ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2020-5-1069-1079ipolytech-437Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGСравнение двух вариантов пуска электропривода ленточного конвейераСравнение двух вариантов пуска электропривода ленточного конвейераПавловВ. Е.PavlovV. E.

Павлов Владимир Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры электропривода и электрического транспорта

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Vladimir E. Pavlov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Electric Drive and Electric Transport

83, Lermontov St., Irkutsk 664074

pvew52@mail.ruИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation20201311202024510691079Copyright © Павлов В.Е., 20202020Павлов В.Е.Pavlov V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/437

Цель – исследование энергетических и эксплуатационных параметров ленточного конвейера при двух способах пуска: прямом и частотном. Учитывая нелинейность математического описания механической части ленточных конвейеров и приводного асинхронного двигателя, анализ пусковых режимов проводился методом нелинейного дифференциального исчисления с заменой эквивалентных масс сосредоточенными. Расчеты проводились на моделях с применением MATLAB. Установлено, что применение частотного преобразователя для конвейера позволяет: при пуске двигателя уменьшить в 4,7 раза максимальный ток; в 2,5 раза максимальный момент; в 1,52 раза максимальный момент сил сопротивления на валу двигателя; в 8,68 раза максимальное значение потерь мощности в обмотке статора; в 10,2 раза суммарную мощность потерь; в 2,9 раза потребляемую из сети мощность; в 3,4 раза величину потерь энергии в обмотке статора; в 3 раза суммарные потери энергии; в 1,25 раза потребляемую из сети энергию; в 3 раза максимальное ускорение ленты; в 3 раза значения перерегулирования во время переходных процессов по величинам набегающих усилий натяжений ленты на различных участках конвейера; в 1,875 раза время переходных процессов по величинам набегающих усилий натяжений ленты на различных участках конвейера. Разработанная математическая модель ленточного конвейера позволяет получить количественные оценки энергетических и эксплуатационных параметров установки при двух способах пуска: прямом и частотном. Применение частотного пуска конвейера позволяет в три раза сократить потери энергии в двигателе и уменьшить его нагрев, уменьшает более чем в три раза максимальные значения усилий натяжений ленты на различных участках конвейера.

The purpose of the paper is to study the energy and operational parameters of a belt conveyor under two starting methods: direct and frequency. Taking into account the non-linearity of the mathematical description of belt conveyor mechanical part and induction motor drive, the analysis of starting modes is carried out by the method of nonlinear differential calculus where equivalent masses are replaced with the discrete ones. The calculations are performed on the models using MATLAB. It is found out that the use of a frequency converter for the conveyor allows to reduce the maximum current by 4.7 times when starting the motor; by 2.5 times the maximum moment; by 1.52 times the maximum moment of resistance forces on the motor shaft; by 8.68 times the maximum value of power losses in stator windings; by 10.2 times the total power losses; by 2.9 times the power consumed from the network; by 3.4 times the amount of energy losses in the stator windings; by 3 times the total energy losses; by 1.25 times the energy consumed from the network; by 3 times the maximum acceleration of the belt; by 3 times the overshooting values during transients by the values of leading tension forces of the belt on various sections of the conveyor; by 1.875 times the transients duration in terms of the leading tension forces of the belt on different sections of the conveyor. The developed mathematical model of the belt conveyor makes it possible to obtain quantitative estimates of energy and operational parameters of the installation under two starting methods: direct and frequency. The use of frequency start-up of the conveyor allows to decrease motor energy losses by 3 times. It also reduces motor heating as well as decreases the maximum values of belt tension forces on various sections of the conveyor by more than three times.

