Синхронный электропривод ленточного конвейера и способ управления им

Синхронный электропривод ленточного конвейера включает первый и последующие по ходу движения ленты приводные барабаны, соединенные муфтами с синхронными электродвигателями, отклоняющие барабаны, тормоза, систему управления частотой, напряжением и силой тока электропитания, датчики скорости ленты, которые установлены перед каждым приводным барабаном, и датчики натяжения ленты, которые установлены перед или за каждым приводным барабаном. Способ управления синхронным электроприводом ленточного конвейера включает замер скорости ленты перед приводными барабанами, силы натяжения ленты перед и за приводными барабанами, задание синхронных частот и крутящих моментов синхронных электродвигателей, синхронизацию изменения скорости вращения приводных барабанов так, что отношения синхронных частот синхронных электродвигателей остаются постоянными. Повышается эффективность работы привода ленточного конвейера. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к конвейерному транспорту, а именно к электрическим приводам ленточных конвейеров мощностью более 500 кВт.

Известен привод ленточного конвейера, содержащий два или три приводных барабана, валы которых посредством муфт и редукторов соединены с асинхронными электродвигателями [1]. Недостатками этого привода являются большие потери электроэнергии, существенно возрастающие при неполной загрузке асинхронных электродвигателей, а также использование громоздких дорогостоящих редукторов.

Известен ленточный конвейер, включающий несущую конструкцию, конвейерную ленту и приводное устройство конвейерной ленты [2]. Приводное устройство включает по меньшей мере один приводной барабан с приводным валом и один приводной синхронный электродвигатель переменного тока с питанием через преобразователь частоты с посторонним возбуждением. При этом приводной вал и приводной электродвигатель соединены друг с другом без редуктора с коаксиальным расположением ротора электродвигателя и приводного вала.

Отсутствие редуктора уменьшает габариты и массу электропривода. Недостатком данного синхронного электропривода ленточного конвейера является сильное скольжение и износ конвейерной ленты при использовании нескольких приводных барабанов.

Известен способ управления электроприводом ленточного конвейера, заключающийся в изменении скорости вращения приводного барабана согласно заданному режиму работы ленточного конвейера [3].

Данный способ не учитывает разницу скоростей вращения нескольких приводных барабанов, поэтому недостатком этого способа управления является сильное скольжение и износ конвейерной ленты на приводных барабанах.

Задачей изобретения является повышение эффективности электропривода ленточного конвейера.

Синхронный электропривод ленточного конвейера, включающий первый и последующие по ходу движения ленты приводные барабаны, соединенные муфтами с синхронными электродвигателями (СД), отклоняющие барабаны, тормоза, систему управления частотой, напряжением и силой тока электропитания.

Согласно изобретению система управления содержит датчики скорости ленты (ДСЛ), установленные перед приводными барабанами, датчики натяжения ленты (ДНЛ) установленные перед и за приводными барабанами, или только перед или только за приводными барабанами.

ДНЛ установлены парами перед и за приводными барабанами.

Способ управления синхронным электроприводом ленточного конвейера, включающий изменение скорости вращения и крутящих моментов приводных барабанов посредством изменения системой управления частоты, напряжения и силы тока электропитания СД.

Согласно изобретению ДСЛ замеряют скорость ленты перед приводными барабанами, ДНЛ замеряют силу натяжения ленты перед и за приводными барабанами, или только перед или только за приводными барабанами, система управления задает синхронную частоту ω₁ СД, соединенного с первым по ходу движения ленты приводным барабаном

ω₁=V_n/R₁,

где V_n - номинальная скорость ленты, R₁ - радиус первого по ходу движения ленты приводного барабана;

система управления задает синхронные частоты ω_i СД, соединенных с последующими по ходу движения ленты приводными барабанами

ω_i=V_i/R_i+Δ_i, i=2…n,

где n - количество приводных барабанов, V_i - скорость ленты перед i-м приводным барабаном, R_i - радиус i-го приводного барабана, Δ_i - допускаемое увеличение синхронной частоты i-го СД;

система управления задает крутящие моменты M_i СД,

M_i=0…1,0 M_imax, i=1…n,

где M_imax - предельно допустимый момент i-го приводного барабана;

система управления синхронизирует пуск, изменение скорости и остановку приводных барабанов так, что отношения синхронных частот СД

ω_i/ω_i+1 (i=1…n-1) остаются постоянными;

система управления останавливает СД, если сила натяжения ленты перед или за приводными барабанами выходит за допустимые границы и/или сила тока превышает допустимое значение.

