ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ
A mathematical model of a 4-mass belt conveyor electromechanical system is designed, a block diagram of the system model, taking into account conveyor traffic, is received. The research results of the closed loop conveyor system with optimal energy efficiency voltage regulator are presented. The gra...
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1091 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870203733312274432 |
|---|---|
| author | Печеник, Н.В. Бурьян, С.А. |
| author_facet | Печеник, Н.В. Бурьян, С.А. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Н.В. Печеник",
"institution": "Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. І. Сікорського», пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна"
},
{
"author": "С.А. Бурьян",
"institution": "Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. І. Сікорського», пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна"
}
] |
| author_sort | Печеник, Н.В. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-08T17:30:56Z |
| description | A mathematical model of a 4-mass belt conveyor electromechanical system is designed, a block diagram of the system model, taking into account conveyor traffic, is received. The research results of the closed loop conveyor system with optimal energy efficiency voltage regulator are presented. The graphs show the character of the reduction of energy loss by using an optimal voltage regulator. References 3, figures 2. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:18:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
122 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5
УДК 621.313.16
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ
СИСТЕМ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ
Н.В.Печеник, канд.техн.наук, С.А.Бурьян, канд.техн.наук
Национальный технический университет Украины «КПИ»,
пр. Победы, 37, Киев, 03056, Украина.
e-mail: sburyan18@gmail.com
Разработана математическая модель 4-х массовой электромеханической системы ленточного конвейера, по-
лучена структурная схема модели системы с учетом грузопотока конвейера. Приведены результаты исследо-
вания замкнутой системы конвейерной установки при использовании оптимального по энергетической эф-
фективности регулятора напряжения. Представлены графики, позволяющие оценить характер снижения по-
терь энергии при использовании оптимального регулятора напряжения. Библ. 3, рис. 2.
Ключевые слова: ленточный конвейер, энергоэффективность, оптимальный регулятор напряжения.
Одним из наиболее распространенных средств перемещения сыпучих и штучных материалов являются
системы непрерывного транспорта, в том числе ленточные конвейеры. Особо широкое распространение послед-
ние получили в угольной и горно-рудной промышленности в качестве промежуточных и магистральных конвей-
ерных систем высшей производительности, обеспечивающих транспортирование грузов на большие расстояния.
Одним из основных элементов конвейерной установки является электропривод, который определяет
эффективность преобразования энергии для обеспечения перемещения тягового органа конвейера. Применение
нерегулируемого асинхронного электропривода и широкий диапазон изменения нагрузки приводит к сущест-
венным потерям потребляемой из сети энергии и не позволяет получить высокую энергетическую эффектив-
ность механизма в целом. Так как в настоящее время очень остро стоит вопрос экономии энергии и энергоре-
сурсов, то весьма актуальной является разработка новых систем электропривода, позволяющих обеспечить
энергоэффективные режимы работы конвейерных электромеханических систем.
Основной задачей проведенных исследований режимов работы ленточных конвейеров является опре-
деление диапазона и характера изменения регулируемых параметров с целью минимизации потерь энергии в
электромеханической системе.
В основу разработки модели электромеханической системы принята расчетная схема с одним главным
электроприводом и натяжной станцией, расположенной в хвостовой части конвейера. Расчетная схема конвейе-
ра представлена в виде четырехмассовой схемы, в которой грузовая ветвь представлена тремя массами, холо-
стая – одной. Такое представление расчетной схемы позволяет получить достаточную точность при составле-
нии математической модели [1].
В качестве обобщенных переменных приняты координаты положения четырех масс m1, m2, m3, m4, их
скорости 1 2 3 4X , X , X , X ,& & & & перемещения X1, X2, X3, X4, а также положения и скорость перемещения натяжного
груза δ, δ& . Движение конвейера описывается следующими координатами состояния:
T
1 2 3 4 1 2 3 4X=(X , X , X , X , X , X , X , X , δ, δ)&& & & & . (1)
Для получения общей математической модели используется величина кинетической энергии, которая
состоит из кинетической энергии замкнутого контура ленты (Тк), приводного (Тп), натяжного (Тн) устройств
2 2 2 2 2 2 2 2
к гр. 1 1 2 2 гр. 2 2 3 3 пор. 1 1 4 4 пор. 4 4 3 3T =G l(X +X X +X )/12g+G l(X +X X +X )/12g+G l(X +X X +X )/12g+G l(X +X X +X )/12g& & & & & & & & & & & & & & & & , (2)
2
П пр. 1T =m X / 2 , (3)
2
Н ну.T =G δ / 2g& , (4)
где гр. пор.G , G – погонный вес груженой и порожней ветвей тягового органа; ну.G – вес натяжного устройства; mпр.