ленточный конвейерасинхронный двигательпрямой и частотный пускусилие натяжения лентырабочая и холостая ветвьмодель электроприводаbelt conveyorinduction motordirect and frequency startingbelt tension forceoperating and idle branchelectric drive modelReferencesМетельков В.П., Либерман Я.Л. К вопросу о выборе режима пуска ленточного конвейера // Электротехнические системы и комплексы. 2019. № 2. С. 54–59. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2019-2(43)-54-59Metelkov VP, Liberman YaL. Сhoosing the belt conveyor start mode. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy = Electrotechnical Systems and Complexes. 2019;2:54–59. (In Russ.) https://doi.org/10.18503/2311-8318-2019-2(43)-54-59Куземкин Д.М., Довгяло В.А. Способы снижения динамических нагрузок в конструкциях ленточных конвейеров (обзор) // Горная механика и машиностроение. 2014. № 3. С. 73–85.Kuzyomkin DM, Dovgyalo VA. Ways of dynamic load reduction in designs of belt conveyors (review). Gornaya mehanika i mashinostroenie. 2014;3:73–85. (In Russ.)Костылев А.В., Цибанов Д.В. Формирование квазиоптимального закона управления асинхронным электроприводом со скалярной САР // Вестник национального технического университета «Харьковский политехнический институт»: сб. науч. тр. Серия: Проблемы автоматизированного электропривода: теория и практика. Харьков: Изд-во НТУ «ХПИ», 2013. № 36. С. 226–227.Kostylev AV, Cibanov DV. Formation of a quasi-optimal control law for an asynchronous electric drive with a scalar automatic control system. Vestnik nacional'nogo tekhnicheskogo universiteta «Har'kovskij politekhnicheskij institut»: sbornik nauchnyh trudov. Seriya: Problemy avtomatizirovannogo elektroprivoda: teoriya i praktika = Bulletin of the National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute": Collected scientific works. Series: Problems of an automated electric drive: theory and practice. Har'kov: Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»; 2013, no. 36, р. 226–227.Браславский И.Я., Костылев А.В., Цибанов Д.В. Исследование оптимальных пусковых процессов в системе «реальная сеть – ПЧ – АД» // Электротехника. 2012. № 9. C. 35–39.Braslavskij IYa, Kostylev AV, Cibanov DV. Study of optimal starting processes in Real Network – Frequency Transducer – Asynchronous Motor system. Elektrotehnika. 2012;9:35–40. (In Russ.)Ковальчук М.С., Поддубный Д.А. Моделирование и разработка алгоритма управления многодвигательным электроприводом конвейерного транспорта // Современная наука и практика. 2017. № 3. С. 10–15.Kovalchuk MS, Poddubniy DA. Modelling and control algorithms of the cross conveyors line with multiengine variable speed drives. Sovremennaya nauka i praktika. 2017;3:10–15. (In Russ.)Pechinik M., Pushkar M., Burian S., Kazmina L. Investigation of energy characteristics of the electromechanical system in multi-motor conveyors under variation of traction load level on the belt // IEEE 6th International Conference on Energy Smart Systems (Kyiv, 17–19 April 2019). Kyiv: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2019. P. 303–306. http://doi.org/10.1109/ESS.2019.8764209Pechinik M, Pushkar M, Burian S, Kazmina L. Investigation of energy characteristics of the electromechanical system in multi-motor conveyors under variation of traction load level on the belt. In: IEEE 6th International Conference on Energy Smart Systems. 17–19 April 2019, Kyiv. Kyiv: Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.; 2019, p. 303–306. http://doi.org/10.1109/ESS.2019.8764209Emelianov E.V. Research variable frequency electric drive of the belt conveyor // Russian Internet Journal of Electrical Engineering. 2015. Vol. 2. No. 3. P. 18–22. http://doi.org/10.24892/RIJEE/20150304Emelianov EV. Research variable frequency electric drive of the belt conveyor. Russian Internet Journal of Electrical Engineering. 2015;2(3):18–22. http://doi.org/10.24892/RIJEE/20150304Кузин Е.Г., Герике Б.Л. Мониторинг технического состояния редукторов частотно-регулируемого электропривода шахтных ленточных конвейеров // Горные науки и технологии. 2016. № 1. С. 13–18. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2016-1-13-18Kuzin EG, Gerike BL. Monitoring the condition of gear units for variable-frequency drives of mine belt conveyors. Gornye nauki i tekhnologii = Mining Science and Technology. 2016;1:13–18. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/2500-0632-2016-1-13-18Габигер В.В. Моделирование динамических и контактных процессов ленточных конвейеров // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2008. № 8. С. 123–125.Gabiger VV. Modeling of dynamic and contact processes of belt conveyers. Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2008;8:123–125. (In Russ.)Реутов А.А. Имитационное моделирование ступенчатого регулирования скорости конвейера // Проблемы недропользования. 2017. № 2. С. 26–32. https://doi.org/10.18454/2313-1586.2017.02.026Reutov AA. Simulation of the conveyor speed step control. Problemy nedropol'zovaniya. 