Управление пуском одноприводного скребкового конвейера Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ

УДК 62-83-52:62-573

В.Г. Каширских, С.С. Переверзев УПРАВЛЕНИЕ ПУСКОМ ОДНОПРИВОДНОГО СКРЕБКОВОГО КОНВЕЙЕРА

Известно, что режимы пуска и торможения составляют значительную долю рабочего цикла горно-транспортных машин. Так в [1], на основании проведённых автором исследований, отмечается, что число включений скребкового конвейера в сутки достигает 400. Действие знакопеременных электромагнитных моментов при пуске асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором (АД), которыми оснащены скребковые конвейеры, негативным образом сказывается на ресурсе АД и активных элементов механической части конвейера, вызывая их усталостные повреждения, преждевременный износ и, в конечном итоге, приводит к авариям.

Таким образом, актуальна задача снижения уровня динамической нагруженности механических элементов конвейера, которая может быть решена путём формирования требуемой динамической механической характеристики АД с помощью управляемого пуска.

Для исследования процессов, протекающих при управляемом пуске, воспользуемся математической моделью системы «тиристорный преобразователь напряжения - АД - рабочий орган конвейера».

В соответствии с [2], модель системы «тиристорный преобразователь напряжения - АД» можно представить в виде совокупности следующих уравнений (1), где , 1в , ?с, иА , ив , ис -

фазные токи и напряжения; и0 - разность потенциалов между нулевыми точками звезды напряжений сети и звезды напряжений электродвигателя; Lm - взаимная индуктивность обмоток статора и ротора; Ls, Lr - индуктивности статора и ротора; Rs, Rr -активные сопротивления статора и ротора; а - коэффициент рассеяния; yra, фф, isa, isp - соответственно составляющие потокосцепления обмотоки ротора и токов статора по осям а, в, неподвижным относительно статора; p - число пар полюсов; ю, Мэм - частота вращения ротора и электромагнитный момент.

Данная математическая модель должна быть дополнена условиями существования тока в какой-либо фазе при проводящем состоянии одного из тиристоров в этой фазе, когда тиристор открыт, если текущее значение электрического угла больше угла управления, или ток протекает за счет энергии в индуктивностях фазы.

При непроводящем состоянии тиристора, например фазы А, когда нарушаются условия проводимости, вместо фазного напряжения иА необхо-

Lm dw.

димо подать напряжение равное ——- Uo,

Ls dt 0

при этом U0 будет определятся выражением

1 (і W + uB + UC ).

2 L dt B

diA = І

dt L

diB і

dt L

dic 1

dt &Ls

dWra - J?

(UA - U0 - RsiA -

(UB - U0 - RsiB -

dt

Lm

L,

-i„„ -

Lm dWrA ,

Lr dt h

Lm d¥rB_y

- u0 - RsiA -

Lr dt

Lm dW

rc

Lr dt

poyrP;

);

dyrn L

r rP Г) m •

~dT=кТ,‘*

r,

r

Rr

— w rP+ pa w ra;

isp V3 (iB ic);

dWrA dWra .

dt

dWrB

dt

dWrc

dt

dt

1dWra , У3 dWrP ; 2 dt 2 dt ;

1dWra 43dWrP ; 2 dt 2 dt ;

1

U0 = 3 (UA + ^B + Uc );

3 Lm r ■ ■ \

M ЭМ = 2 P — (Wraisp-Wrpisa).

