ABSTRACT
This article is devoted to the relevance of the application to the heading machines as a working body electric drive induction motor systems — the frequency converter with an autonomous voltage inverter, as an alternative to direct start induction motor, as well as the use of soft starting.
Ключевые слова: проходческий комбайн, рабочий орган, электропривод, асинхронный двигатель, преобразователь частоты, автономный инвертор напряжения, механическая и электромеханическая характеристики.
Keywords: heading machines, working body, electric drive, induction motor, frequency converter, autonomous inverter voltage, mechanical and electrical characteristics.
В современном промышленном производстве, на транспорте, в строительстве, в коммунальном хозяйстве и быту применяются самые разнообразные технологические процессы, для реализации которые человеком созданы тысячи различных машин и механизмов. С помощью этих рабочих машин и механизмов осуществляется добыча полезных ископаемых, обрабатываются различные материалы и изделия, перемещаются люди, предметы труда, жидкости, газ и реализуются многие другие процессы необходимые для жизнеобеспечения человека. Так, добыча полезных ископаемых ведется с помощью экскаваторов, буровых установок и проходческих комбайнов, детали и материалы обрабатываются на разнообразных станках люди и изделия перемещаются транспортными средствами, лифтами и конвейерами, жидкости и газы транспортируются с помощью насосов и вентиляторов.
Рабочая машина или производственный механизм состоят из множества взаимосвязанных деталей и узлов, один из которых непосредственно выполняющий заданный технологический процесс называется электроприводом. Во многих технологических процессах требуется управлять движением электропривода — регулировать скорость движения и её направление, точно осуществлять остановку в заданной позиции, ограничивать ускорение движения. Механическая энергия вырабатывается приводом, который преобразовывает другие виды энергии. В зависимости от вида используемой первичной энергии различают гидравлические, пневматические, тепловой и электрические приводы.
Электропривод представляет собой электромеханическую систему, преобразующую электрическую энергию в механическую и состоящую из электродвигателя, передаточного устройства и исполнительного органа. Возможности использования современных электроприводов продолжают постоянно расширяться за счет достижений в смежных областях науки и техники, электромашиностроении и электроаппаратостроении, электронике и вычислительной технике, автоматике и механике. В настоящее время в качестве электроприводов для рабочих органов проходческих комбайнов применяются взрывозащищенные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
Проведённые исследования показали, что при установке на рабочие органы горных механизмов одной из современных систем управления ПЧ-АД АИН (преобразователь частоты — асинхронный двигатель с автономным инвертором напряжения), происходит значительное снижение пусковых характеристик и уменьшение времени запуска двигателя, что позволит существенно повысить срок службы оборудования и сократить расход электроэнергии на бесполезную работу.
В связи с вышеизложенным, для доказательств выдвинутой теории, произведем расчет статических характеристик электропривода рабочего органа проходческого комбайна, который приводится в движение с помощью асинхронного двигателя с преобразователем частоты и автономным инвертором напряжения.
Для расчета статических характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором для системы ПЧ-АД АИН необходимо определить следующие параметры: 
— индуктивное сопротивление намагничивающей цепи. Для расчета принят асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа MAK355M6 со следующими паспортными данными:
Таблица 1.
Исходные данные двигателя рабочего органа комбайна
| Наименование параметра | Значение |
Высота оси вращения вала,  |
355 мм |
Мощность,  |
200 кВт |
Масса, m |
1280 кг |
Синхронная частота вращения,  |
1000 об/мин |
Номинальная частота вращения,  |
978 об/мин |
Номинальное скольжение, |
2,2 % |
КПД,  |
0,945 |
Коэффициент мощности,  |
0,9 |
Номинальное напряжение,  |
1140 В |
Отношение пускового тока к номинальному,  |
7 |
Отношение пускового момента к номинальному,  |
1,6 |
Отношение максимального момента к номинальному,  |
2 |
Отношение минимального момента к номинальному,  |
0,9 |
Момент инерции,  |
8,8 кг*м2 |
Число пар полюсов,  |
3 |
| Соединение обмоток |  |
| Охлаждение двигателя | IC411 |
| Исполнение двигателя | IP54 |
| Категория изоляции | F |
| Режим работы двигателя | S1-100 % |
Для расчета вышеперечисленных параметров для построения механической и электромеханической характеристик воспользуемся методиками, изложенными в [1] и [5].
Для получения семейства характеристик задаемся относительной частотой от 0,2 до 1,4 от номинальной. Для этих относительных частот задаемся параметром абсолютного скольжения от 0 до 1,0, включая величины номинального и критических скольжений. Расчет коэффициентов сводим в таблицу.
Таблица 2.
Сводная таблица расчета коэффициентов
Используя данные таблицы 2, рассчитываем параметры электромеханической и механической характеристик и сводим результаты в таблицу.
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Таблица 3.
Сводная таблица расчета параметров характеристик
Графический вид электромеханической и механической характеристик (естественных и искусственных) представлен на рисунках ниже.
Рисунок 1. Электромеханическая характеристика двигателя рабочего органа проходческого комбайна с системой регулирования ПЧ-АД с АИН
Рисунок 2. Механическая характеристика двигателя рабочего органа проходческого комбайна с системой регулирования ПЧ-АД с АИН
По построенным естественным механическим и электромеханическим характеристикам двигателя рабочего органа комбайна можно сделать следующие выводы: при использовании системы регулирования ПЧ-АД с АИН пусковой ток снизился до 455 А (при прямом пуске 826 А), а максимальный момент понизился до 3720 Н*м (при прямом пуске 3908 Н*м). Эти параметры говорят о преимуществе использования системы ПЧ-АД с АИН перед прямым пуском асинхронного двигателя, так как понижение пусковых токов поможет увеличить срок службы оборудования и уменьшить количество потребляемой электроэнергии.
Список литературы:
1.Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: Учебник для вузов. — М.: Энергия, 1980. — 360 с., ил.
2.Семёнов А.С. Разработка системы мониторинга показателей качества электроэнергии горных предприятий / Технические науки — от теории к практике // Материалы XI международной заочной научно-практической конференции. (25 июня 2012 г.); [под ред. Я.А. Полонского]. Новосибирск: Изд. «Сибирская ассоциация консультантов», 2012. — С. 66—71.
3.Семёнов А.С., Пак А.Л., Шипулин В.С. Моделирование режима пуска электродвигателя погрузочно-доставочных машин применительно к рудникам по добыче алмазосодержащих пород // Приволжский научный вестник. 2012. № 11 (15). С. 17—23.
4.Семёнов А.С., Шипулин В.С. Моделирование режимов работы системы электроснабжения добычного участка подземного рудника // Материалы V Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум 2013» [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.scienceforum.ru/2013/210/2631 (дата обращения: 12.02.2013).
5.Семёнов А.С., Шипулин В.С. Электропривод — многофункциональное, высокопроизводительное, энергоэффективное устройство / Наука XXI века: новый подход // Материалы II международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 28 сентября 2012 года, г. Санкт-Петербург. — Петрозаводск: ПетроПресс, 2012. — 144 с. — В надзаг.: Науч.-изд. центр «Открытие». — С. 63—65.
6.Слежановский О.В., Дацковский Л.Х., Кузнецов И.С., Лебедев Е.Д., Тарасенко Л.М. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями // О.В. Слежановский, Л.Х. Дацковский, И.С. Кузнецов и др. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 256 с., ил.