Математическое моделирование синхронного двигателя карьерного экскаватра

Область применения регулируемых электроприводов переменного тока в нашей стране и за рубежом в значительной степени расширяется. Особое положение занимает синхронный электропривод мощных карьерных экскаваторов, которые используются для компенсации реактивной мощности. Однако их компенсирующая способность используется недостаточно из-за отсутствия чётких рекомендаций по режимам возбуждения

Соловьев Д. Б.

Область применения регулируемых электроприводов переменного тока в нашей стране и за рубежом в значительной степени расширяется. Особое положение занимает синхронный электропривод мощных карьерных экскаваторов, которые используются для компенсации реактивной мощности. Однако их компенсирующая способность используется недостаточно из-за отсутствия чётких рекомендаций по режимам возбуждения. В этой связи ставиться задача определения наивыгоднейших режимов возбуждения синхронных двигателей с точки зрения компенсации реактивной мощности с учётом возможности регулирования напряжения. Эффективное использование компенсирующей способности синхронного двигателя зависит от большого количества факторов (технических параметров двигателя, нагрузки на валу, напряжения на зажимах, потерь активной мощности на выработку реактивной и т.д.). Увеличение загрузки синхронного двигателя по реактивной мощности обуславливает рост потерь в двигателе, что отрицательно сказывается на показателях его работы. В то же время увеличение реактивной мощности, отдаваемой синхронным двигателем, будет способствовать уменьшению потерь энергии и в системе электроснабжения карьера [1]. По этому критерием оптимальности нагрузки синхронного двигателя по реактивной мощности является минимум приведенных затрат на генерацию и распределение реактивной мощности в системе электроснабжения карьера.

Исследование режима возбуждения синхронного двигателя не посредственно на карьере, не всегда представляется возможным по техническим причинам и из-за ограниченного финансирования исследовательских работ. Поэтому представляется необходимым описание синхронного двигателя экскаватора различными математическими методами. Двигатель, как объект автоматического управления представляет собой сложную динамическую структуру, описываемую системой нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка. В задачах управления любой синхронной машиной использовали упрощенные линеаризованные варианты динамических моделей, которые давали лишь приближённое представление о поведении машины. Разработка математического описания электромагнитных и электромеханических процессов в синхронном электроприводе, учитывающих реальный характер нелинейных процессов в синхронном электродвигателе, а также использование такой структуры математического описания при разработки регулируемых синхронных электроприводов, при которой исследование модели карьерного экскаватора было бы удобным и наглядным, представляется актуальной.

Вопросу моделирования всегда уделялось большое внимание, широко известны методы: аналог моделирования, создания физической модели, цифро-аналогово моделирования. Однако аналоговое моделирование ограничено точностью вычислений и стоимостью набираемых элементов. Физическая модель наиболее точно описывает поведение реального объекта. Но физическая модель не позволяет произвести изменение параметров модели и создание самой модели очень дорого.

Наиболее эффективным решением является система проведения математических расчётов MatLAB, пакета SimuLink. Система MatLAB устраняет все недостатки вышеперечисленных методов. В данной системе уже сделана программная реализация математической модели синхронной машины.

Среда разработки лабораторных виртуальных приборов MatLAB представляет собой среду прикладного графического программирования, используемую в качестве стандартного инструмента для моде объектов, анализа их поведения и последующего управления. Ниже приведён пример уравнений для моделируется синхронного двигателя по полным уравнениям Парка-Горева, записанным в потокосцеплениях для схемы замещения с одним демпферным контуром.

С помощью данного программного обеспечения можно моделировать все возможные процессы в синхронном двигателе, в штатных ситуациях. На рис. 1 показаны режимы пуска синхронного двигателя, получившиеся при решении уравнения Парка-Горева для синхронной машины.

Пример реализации этих уравнений представлен на блок-диаграмме, где инициализируются переменные, устанавливаются параметры и выполняется интегрирование. Результаты режима пуска приведены на виртуальном осциллографе.

Характеристики с виртуального осциллографа

Рис. 1 Пример снятых характеристик с виртуального осциллографа.

Как видно, при пуске СД возникают ударный момент величиной 4.0 о.е и ток 6.5 о.е. Время пуска составляет порядка 0.4 сек. Хорошо видны колебания тока и момента, вызванные не симметрией ротора.