(І)

isa iA ;

c

r

йх 0

~ Уо;

йу о _ М эм ір (х х т ) ку

■- (хо - х1 - то)'

т„

йХі _ V,; _[ку (хо - хі - То) -

йі 17 йі - ку (Х1 - Х2 - То) - /шр (V1) - /т ]/ті;

йхк

йі

_ V

йі

_ [ку (хк-1 - хк - то) -

- ку (Хк - Хк+1 - То ) - /тр (Ук ) - /т ] / тк ;

йх* _ ;

йі “ ;

йу* йі

- /шр (ук ) - /т ]/т*;

йа йуо ір

' _ [ку (Хк-1 - Хк - То) -

йі йі Кпр ’

(2)

При моделировании динамических процессов в рабочем органе конвейера, математическая модель может быть представлена в виде совокупности упруго-связанных звеньев (2), где х0, хк, хм, у0, ук, VN - координата и скорость движения первого,

Л-ого и последнего звена соответственно, Ь0 -длина элементарного звена, ку- коэффициент упругости (жесткости) элементарного звена.

В состав каждого звена входят цепь, скребок, груз. На каждое звено массой шк и длиной Ь0

Рис 1. Расчетные диаграммы изменения момента М, частоты вращения рошора т и тока в обмотках статора и ротора 1Г при прямом пуске

4 ООО 3 500 3 ООО 2 500 £ 2 ООО

я

2“ 1 500 1 000 ■

500

о

-500 -1 000--I 500

0.05 ОИ 0.15 О Л 0.25 0,3 0.35 0^4 0.45 <К5 0,55

1,С

Рис 2. Переходные моменты при прямом пуске (1), при пофазной подаче напряжения (2), при квазиоп-тимальном пуске (3), при пуске ограничением скорости нарастания приложенного напряжения

менения момента, частоты вращения ротора и тока в обмотках статора и ротора при прямом пуске конвейера, полученные при компьютерном моделировании. Использовались следующие параметры: длина конвейера - 100 м, калибр цепи - 18x64, масса одного метра цепи со скребками - 18 кг, масса груза - 10 кг/м, передаточное отношение редуктора 1р - 20, рабочий орган приводится в движение асинхронным электродвигателем ЭД-КО4-4МУ5 мощностью 80 кВт.

Как видно из рис. 1, приводной электродвигатель развивает значительные по величине знакопеременные электромагнитные моменты, приводящие к опасным механическим напряжениям в трансмиссии и тяговой цепи конвейера. При этом пусковые токи в обмотках электродвигателя достигают величин, в несколько раз превосходящих номинальные значения, что негативным образом сказывается состоянии лобовых частей статорной обмотки.

На рис. 2 приведены переходные моменты при моделировании пуска АД с резкопеременной нагрузкой различными способами. Наилучшие свойства реализации безударного пуска получены при квазиоптимальном управлении [4]. Экспериментальная проверка с помощью разработанного нам универсального полупроводникового пускового устройства подтвердила полученные при моделировании результаты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

действуют силы со стороны соседних звеньев к у (хк_1 - хк - Ь0) и к у (хк - хк+1 - Ь0), силы

внешнего (сухого) трения /тр(ук), зависящие от скорости движения звена ук, а также тангенциальная составляющая силы тяготения/т, величина которой определяется положением конвейера.

Усилие, передаваемое со стороны приводного

М эм 1р

электродвигателя -----------, задается через на-

Кпр тпр

чальную координату х0 системы. Здесь Мэм -электромагнитный момент электродвигателя, /р-передаточное отношение редуктора, тпр - приведенная масса вращающихся частей привода, Япр-радиус приведения .

На последнее звено х^ системы действует усилие только со стороны предпоследнего звена, так как при наличии в составе конвейера одной приводной станции обратная ветвь тяговой цепи будет провисать. Это отражено в представленных уравнениях.

Правомерность подобного подхода для описания движения рабочего органа скребкового конвейера обоснована в [3]. При корректном задании значений коэффициентов перед переменными в приведенной модели, результаты моделирования достаточно хорошо согласуются с результатами экспериментов.

На рис.1 представлены расчетные графики из-

1. Ещин Е.К. Теория предельных режимов работы горных машин, Томск: Изд-во Томского ун-та,

1995. - 232 с.

2. Моделирование асинхронных электроприводов с тиристорным управлением / Л.П. Петров, В.А. Ладензон, Р.Г. Подзолов, А.В. Яковлев. - М.: Энергия, 1977. - 200 с.