– приведенные массы вращающихся частей электропривода; l – длинна ленты; g – ускорение свободного падения.
Потенциальная энергия упругой деформации системы включает в себя энергию конвейерной ленты
(Пк) и канатов натяжного устройства (Пн) и имеет следующую форму записи:
2 2 2 2
к 1 2 1 2 3 2 4 1 3 3 4 4П =(X -X ) C / 2+(X -X ) C / 2+(X -X ) C / 2+(X -X ) C / 2, (5)
где 1 2 3 4C , C , C , C – коэффициенты жесткости участков конвейера.
Допуская, что 1 2 1 2C =C =C =C =C′ ′ , т.е. что жесткость всех участков одинакова, получим
© Печеник Н.В., Бурьян С.А., 2014
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5 123
2 2 2 2
к 1 2 2 3 4 1 3 4П = (X -X ) +(X -X ) +(X -X ) +(X -X ) C/2.⎡ ⎤⎣ ⎦ (6)
Потенциальная энергия канатов натяжного устройства
( ) 2
н 3 4 кП =0.5 X -X / 2-δ C ,⎡ ⎤⎣ ⎦ (7)
где Ск – коэффициент жесткости каната.
Потенциальная энергия положения натяжного устройства
Г нуП =G -δ. (8)
Проведя преобразования полученных выражений с учетом сил внутреннего трения замкнутого контура
и сил трения при перемещении натяжных грузов, получим следующую математическую модель движения за-
груженного конвейера:
г п пр 1 г 2 п 4 1 2 4 гр пор 1 1 2 4(2m +2m +2m )X +m X +m X +2CX -CX -CX +(0.5G lw+0.5G lw)sgnX +2ηX -ηX -ηX =&& && && & & & &
ПР c 1 б=M sgn(X -X )/R ,& & (9)
г 1 г 2 г 3 1 2 3 гр 2 1 2 3m X +4m X +m X -CX +2CX -CX +G lwsgnX -ηX +2ηX -ηX =0&& && && & & & & , (10)
г 2 г п 3 п 4 2 к 3 к 4 к гр пор 3m X +(2m +2m )X +m X -CX +(2C+0.25C )X -(C+0.25C )X -0.5C δ+(0.5G lw+0.5G lw)sgnX +&& && && &
3 2 4+2ηX -ηX -ηX =0& & & , (11)
п 1 п 4 п 3 1 к 4 к 3 к пор 4 1 4 3m X +4m X +m X -CX +(C+0.25C )X -(2C+0.25C )X +0.5C δ+G lwsgnX -ηX +2ηX -ηX =0&& && && & & & & ,
ну 4 3 к ну нуG δ/g-0.5(X -X +δ)C +G +G fsgnδ=0&& & , (12)
где w – коэффициент сопротивления движения ленты конвейера; mг=Gгрl/9, mп=Gпорl/9 – массы грузовой и по-
рожней ветви конвейера; МПР – приведенный к валу барабана радиусом Rб момент двигателя; η, f − приведен-
ные коэффициенты вязкости и сопротивления движению грузов.
Для проведения исследования энергоэффективных режимов роботы электромеханической системы по-
лучена структурная схема модели замкнутой системы ленточного конвейера, показанная на рис. 1, где ЗИ – за-
датчик интенсивности; РС – регулятор скорости; ОРН – оптимальный регулятор напряжения.
Рис. 1
Для описания моделей преобразователя частоты и асинхронного двигателя в координатах статора α − β
используется общепринятая методика [2]. Оптимальный регулятор реализует закон изменения напряжения и в
зависимости от нагрузки конвейера [3]
1/21/21/2
н c н н м.н ст.н
н н н
f f fu u M S S P / P (a b )
f f f
⎛ ⎞⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟= + + +⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠⎝ ⎠
, (13)
где uн – номинальное напряжение; Мс – коэффициент загрузки конвейера; f – частота на выходе преобразовате-
ля частоты; fн – номинальная частота; Sн – номинальное скольжение; а, b – коэффициенты потерь на гистерезис
и вихревые токи; Рм.н – номинальные потери в меди; Pст.н – номинальные потери в стали.