Однако использование данных готовых моделей делает затруднительным исследование промежуточных параметров режимов синхронной машины из-за невозможности изменения параметров схемы готовой модели, невозможности изменения структуры и параметров сети и системы возбуждения, отличных от принятых, одновременного рассмотрения генераторного и двигательного режима, что необходимо при моделировании пуска или при сбросе нагрузки. Кроме того, в готовых моделях применен примитивный учёт насыщения - не учтено насыщение по оси "q". В то же время в связи с расширением области применения синхронного двигателя и повышением требований к их эксплуатации требуются уточнённые модели. То есть, если не обходимо получить конкретное поведение модели (смоделированного синхронного двигателя), в зависимости от горно-геологических и других факторов влияющих на работу экскаватора, то необходимо дать решение системы уравнений Парка-Горева в пакете MatLAB, позволяющее устранить указанные недостатки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кигель Г. А., Трифонов В. Д., Чирва В. X. Оптимизация режимов возбуждения синхронных двигателей на железорудных горно-обогатительных предприятиях.- Горный журнал, 1981 г, Ns7, с. 107-110.

2. Норенков И. П. Автоматизированное проектирование. - М.: Недра, 2000, 188 стр.

 

Нисковский Ю.Н., Николайчук Н.А, Минута Е.В., Попов А.Н.

 

Скваженная гидродобыча минеральных ресурсов дальневосточного шельфа

Для обеспечения растущих потребностей в минеральном сырье, а также в строительных материалах требуется уделять все большее внимание разведке и разработке минерально-сырьевых ресурсов шельфа морей.

Кроме месторождений титано-магнетитовык песков в южной части Японского моря выявлены за-пасы золотоносных и строительных песков. При этом полученные от обогащения хвосты золотоносных месторождений также могут быть использованы в качестве строительных песков.

К золотоносным россыпным месторождениям относятся россыпи ряда бухт Приморского края. Продуктивный пласт залегает на глубине, начиная от берега и до глубины 20м, мощностью от 0,5 до 4,5 м. Сверху пласт перекрыт песчано-гапечниковыми отложениями с илами и глиной мощностью от 2 до 17 м. Кроме содержания золота в песках находятся ильменит 73 г/т, титана-магнетит 8,7 г/т и рубин.

В прибрежном шельфе морей Дальнего Востока также залегают значительные запасы минерального сырья, разработка которых под морским дном на современном этапе требует создания новой техники и применения экологически чистых технологий. Наиболее разведанными запасами из числа полезных ископаемых являются угольные пласты ранее действовавших шахт, золотоносные, титано-магнетитовые и касритовые пески, а также залежи других минералов.

Данные предварительной геологической изученности наиболее характерных месторождений в ранние годы приведены в таблице.

Разведанные месторождения полезных ископаемых на шельфе морей Дальнего Востока можно разделить на: а) залегающие на поверхности дна моря, прикрытые песчано-глинистыми и галечниковыми отложениями (россыпи металлосодержащих и строительных песков, материалов и ракушечника); б) расположенные на: значительном заглублении от дна под толщей пород (угольные пласты, различные руды и минералы).

Анализ разработки россыпных месторождений показывает, что ни одно из технических решений (как отечественной, так и зарубежной разработки) не могут быть использованы без какого-либо экологического ущерба.

Опыт разработок цветных металлов, алмазов, золотоносных песков и других минералов за рубежом указывает на подавляющее применение всевозможных драг и земснарядов, приводящих к повсеместному нарушению морского дна и экологического состояния окружающей среды.

По данным института ЦНИИцветмет экономики и информации на разработке цветных месторождений металлов и алмазов за рубежом используется более 170 драг. При этом применяются в основном овые драги (75%) с ёмкостью ковша до 850 л и глубиной черпания до 45 м, реже - всасывающие драги и земснаряды.

Дражные разработки на морском дне ведутся в Таиланде, Новой Зеландии, Индонезии, Сингапуре, Англии, США, Австралии, Африке и других странах. Технология добычи металлов таким способом создаёт чрезвычайно сильное нарушение морского дна. Вышеизложенное приводит к необходимости создания новых технологий, позволяющих значительно сократить влияние на окружающую среду или полностью исключить его.

Известны технические решения для подводной выемки титано-магнетитовых песков, базирующиеся на нетрадиционных методах подводной разработки и выемки донных отложений, основанных на использовании энергии пульсирующих потоков и эффекта магнитного поля постоянных магнитов.

Предложенные технологии разработки хоть и снижают вредное воздействие на окружающую среду, но не сохраняют поверхность дна от нарушений.

При применении других способов отработки с отгораживанием и без отгораживания полигона от моря возращение очищенных от вредных примесей хвостов обогащения россыпи на место их естественного залегания также не решает задачи экологического восстановления биологических ресурсов.

Наши группы в Telegram, Viber. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией в WhatsApp!

При перепечатке текста и использовании фотографий обязательна активная ссылка на exkavator.ru

Заметили ошибку? Выделите участок текста и нажмите Ctrl+Enter, чтобы оповестить редакцию сайта.
Оцените, пожалуйста, статью:
Оценивших: 8, оценка: 4,38 из 5
Нам очень важно ваше мнение
4,38
5
1
8
Подписаться на новости
рынка спецтехники
Подписаться