3. Бандурин А.Н. Моделирование динамики рабочего органа скребкового конвейера //Вестн. КузГТУ. -1999. - №2. - С.46-49.

4. Патент РФ № 2235410 МПК Н 02 Р 1/26. Способ пуска асинхронного электродвигателя / Е.К. Ещин, И.А. Соколов, В.Л. Иванов, В.Г. Каширских, Заявл. 04.01.03, № 2003100098. Опубл. 27.08.04. Бюл. №24.

□ Авторы статьи:

Каширских Вениамин Георгиевич -канд.техн. наук, зав. каф. электропривода и автоматизации

УДК 621.31-213.34

Переверзев Сергей Сергеевич ■ аспирант каф. электропривода и автоматизации

С.Д. Баранов

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ В ОТДЕЛЕНИИ СТАТОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ СО СПЕЦИАЛЬНЫМ ВИДОМ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ

Источниками воспламенения взрывоопасных смесей внутри оболочки взрывозащищенного электрооборудования могут быть электрическая дуга, электрическая искра, искры трения и соударения элементов конструкции движущихся частей взрывозащищенного электрооборудования или значительный нагрев отдельных частей внутри оболочки. В предложенных вариантах конструкций взрывозащищенных электродвигателей со специальным видом взрывозащиты [1, 2]

внутренний объем отделения статора представлен в виде узких щелевых зазоров. Оставшееся свободное пространство по лобовым частям заполнено диэлектрическим компаундом, а между подшипниковым щитом и торцевой частью гладкого ротора заполнено установкой специальных втулок. При такой конструкции электрической

взрывозащищенной машины источником теплового воспламенения взрывоопасной смеси может служить только ротор.

Действующие в настоящее время стандарты на взрывозащищенное электрооборудование регламентируют температуру нагрева отдельных частей конструкции, размещенных

внутри оболочки. Стандарт ГОСТ Р 51330.5-99, соответствующий стандарту МЭК 600794-75, классифицирует взрывоопасные смеси на шесть температурных групп по температуре самовоспламенения. Необходимо отметить, что методика определения температуры самовоспламенения рекомендует вводить взрывоопасную смесь в предварительно нагретую колбу, изготовленную из боросиликатного стекла, имеющую объем 200 см3. При таких испытаниях, полученная температура самовоспламенения взрывоопасной смеси не является физикохимической константой, а зависит от аппаратурных условий, т. е. если изменить конфигурацию колбы или изготовить ее из другого материала, то результаты могут существенно отличаться один от другого.

В предложенных конструкциях электродвигателей со специальным видом взрывозащиты свободный объем получается в виде узких щелевых зазоров (для двигателей малой и средней мощности величина зазора составит порядка десяти миллиметров), следовательно, процесс теплового воспламенения в таких объемах будет отличаться от того, который имеет место

при стандартной методике, а температура воспламенения будет выше. Из тепловой теории воспламенения [3] было получено соотношение, связывающее температуру воспламенения от нагретой поверхности с параметрами смеси и геометрией сосуда, в котором происходит воспламенение:

/2 ( ^ "А

ХЯТ,

-Хгхр

Е

ЯТ.

і

= соті.

(1)

где 0 - калорийность смеси, Дж/кг-моль; Е - энергия активации, Дж/кг-моль; I - характерный размер сосуда, м; X -теплопроводность смеси,

Вт/(м-К); Я - газовая постоянная, 8,31441 Дж/(моль-К); Т1 -температура воспламенения, К, Z - предэкспонентный множитель.

Данное соотношение показывает, что температура воспламенения при определенных условиях существенно зависит от геометрических размеров сосуда, в котором происходит воспламенение смеси при прочих равных условиях.

Температуру воспламенения для сосуда цилиндрической формы можно найти из решения трансцендентного уравнения: