют
100
электроприводу питателя с СДПМ при отсутствии обратной связи по разности частот а)! — о)ио: 1 - ленточный питатель с максимальной длиной доставки - 10 м; 2 - скребковый питатель с максимальной длиной доставки -20 м. Из диаграмм следует, что процесс изменения момента упругости в ленте и скребковой цепи является колебательным с максимальным значением момента М{2 — 1Д — 1,3. Применение обратной связи по разности частот а)! — о)ио позволило получить апериодический переходный процесс момента упругости - кривая 3 рис.2 для ленточного и скребкового питателя.
Рис. 2. Диаграммы переходных процессов момента упругости
исполнительного органа
Таким образом, электропривод на базе синхронного двигателя постоянного тока с постоянными магнитами позволяет получить безредук-торное исполнение привода питателя дробилок и мельниц, снизить удельное потребление электрической энергии питателем, повысить его надежность и ресурс. Получена математическая модель электропривода питателя с синхронным двигателем с постоянными магнитами во вращающейся системе координат, учитывающая упругость исполнительного органа. Синтезированы параметры регуляторов тока двигателя, скорости исполнительного органа питателя и обратной связи, демпфирующей упругий момент исполнительного органа, обеспечивающие качественный переходный процесс изменения производительности питателя.
Список литературы
1. Перов В.А., Андреев Е.Е., Биленко Л.Ф. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 2000. 301 с.
2. Постолатьева A.B., Твердов A.A., Никишичев С.Б. Особенность процессов дезинтеграции железорудного сырья и предпосылки для выбора оптимального варианта рудоподготовки // Горная промышленность. 2013. №6. С. 82-86.
3. Гзогян С.Р. Современное состояние техники и технологии рудо-подготовки железистых кварцитов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. №3. С 56-61.
4. Бабокин Г.И., Готовцева В. А. Математическая модель двухдвига-тельного безредукторного электропривода скребкового конвейера // Труды X Международной конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2018, 2018. С. 136-139.
5. Герман-Галкин С.Б. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем. СПб.: КОРОНА принт, 2001. 320 с.
6. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Изд. Центр «Академия», 2005. 304 с.
7. Калачев Ю.Н. Векторное управление [Электронный ресурс]. URL: http://www.privod-news.ru/docs/Vector Kalachev.pdf (дата обращения: 21.04.2016).
8. Балковой А.П., Цацекин В.К. Прецизионный электропривод с вентильными двигателями. М.: Изд-воМЭИ, 2010. 328 с.
9. Acarnley P.P., Watson J.F. Review of Position-Sensorless Operation of Brushless Permanent-Magnet Machines // IEEE Trans. Ind. Electron. 2006. Vol. 53. No. 2. P. 352-362.
Бабокин Геннадий Иванович, д-р техн. наук, профессор, babokingi-nov@yandex.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
ELECTRIC DRIVE OF FEEDERS OF CRUSHERS AND MILLS ON THE BASIS OF SYNCHRONOUS MOTOR WITH PERMANENT MAGNETS
G.I. Babokin
The electric drive of belt, plate and scraper feeders of crushers and mills is developed on the basis of high-torque synchronous motor with permanent magnets, providing reduction of electric energy consumption by 15...20%, increase of reliability and resource of the feeder due to gearless execution of the drive. A mathematical model of the electric feeder and synthesized controllers for the longitudinal and transverse axes of the rotating rotor of the motor and speed regulator of the Executive body of the feeder with damping feedback. As a result of modeling of transients in the electric drive, the efficiency of the electric drive and the efficiency of damping the vibrations of the elastic moment of the Executive body are shown.
Key words: electric drive, permanent-magnet synchronous motor, mathematical model, control system.
Babokin Gennady Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, hahokinginovayandex.ru, Russia, Moscow, National University of Science and Technology «MISIS»