На фиг. 1 изображена схема синхронного электропривода ленточного конвейера с двумя приводными барабанами;

на фиг. 2 - то же;

на фиг. 3 - схема взаимодействия ленты с барабанами.

Синхронный электропривод ленточного конвейера включает первый 1 и второй 2 по ходу движения ленты 3 приводные барабаны, соединенные муфтами с синхронными электродвигателями (СД) 4 и 5. Возможно применение СД 4 и 5 с установленными на роторах обмотками возбуждения или постоянными магнитами. Лента 3 огибает приводные барабаны 1 и 2, отклоняющие барабаны 6, 7. Приводные барабаны 1 и 2 соединены с тормозами и/или храповыми механизмами (на чертежах не показаны). Возможно соединение тормозов и/или храповых механизмов с отклоняющими барабанами 6, 7 (на чертежах не показано). Электропривод ленточного конвейера не содержит редукторы, поэтому скорости вращения приводного барабана 1 и ротора СД 4 одинаковы. Аналогично скорости вращения приводного барабана 2 и ротора СД 5 также одинаковы.

Система управления электроприводом содержит датчики скорости ленты (ДСЛ) 8 и 9, датчики натяжения ленты (ДНЛ) 10 и 11, блоки управления 12 и 13. Блоки управления 12 и 13 соединены с ДСЛ 8 и 9, с ДНЛ 10 и 11, например, кабелями 14 и 15 и с СД 4 и 5 кабелями 16. Блоки управления 12 и 13 регулируют напряжение, частоту, ток возбуждения электропитания СД 4 и 5 согласно заявляемому способу управления.

Если приводные барабаны 1 или 2 работают без пробуксовки, то скорость ленты 3 в точке набегания на приводной барабан 1 или 2 равна скорости поверхности приводного барабана 1 или 2, поэтому для управления СД 4 и 5 необходимо замерять скорость ленты 3 перед точками набегания на приводные барабаны 1 и 2. ДСЛ 8 и 9 установлены перед приводными барабанами 1 и 2.

ДНЛ 10 и 11 также установлены перед приводными барабанами 1 и 2. Возможно расположение ДНЛ 10 и 11 за приводными барабанами 1 и 2 (на чертежах не показано). Возможно расположение ДНЛ 10 перед приводным барабаном 1, а ДНЛ 11 за приводным барабаном 2 или наоборот (на чертежах не показано).

На фиг. 2 приведена схема синхронного электропривода ленточного конвейера с ДНЛ 10 и 11, установленными парами перед и за приводными барабанами 1 и 2. Установка двух ДНЛ 10 перед и за первым приводным барабаном 1 позволяет системе управления замерять силу натяжения ленты 3 перед и за приводным барабаном 1 и определять реализуемый первым приводным барабаном 1 крутящий момент M₁. Установка двух ДНЛ 11 перед и за вторым приводным барабаном 2 позволяет системе управления аналогично определять реализуемый вторым приводным барабаном 2 крутящий момент М₂.

Способ управления синхронным электроприводом ленточного конвейера реализуют следующим образом.

При работе конвейера ДСЛ 8 и 9 замеряют скорости V₁ и V₂ ленты 3 перед приводными барабанами 1 и 2. V₁ - скорость ленты 3 перед первым приводным барабаном 1, V₂ - скорость ленты 3 перед вторым приводным барабаном 2 (фиг. 3).

Если ДНЛ 10 и 11 установлены перед приводными барабанами 1 и 2 (фиг. 1), то ДНЛ 10 и 11 замеряют силу натяжения S₁ и S₂ ленты 3 перед приводными барабанами 1 и 2. S₁ - сила натяжения ленты 3 перед первым приводным барабаном 1, S₂ - сила натяжения ленты 3 перед вторым приводным барабаном 2.

