CC BY
22
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
УДК 621.926.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-8-269-273
СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА КОНУСНОЙ
ДРОБИЛКИ
Г.И. Бабокин, И.А. Деревнин
Рассмотрена система стабилизации мощности электропривода конусной дробилки с ленточным питателем с безредукторным приводом на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами и приведены результаты математического моделирования системы при изменении крепости дробимого материала. Показано,что применение системы стабилизации мощности повышает энергоэффективность работы дробилки.
Ключевые слова: конусная дробилка, система стабилизациимощности, синхронный двигатель с постоянными магнита.
Конусные дробилки широко применяются в системах рудоподготовки в горной и строительной промышленности. Они потребляют до17% электрической энергии предприятий этих отраслей. Исследование энергетических характеристик конусных дробилок, работающих в условиях месторождения «Вернинское» [1-4] показало, что повышение энергоэффективности их работы достигается применением систем автоматизации и современных систем электропривода. Исполнительным органом систем автоматизации дробилки является ленточный питатель, подающий руду в рабочую камеру дробилки. Предложено применить для привода питателя безредукторный электропривод на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами, имеющий ряд преимуществ в сравнении с применяемым частотно-регулируемым электроприводом: повышение на 10-13 % КПД привода, отсутствие затрат на техническое обслуживание и ремонт редуктора, увеличение ресурса питателя.
Система управления процессом дробления в конусной дробилке [5,6] включает контуры стабилизации мощности электропривода конуса и поддержания производительности дробилки, применение которых зависит от места установки дробилки в поточной линии рудоподготовки. Нагрузка электропривода конуса дробилки при изменении прочности дробимой руды с 60 до 90 МПа изменяется от 50 до 100 КВт. Потому для лучшего использования установленной мощности электродвигателя дробилки и повышения ее производительности применяется система стабилизации мощности электропривода конуса дробилки (ССМ). При решении задач синтеза параметров ССМ с приводом ленточного питателя с СДПМ, из-за сложности описания механических и электромеханических процессов в конусной дробилке и электрооборудовании, в работе применен метод математического моделирования.
СДПМ включает синхронный электродвигатель с трехфазной обмоткой статора и ротором с возбуждением от постоянных магнитов, преобразователь частоты, питающий обмотки статора, и датчик непрерывного контроля положения ротора (резольвер),
269
формирующий требуемый алгоритм управления ключами преобразователя частоты. Выполнение ротора с большим числом пар полюсов позволяет получить на валу синхронного электродвигателя большой момент при низкой частоте вращения вала.
При синтезе параметров регуляторов токов и скорости питателя приняты уравнения СДПМ во вращающейся системе координат d, q [7], которые описывают электромагнитные и электромеханические процессы в СДПМ, при допущении симметричности магнитной системы ротора и перпендикулярности векторов магнитодвижущих сил статора и ротора:
Ud = Rsid
dia
Uq =RSÍq +Ls~T + ^LsÍd
** s dt
3
2 PnYO'-q
, (1)
J dt '
ы - Рпымех
где иа,ич,1а,1ч — проекции напряжения и тока статора на оси;й5,15 — сопротивление и индуктивность статорной обмотки; Ц>г — потокосцепление постоянных магнитов; М — электромагнитный момент; рп —количество полюсов; ф0 — магнитный поток постоянных магнитов; Мс — момент нагрузки; / — момент инерции ротора и приводного барабана питателя; &>мех,^ — механическая и электрическая частоты вращения ротора.
В приводе питателя применен синхронный электродвигатель с постоянными магнитами 1FW6 с параметрами:Мн=1800 Нм; /н=39 А; и^ = ич = 380 В; иа = 0;
Рп = 36;^мех = 6,4^.
На рис. 1 представлена синтезированная система управления производительностью ленточного питателя с СДПМ, включающая П-регулятор частоты вращения ротора и ПИ-регуляторы тока по осям iqи id электродвигателя.
пи риулатаг, Пмовоккммл,
1«ЧЧ1 <- к
1Ч>
о
гО
I .
ГМ регулятор ГЦжобрэмватель
<Í]J
иь
[ ]
Рис. 1. Структурная схема математической модели СДПМ с регуляторами скорости и тока
На рис. 2 представлены диаграммы изменения электромагнитного момента электродвигателя (верхний график) и угловой скорости ведущего барабана питателя, пропорционального производительности питателя, (нижний график) при скачке задания производительности питателя. Быстродействие отработки сигнала задания производительности составляет 0,08-0,1 с.
Структура математической модели системы стабилизации мощности представлена на рис. 3. Модель питателя представлена блоком «Модель СДПМ», который пред-
270
ставлен на рис. 1. Передаточная функция конусной дробилки[8] по каналу: производительность питателя - электрическая энергия, потребляемая электроприводом конуса N3 равна:
_ _ ТКМ
где Т = — постоянная времени; Нк — высота камеры дробления, м; д — коэффициент разрыхления; I — длина зоны параллельности; Кы = 12™Е —коэффициент усиления;
п— число оборотов привода, об/мин; асж — предел прочности при сжатии, МПа; у — удельная плотность материала; Е— модуль упругости материала, кг/см2;^эк = 0,85 —КПД электропривода конусной дробилки.
