XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Введение. В наше время шаровые барабанные мельницы широко используются в горно - обогатительном производстве, для измельчения полезных ископаемых, в алмазодобывающей промышленности, производстве цемента, гипса и др.

Барабанные шаровые мельницы оборудованы открытыми зубчатыми передачами, диаметры которых достигают , модули зубьев до . Большинство из существующих мельниц имеют косо зубые передачи с углом наклона . Благодаря своей простоте конструкции, очень высокой надежности и возможности очень легко регулировать степень измельчения материала в мельнице, шаровые барабанные мельницы активно использовались столетие тому назад в производстве различных материалов и измельчении полезных ископаемых. И хотя патенту на изобретение шаровой мельницы самой простой конструкции уже больше лет, инженерно-технические решения, придуманные и реализованные в ней, остаются довольно актуальными и по сей день.

Необходимо и достаточно усовершенствовать конструкцию барабанной мельницы шаровой для того чтобы улучшить надежность, эффективность и производительность. Эту проблему можно решить, изучив причины износа и полома ее наиболее нагруженных составляющих элементов, а именно ее электрического привода. Для этого необходимо сделать следующее: исследовать и изучить особенности его работы в реальных условиях использования и эксплуатации.

В шаровых мельницах с приводным кольцом на барабане происходит очень сильный, следовательно, особо интенсивный износ и полом зубьев, что приводит к необходимости частой замены сломанных составляющих мельницы и, таким образом, самих шаровых мельниц, является актуальной задачей.

В настоящее время для реализации технологического процесса шаровой мельницы используется довольно мощный двигатель, как правило синхронный. Данный двигатель, конечно, потребляет значительное количество электроэнергии. Поэтому выше упомянутая задача снижения электрического потребления мельницы остается одним из самых требовательных приоритетов работы шаровой мельницы.

В наше время на большом современном этапе развития науки и техники, эта проблема может быть решена с помощью частотно - управляемого асинхронного электрического привода шаровой мельницы.

Цель работы. Регулируемый электропривод с преобразователем частоты-асинхронный двигатель (пч-ад), система широко используется во многих отраслях современной промышленности [1].

Структурная схема системы преобразователей частоты асинхронного электропривода (пч –ад) с обратной связью по частоте вращения, показанная на рис. 1, имеет следующий вид: [2]

Рис. 1. Блок - схема системы обратной связи преобразователь частоты-асинхронный двигатель на скорость.

Представленная на рисунке выше структурная схема (рис. 2.1) представляет собой линеаризованную систему для работы асинхронного двигателя в области механических характеристик в диапазоне скольжения . В показанной на рисунке 1 блок - схеме обозначения принимаются в соответствии с [3]. Таким образом, модуль жесткости линеаризованной механической характеристики (рис. 1) обозначается как , электромеханическая постоянная времени-это места , электромагнитная постоянная времени, обозначенного как , коэффициент передачи преобразователя частоты обозначена постоянная времени преобразователя частоты, указанные , параметры регулятора скорости (РС) , , Т-соответственно коэффициент усиления и постоянная времени регулятора замкнутой системы преобразователь частоты-асинхронный двигатель. Как видно из приведенной выше блок-схемы (рис. 1), система преобразователь частоты-асинхронный двигатель имеет отрицательную обратную связь по скорости вращения двигателя. На основе блок – схемы указанной выше на рисунке 1, необходимо построить блок-схему в MatLab и проанализировать переходные процессы скорости асинхронного двигателя и крутящего момента асинхронного двигателя. Однако использование обратной связи по скорости двигателя для асинхронного электропривода шаровой мельницы технически нецелесообразно из - за специфики технологического и механического оборудования шаровой мельницы. В связи с этим предлагается, разработанная на основе теоретических положений и компонентов автоматизированная система управления [4], другая система управления преобразователь частоты-асинхронный двигатель (ПЧ – АД) без обратной связи по скорости и с заменой пропорционально-интегрального – регулятора на упругое интегрирующее звено [5].