Блок управления 12 задает синхронную частоту ω₁ СД 4, соединенного с первым по ходу движения ленты 3 приводным барабаном 1,

ω₁=Vn/R₁ (рад/с),

где V_n - номинальная скорость ленты 3, R₁ - радиус первого по ходу движения ленты 3 приводного барабана 1. При переходных режимах работы конвейера, например при пуске и остановке, блок управления 12 изменяет номинальную скорость V_n ленты 3 согласно принятой зависимости.

Сила натяжения S₂ ленты 3 перед вторым приводным барабаном 2 меньше, чем сила натяжения S₁ ленты 3 перед первым приводным барабаном 1, поэтому скорость V₂ меньше V₁. Для работы второго приводного барабана 2 без скольжения и интенсивного износа ленты 3 скорость вращения второго приводного барабана 2 должна быть согласована со скоростью V₂ ленты 3.

Блок управления 13 задает синхронную частоту ω₂ СД 5, соединенного со вторым по ходу движения ленты 3 приводным барабаном 2,

ω₂=V₂/R₂+Δ₂ (рад/с),

где R₂ - радиус второго приводного барабана 2, Δ₂ - допускаемое увеличение синхронной частоты СД 5.

Использование допуска Δ₂ на увеличение синхронной частоты ω₂ упрощает регулирование СД 5, не допуская скольжения ленты 3 по поверхности второго приводного барабана 2. Величина допуска Δ₂ зависит, в основном, от упругих свойств ленты 3 и поверхности второго приводного барабана 2.

Блоки управления 12 и 13 задают напряжение и/или ток возбуждения СД 4 и 5 так, чтобы крутящие моменты Μ₁ и М₂ СД 4 и 5 имели требуемые значения

M₁=0…1,0M_1max, M₂=0…1,0M_2max,

где M_1max - предельно допустимый момент первого приводного барабана 1, M_2max - предельно допустимый момент второго приводного барабана 2. Блоки управления 12 и 13 вычисляют значения предельно допустимых моментов M_1max и Μ_2max, используя значения силы натяжения S₁ и S₂ ленты 3 перед приводными барабанами 1 и 2

M_1max=S₁[1-exp(-μ₁α₁)]R₁ (Н⋅м), M_2max=S₂[1-exp(-μ₂α₂)]R₂ (Н⋅м),

где μ₁ и μ₂ - коэффициенты сцепления ленты 3 с приводными барабанами 1 и 2, α₁ и α₂ - углы охвата (рад) лентой 3 приводных барабанов 1 и 2, ехр(…) - экспоненциальная функция.

Если ДНЛ 10 и 11 установлены за приводными барабанами 1 и 2, они замеряют силу натяжения S_1C и S_2C ленты 3 за приводными барабанами 1 и 2. В этом случае блоки управления 12 и 13 вычисляют значения предельно допустимых моментов Μ_1max и M_2max, используя значения силы натяжения S_1C и S_2C ленты 3 за приводными барабанами 1 и 2

M_1max=S_1C[exp(μ₁α1)-1]R₁ (Н⋅м), M_2max=S_2C[exp(μ₂α₂)-1]R₂ (Н⋅м).

Значения предельно допустимых моментов Μ_1max и могут быть вычислены и по другим, например, эмпирическим формулам.

Если ДНЛ 10 и 11 установлены парами перед и за приводными барабанами 1 и 2 (фиг. 2), то система управления замеряет значения силы натяжения S₁, S_1C, S₂, S_2C ленты 3 перед и за приводными барабанами 1 и 2, определяет реализуемые первым приводным барабаном 1 крутящий момент Μ₁ и вторым приводным барабаном 2 крутящий момент М₂.

M₁=(S₁-S_1C)R₁ (Н⋅м), M_2max=(S₂-S_2C)R₂ (Н⋅м).

Такая установка ДНЛ 10 и 11 парами позволяет системе управления контролировать соотношение фактически реализуемых крутящих моментов М₁, М₂ и предельно допустимых моментов M_1max, M_2max. При нормальной работе электропривода значения крутящих моментов М₁, М₂ не должны превышать M_1max, M_2max соответственно.