2017;2:26–32. (In Russ.) https://doi.org/10.18454/2313-1586.2017.02.026Yang Jianjian, Fu Shichen, Wang Dong. Dynamic simulation of startup-characteristics of scraper conveyor based AMEsim // IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (Beijing, 2–5 August 2015). Beijing: IEEE, 2015. P. 369–374. https://doi.org/10.1109/ICMA.2015.7237513Yang Jianjian, Fu Shichen, Wang Dong. Dynamic simulation of startup-characteristics of scraper conveyor based AMEsim. In: IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. 2–5 August 2015, Beijing. Beijing: IEEE; 2015, р. 369–374. https://doi.org/10.1109/ICMA.2015.7237513Pihnastyi O., Khodusov V. Model of a Composite Magistral Conveyor Line // IEEE First International Conference on System Analysis & Intelligent Computing. 2018. https://doi.org/10.1109/SAIC.2018.8516739Pihnastyi O, Khodusov V. Model of a composite magistral conveyor line. In: IEEE First International Conference on System Analysis & Intelligent Computing. 2018. https://doi.org/10.1109/SAIC.2018.8516739Przystałka P., Katunin A. A concept of automatic tuning of longwall scraper conveyor model // Federated Conference on Computer Science and Information Systems. 2016. P. 599–602. [Электронный ресурс]. URL: https://www.researchgate.net/publication/306322761_A_Concept_of_Automatic_Tuning_of_Longwall_Scraper_Conveyor_Model (19.06.2020).Przystałka P, Katunin A. A concept of automatic tuning of longwall scraper conveyor model. In: Federated Conference on Computer Science and Information Systems. 2016:599–602. Available from: https://www.researchgate.net/publication/306322761_A_Concept_of_Automatic_Tuning_of_Longwall_Scraper_Conveyor_Model [Accessed 19th June 2020].Ещин Е.К. Моделирование электромеханической системы скребкового конвейера в Simulink // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2015. № 3. С. 83–92.Eshchin EK. Simulation of electromechanical system of scraper conveyor in Simulink. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Bulletin of the Kuzbass State Technical University journal. 2015;3:83–92. (In Russ.)Sruthi M.P., Nagamani C., Ilango G.S. Dynamic load sharing in multi-machine conveyor belt systems // IEEE PES Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference. 2017. http://doi.org/10.1109/APPEEC.2017.8308953Sruthi MP, Nagamani C, Ilango GS. Dynamic load sharing in multi-machine conveyor belt systems. In: IEEE PES Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference. 2017. http://doi.org/10.1109/APPEEC.2017.8308953Kukishev D, Meshcheryakov V, Boikov A, Evseev A. Energy saving in the scalar control system of an asynchronous electric drive // X International Conference on Electrical Power Drive Systems. 2018. http://doi.org/10.1109/ICEPDS.2018.8571784Kukishev D, Meshcheryakov V, Boikov A, Evseev A. Energy saving in the scalar control system of an asynchronous electric drive. In: X International Conference on Electrical Power Drive Systems. 2018. http://doi.org/10.1109/ICEPDS.2018.8571784Xiao Dongming, Li Xuejun, He Kuanfang. Power Balance of Starting Process for Pipe Belt Conveyor Based on Master-Slave Control // IEEE Access. 2018. Vol. 6. P. 16924–16931. http://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2810258Xiao Dongming, Li Xuejun, He Kuanfang. Power balance of starting process for pipe belt conveyor based on master-slave control. In: IEEE Access. 2018;6:16924– 16931. http://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2810258Zhao Minghui, Han Jiaxin, Ma Sai. Finite element analysis on driving drum of mining belt conveyor // 11th International Symposium on Computational Intelligence and Design (Hangzhou, 8–9 December 2018). Hangzhou: IEEE, 2018. P. 222–225. http://doi.org/10.1109/ISCID.2018.10152Zhao Minghui, Han Jiaxin, Ma Sai. Finite element analysis on driving drum of mining belt conveyor. In: 11th International Symposium on Computational Intelligence and Design. 8–9 December 2018, Hangzhou. Hangzhou: IEEE; 2018, p. 222–225. http://doi.org/10.1109/ISCID.2018.10152Павлов В.Е. Моделирование нагрузок электроприводов типовых производственных механизмов с применением системы «преобразователь частоты асинхронный двигатель» // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. № 9. C. 168–173.Pavlov VE. Load simulation of electric drives of standard production machinery with the use of the system frequency converter – induction motor. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2011;9:168– 173. (In Russ.)Павлов В.Е. Исследование режимов пуска электропривода ленточного конвейера методом компьютерного моделирования // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 4. C. 136–147. http://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-4-136-147Pavlov VE. Research of belt conveyor electric drive start modes by a computer simulation. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018;22(4):136–147. (In Russ.) http://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-4-136-147

The authors declare that there are no conflicts of interest present.