Авторы: Каширских В. Г., к. т. н., зав. каф. электропривода и автоматизации, Переверзев С. С., аспирант каф. электропривода и автоматизации
Источник: Вестник КузГТУ: полные тексты, http://ko.kuzstu.ru
Известно, что режимы пуска и торможения составляют значительную долю рабочего цикла горно-транспортных машин. Так в [1], на основании проведённых автором исследований, отмечается, что число включений скребкового конвейера в сутки достигает 400. Действие знакопеременных электромагнитных моментов при пуске асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором (АД), которыми оснащены скребковые конвейеры, негативным образом сказывается на ресурсе АД и активных элементов механической части конвейера, вызывая их усталостные повреждения, преждевременный износ и, в конечном итоге, приводит к авариям.
Таким образом, актуальна задача снижения уровня динамической нагруженности механических элементов конвейера, которая может быть решена путём формирования требуемой динамической механической характеристики АД с помощью управляемого пуска.
Для исследования процессов, протекающих при управляемом пуске, воспользуемся математической моделью системы «тиристорный преобразователь напряжения – АД – рабочий орган конвейера».
В соответствии с [2], модель системы «тиристорный преобразователь напряжения – АД» можно представить в виде совокупности следующих уравнений (1), где 
фазные токи и напряжения; 
– разность потенциалов между нулевыми точками звезды напряжений сети и звезды напряжений электродвигателя; 
– взаимная индуктивность обмоток статора и ротора; 
– индуктивности статора и ротора; 
– активные сопротивления статора и ротора; 
– коэффициент рассеяния; 
– соответственно составляющие потокосцепления обмотоки ротора и токов статора по осям неподвижным относительно статора; 
– число пар полюсов; 
– частота вращения ротора и электромагнитный момент.
Данная математическая модель должна быть дополнена условиями существования тока в какой-либо фазе при проводящем состоянии одного из тиристоров в этой фазе, когда тиристор открыт, если текущее значение электрического угла больше угла управления, или ток протекает за счет энергии в индуктивностях фазы.
При непроводящем состоянии тиристора, например фазы А, когда нарушаются условия проводимости, вместо фазного напряжения 
необхомо подать напряжение равное 
при этом будет определяться выражением: 
При моделировании динамических процессов в рабочем органе конвейера, математическая модель может быть представлена в виде совокупности упруго-связанных звеньев (2), где x0, xk, xN, v0, vk, vN - координата и скорость движения первого, k-ого и последнего звена соответственно, L0 – длина элементарного звена, kу - коэффициент упругости (жесткости) элементарного звена.
В состав каждого звена входят цепь, скребок, груз. На каждое звено массой и длиной L0 действуют силы со стороны соседних звеньев 
силы внешнего (сухого) трения 
, зависящие от скорости движения звена 
, а также тангенциальная составляющая силы тяготения 
, величина которой определяется положением конвейера.
Рис 1. Расчетные диаграммы изменения момента М, частоты вращения ротора 
и тока в обмотках статора 
и ротора 
при прямом пуске
Рис 2. Переходные моменты при прямом пуске (1), при пофазной подаче напряжения (2), при квазиоптимальном пуске (3), при пуске ограничением скорости нарастания приложенного напряжения.
Усилие, передаваемое со стороны приводного двигателя 
задаётся через начальную координату системы. Здесь 
– электромагнитный момент электродвигателя, 
– передаточное отношение редуктора, 
– приведенная масса вращающихся частей привода, 
– радиус приведения.
На последнее звено 
системы действует усилие только со стороны предпоследнего звена, так как при наличии в составе конвейера одной приводной станции обратная ветвь тяговой цепи будет провисать. Это отражено в представленных уравнениях.
Правомерность подобного подхода для описания движения рабочего органа скребкового конвейера обоснована в [3]. При корректном задании значений коэффициентов перед переменными в приведённой модели, результаты моделирования достаточно хорошо согласуются с результатами экспериментов.
На рис.1 представлены расчетные графики изменения момента, частоты вращения ротора и тока в обмотках статора и ротора при прямом пуске конвейера, полученные при компьютерном моделировании. Использовались следующие параметры: длина конвейера – 100 м, калибр цепи – 18 64, масса одного метра цепи со скребками – 18 кг, масса груза - 10 кг/м, передаточное отношение редуктора ip – 20, рабочий орган приводится в движение асинхронным электродвигателем ЭД-КО4-4МУ5 мощностью 80 кВт.
Как видно из рис. 1, приводной электродвигатель развивает значительные по величине знакопеременные электромагнитные моменты, приводящие к опасным механическим напряжениям в трансмиссии и тяговой цепи конвейера. При этом пусковые токи в обмотках электродвигателя достигают величин, в несколько раз превосходящих номинальные значения, что негативным образом сказывается состоянии лобовых частей статорной обмотки.
На рис. 2 приведены переходные моменты при моделировании пуска АД с резкопеременной нагрузкой различными способами. Наилучшие свойства реализации безударного пуска получены при квазиоптимальном управлении [4]. Экспериментальная проверка с помощью разработанного нам универсального полупроводникового пускового устройства подтвердила полученные при моделировании результаты.
1. Ещин Е.К. Теория предельных режимов работы горных машин, Томск: Изд-во Томского ун-та, 1995. – 232 с.
2. Моделирование асинхронных электроприводов с тиристорным управлением / Л.П. Петров, В.А. Ладензон, Р.Г. Подзолов, А.В. Яковлев. – М.: Энергия, 1977. – 200 с.
3. Бандурин А.Н. Моделирование динамики рабочего органа скребкового конвейера //Вестн. КузГТУ. –1999. – №2. – С.46-49.
4. Патент РФ № 2235410 МПК Н 02 Р 1/26. Способ пуска асинхронного электродвигателя / Е.К. Ещин, И.А. Соколов, В.Л. Иванов, В.Г. Каширских, Заявл. 04.01.03, № 2003100098. Опубл. 27.08.04. Бюл. №24.