Полученный результат. Исследуемая система управления замкнутой системой асинхронного электропривода преобразователь частоты-асинхронный двигатель (пч-ад) шаровой мельницы в среде MatLab показана на рисунке 2. Как можно увидеть из рисунка 2, структурная схема асинхронного двигателя состоит из двух охваченных динамических звеньев: интегрирующего звена с передаточной функцией и инерционного звена с передаточной функцией . Изменяющие и динамические связи асинхронного двигателя показаны отрицательной обратной связью. Преобразователь частоты представлен на блок-схеме указанной ниже инерциальной связью .

Рис. 2. Структурная схема частотно-регулируемой частоты мельницы с асинхронным приводом.

Динамические связи асинхронного двигателя покрыты отрицательной обратной связью. Преобразователь частоты представлен на блок - схеме инерциальной связью . Упругого интегрирующего звена (регулятор скорости) имеет передаточную функцию вида . Обратите внимание, что передаточное отношение регулятора скорости равно единице. Алгебраическая модель асинхронного двигателя, как необходимое звено, является динамическим звеном второго порядка (колебательное звено) с передаточной функцией следующего вида . Эта необходимое звено является псевдо датчиком угловой скорости асинхронного двигателя, которое способно реализовать систему контроля преобразователь частоты-асинхронный двигатель (пч-ад) без реального датчика частоты вращения двигателя. Сигнал полученный от псевдо датчика скорости (асинхронной модели двигателя) сравнивается с сигналом обратной связи по напряжению от датчика.

Напряжение преобразователя частоты и результирующая разность напряжений подается через разностный коэффициент , который заранее выбирается равным , на вход замкнутой системы преобразователь частоты-асинхронный двигатель (пч-ад). Однако приведенная выше структурная схема (рис. 2) может быть представлена численными значениями параметров, рассчитанных и выбранных для асинхронного двигателя высокой мощности типа HELMKE-DSKK560-06-036.

Структурная схема асинхронного электропривода шаровой мельницы с параметрами системы управления и двигателя в среде MatLab приведена на рисунке 3 ниже:

Рис. 3. Структурная схема асинхронного электропривода

шаровой мельницы в среде Matlab Simulink.

Переходные и динамические процессы скорости и момента двигателя замкнутой системы преобразователь частоты-асинхронный двигатель (ПЧ-АД), полученные с помощью структурной схемы в MATLAB, показаны на рисунке 4.

Рис. 4. Графики переходных процессов скорости и момента двигателя.

Как можно увидеть из рисунка 4, показанного выше, изогнутая линия перехода частоты вращения двигателя получена без превышения максимального значения, что является очень важным моментом для шаровой мельницы в процессе запуска мельницы на номинальный режим ее работы.

Список литературы:

1. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. – М.: Издательский центр «Академия», 2010.

2. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. – М.: Издательский центр «Академия»,2013.

3. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат,1998.

4. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория автоматического управления. – СПб.: Издательство «Профессия», 2004.

5. Теория автоматического управления. Часть II. Под ред. А.В. Нетушила. – М.: «Высшая школа» , 1972.

6. Семёнов А.С., Якушев И.А., Егоров А.Н. Математическое моделирование технических систем в среде MATLAB // Современные наукоемкие технологии. 2017. № 8. С. 56-64. DOI: 10.17513/snt.36780.

7. Петрова М.Н., Семенов А.С. Математическое моделирование переходных процессов в электромеханических системах // В сборнике: Студенческий научный форум - 2016 VIII Международная студенческая электронная научная конференция, электронное издание. 2016.

8. Петрова М.Н., Семенов А.С. Переходные процессы в электромеханических системах и их имитационное моделирование // В сборнике: Молодежь и научно-технический прогресс в современном мире Сборник докладов VII-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Под общей редакцией: А.А. Гольдман. 2016. С. 195-198.