При неисправности электропривода превышение крутящими моментами Μ₁ и/или М₂ СД 4 и 5 значений предельно допустимых моментов M_1max и/или M_2max приводит к срыву сцепления ленты 3 с приводным барабаном 1 и/или 2. Такой режим работы электропривода ленточного конвейера недопустим.

Система управления синхронизирует пуск, изменение скорости и остановку приводных барабанов 1 и 2 так, что отношение синхронных частот ω₁ и ω₂ СД 4 и 5 остается постоянным ω₁/ω₂=const. Например, при остановке конвейера блоки управления 12 и 13 уменьшают значения синхронных частот ω₁ и ω₂ с сохранением пропорции.

Система управления останавливает СД 4 и 5, если сила натяжения S₁ и/или S₂ ленты 3 перед приводными барабанами 1 и 2 (или сила натяжения S_1C и/или S_2C ленты 3 за приводными барабанами 1 и 2) выходит за допустимые границы.

Система управления останавливает СД 4 и 5, если сила тока превышает допустимое значение.

При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в повышении эффективности работы ленточного конвейера за счет уменьшения потерь электроэнергии и износа приводных барабанов и конвейерной ленты. Кроме того, повышается надежность работы привода за счет исключения пробуксовки барабанов, возможности нагрева и воспламенения конвейерной ленты, улучшаются характеристики электросети.

Источники информации, использованные при составлении заявки

1. Реутов А.А. Моделирование приводов ленточных конвейеров / А.А. Реутов. - Брянск: Брянский гос. техн. ун-т, 2011. - с. 7-14.

2. Ленточная конвейерная установка, способ ее эксплуатации, а также ее применения / Заявка на изобретение РФ №2014111059/11 от 02.08.2012, опубл. 27.09.2015.

3. Спиваковский А.О. Транспортирующие машины / А.О. Спиваковский, В.К. Дьячков. - М.: Машиностроение, 1983. - с. 94-97.

1. Синхронный электропривод ленточного конвейера, включающий первый и последующие по ходу движения ленты приводные барабаны, соединенные муфтами с синхронными электродвигателями, отклоняющие барабаны, тормоза, систему управления частотой, напряжением и силой тока электропитания, датчики скорости ленты, датчики натяжения ленты, отличающийся тем, что датчики скорости ленты установлены перед каждым приводным барабаном, датчики натяжения ленты установлены перед или за каждым приводным барабаном.

2. Способ управления синхронным электроприводом ленточного конвейера, включающий измерение скорости ленты, измерение силы натяжения ленты, изменение скорости вращения и крутящих моментов приводных барабанов посредством изменения системой управления частоты, напряжения и силы тока электропитания синхронных электродвигателей, отличающийся тем, что скорость ленты замеряют перед каждым приводным барабаном, силу натяжения ленты замеряют перед или за каждым приводным барабаном, система управления задает синхронную частоту ω₁ синхронного электродвигателя, соединенного с первым по ходу движения ленты приводным барабаном

ω₁=V_n/R₁,

где V_n - номинальная скорость ленты, R₁ - радиус первого по ходу движения ленты приводного барабана;

система управления задает синхронные частоты ω_i синхронных электродвигателей, соединенных с последующими по ходу движения ленты приводными барабанами

ω_i=V_i/R_i+Δ_i, i=2…n,

где n - количество приводных барабанов, V_i - скорость ленты перед i-м приводным барабаном, R_i - радиус i-го приводного барабана, Δ_i - допускаемое увеличение синхронной частоты i-го синхронного электродвигателя;

система управления задает крутящие моменты M_i синхронных электродвигателей,

M_i=0...1,0 M_imax, i=1…n,

где M_imax - предельно допустимый момент i-го приводного барабана;

система управления синхронизирует пуск, изменение скорости и остановку приводных барабанов так, что отношения синхронных частот синхронных электродвигателей

ω_i/ω_i+1 (i=1…n-1) остаются постоянными;

система управления останавливает синхронные электродвигатели, если сила натяжения ленты перед или за приводными барабанами выходит за допустимые значения и/или сила тока превышает допустимое значение.