Рис. 2. Диаграммы электромагнитного момента двигателя и угловой скорости барабана питателя
Рис. 3. САР Структурная схема математической модели системы стабилизации мощности электропривода конусной дробилки
В результате моделирования ССМ установлены параметры ПИ регулятора мощности, обеспечивающие получение апериодического переходного процесса изменения мощности при скачкообразном изменении управляющего и возмущающего воздействия. На рис. 4 представлены диаграммы работы ССМ при изменении предела прочности при сжатии дробимого материала (верхний график).На диаграмме потребляемой мощности электроприводом дробилки (средний график) и линейной скорости ленты питателя (нижний график) видно, что ССМ обеспечивает поддержание мощности с достаточной точностью.
Рис. 4. Диаграммы изменения предела прочности руды, мощности электропривода конуса и линейной скорости ленты питателя
Технико-экономическая оценка применения привода СДПМ для питателя и системы стабилизации мощности электропривода конусной дробилки показала возможность снижения удельного расхода электрической энергии дробилкой на 11-14%
Таким образом, для повышения энергоэффективности работы конусной дробилки предложен безредукторный электропривод питателя дробилки на базе СДПМ и система стабилизации мощности электропривода конуса дробилки. Разработана математическая модель питателя и системы стабилизации мощности электропривода конуса, синтезированы параметры регуляторов производительности питателя и стабилизации электрической мощности электропривода дробилки. Математическое моделирование динамических процессов дробления в разработанных системах показало правильность выбора параметров регуляторов.
Список литературы
1. Червяков С.А. Обоснование конструктивных и режимных параметров энергосберегающих конструкций конусных дробилок: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. технич. наук (05.05.06) / Червяков Сергей Алексеевич; Уральский государственный горный университет. Екатеринбург, 2004. 24 с.
2. Пономарев В.Б., Лошкарев А.Б. Щековые и конусные дробилки: методические указания по курсовому проектированию. Екатеринбург: ГОУ-ВПО УГТУ-УПИ, 2008. 71 с.
3. Софронов В. Л. Машины и аппараты химических производств. Северск: СГТА, 2008. 263 с.
4. Лагунова Ю.А. Энергопотребление при дроблении горных пород конусными дробилками // Известия УГГГА: сб. науч. ст. Екатеринбург, 2000, №9. С. 158-161.
5. Фурин В.О., Федулов К.А., Турьянский Б.В. Интеллектуальные конусные дробилки ПАО «Уралмашзавод» // Научно-технический и производственный журнал: горная промышленность. 2016. №6 (130). С. 15-20.
6. Терещенко А.Н. Кинематический расчет конусной дробилки // Международная научно-техническая конференция молодых ученых. 2017. С. 2297 - 2304.
7. Герман-Галкин С. Г. Matlab&Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. СПб.: КОРОНА-Век, 2008. 368 с.
8. Илюхин А.В. Математическое описание объектов автоматизации строительного производств: учебное пособие / А.В. Илюхин, А.М. Колбасин, В.И. Марсов. М.: МАДИ, 2016. 104 с.
Бабокин Геннадий Иванович, д-р техн. наук, профессор, babokingi-nov@yandex.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Горный институт,
Деревнин Игорь Андреевич, магистрант, derevninja@mail.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Горный институт
POWER STABILIZATION SYSTEM OF THE ELECTRIC DRIVE OF THE CONE CRUSHER
G.I. Babokin, I.A. Derevnin
A system for stabilizing the power of an electric drive of a cone crusher with a belt feeder with a gearless drive based on a synchronous motor with permanent magnets is considered and the results of mathematical modeling of the system when the strength of the shot material changes. It is shown that the use of the power stabilization system increases the energy efficiency of the crusher.
Key words: cone crusher, power stabilization system, permanent magnet synchronous motor.
Babokin Gennady Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, babokingi-nov@yandex.ru, Russia, Moscow, National University of Science and Technology «MISiS», Mining Institute,
Derevnin Igor Andreevich, master's, derevnin_ia@mail.ru, Russia, Moscow, National University of Science and Technology «MISiS», Mining Institute
УДК 621.31
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-8-273-283
ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА
Ю.А. Сычев, М.С. Ковальчук, А.А. Алдашов, В.А. Сериков, А.А. Пастухова
В статье представлен обзор основных проблем при интеграции интеллектуальных систем электроснабжения на предприятиях минерально-сырьевого комплекса. Проведен анализ ключевых проблем на предприятиях минерально-сырьевого комплекса, препятствующих или осложняющих процесс интеграции. Проанализированы проблемы, связанные с самой интеграцией интеллектуальных систем электроснабжения.
Ключевые слова: минерально-сырьевой комплекс, интеллектуальные системы электроснабжения, преобразователи частоты, распределённая генерация, качество электроэнергии.
Влияние, которое оказывают предприятия минерально-сырьевого комплекса на экономику в России является всем известным фактом. Позиция Российской Федерации на геополитической и экономической арене во многом зависит от качества, количества и цены добываемых минеральных ресурсов (металлы, нефть, газ и т.д.). Несмотря на то, что на территории Российской Федерации находится большое разнообразие полезных ископаемых, ощущается необходимость в развитии методов добычи, переработки и разведки этих ресурсов [1].