Модель ленты конвейера представлена в виде следующей векторно-матричной формы
1 1 2 2 3 3X=AX+B U +B U +B U%& % % % , (14)
где Ã – матрица состояния системы; X – силы сопротивления движению сосредоточенных масс ленты; B1, B2,
B3 – блочные матрицы управления; U1 – момент, создаваемый приводом; U2 – силы сопротивления движению
сосредоточенных масс ленты; U3 – вес натяжного устройства.
На основании структурной схемы разработана модель в пакете прикладных программ MATLAB/
SIMULINK.
124 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5
Для моделирования была использована типовая конвейерная установка длиной 1000 м, скоростью дви-
жения тягового органа 1,6 м/c, производительностью 420 т/час, асинхронный двигатель мощностью 160 кВт.
Результаты исследования показаны на рис. 2: графики переходных процессов изменения момента на-
грузки и скорости (слева) и КПД с оптимальным регулятором и без него (справа).
С оптимальным
регулятором
Без оптимального
регулятора
η
0.952
0.954
0.956
0.958
0.96
0.962
0.964
0.966
t, с
30 40 50 60 70 80
0
100
200
300
400
500
600
30 40 50 60 70 80
t, с
ω, рад/с; М, Н*м
Мн
0.8М
0.5М0.5Мн
ω
Рис. 2
Как видно из полученных графиков, при изменении нагрузки на конвейере от номинального значения
M=Mн до M=0.5Mн потери снижаются в среднем на (5÷6)%. Учитывая, что в процессе работы загрузка конвей-
ера колеблется в широких пределах, использование предлагаемых режимов работы позволяет существенно сни-
зить затраты транспортирующих электромеханических систем.
1. Дмитриева В.В. Модель «магистральный конвейер – асинхронный привод» и анализ ее динамических процес-
сов. – Москва: МГТУ, - депозит № 348/05-04, – 25 марта 2004 г.
2. Ключев В.И. Теория электропривода. – Москва.: Энергоатомиздат, 1985. – 560 с.
3. Печеник М.В., Зайченко О.А. Розробка моделі електромеханічної системи стрічкового конвейєра з врахуван-
ням енергозберігаючих режимів роботи електропривода // Наукові вісті НТУУ «КПІ». – 2007. – №1. – С. 115–120.
УДК 621.313.16
ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІ РЕЖИМИ РОБОТИ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ СТРІЧКОВИХ КОНВЕЄРІВ
М.В.Печеник, канд.техн.наук, С.О.Бур'ян, канд.техн.наук
Національний технічний університет України «КПІ »,
пр. Перемоги, 37, Київ , 03056 , Україна .
e-mail: sburyan18@gmail.com
Розроблено математичну модель 4-и масової електромеханічної системи стрічкового конвейєра, отримано структурну схему
моделі системи з урахуванням вантажопотоку конвеєра. Наведено результати дослідження замкненої системи конвеєрної
установки при використанні оптимального за енергетичною ефективністю регулятора напруги. Представлені графіки дозво-
ляють оцінити характер зниження втрат енергії при використанні оптимального регулятора напруги. Бібл. 3, рис. 2.
Ключові слова: стрічковий конвейєр , енергоефективність , оптимальний регулятор напруги.
ENERGY-EFFICIENT MODES OF BELT CONVEYOR ELECTROMECHANICAL SYSTEMS
N.V.Pechenik, S.A Burjan
National Technical University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute",
Peremohy, 37, Kyiv, 03056, Ukraine.
e-mail: sburyan18@gmail.com
A mathematical model of a 4-mass belt conveyor electromechanical system is designed, a block diagram of the system model, taking
into account conveyor traffic, is received. The research results of the closed loop conveyor system with optimal energy efficiency
voltage regulator are presented. The graphs show the character of the reduction of energy loss by using an optimal voltage regula-
tor. References 3, figures 2.
Keywords: belt conveyor, energy efficiency, optimum voltage regulator .
1. Dmitrieva V.V. Model "overland conveyor – asynchronous motor" and analysis of its dynamic processes. – Moskva: MGTU, -
depozit № 348/05-04, – 25 march 2004. (Rus)
2. Kljuchev V.I. Theory of the electric drive. – Moskva: Energoatomizdat, 1985. – 560 p. (Rus)
3. Pechenik M.V., Zajchenko O.A. Development of models of belt conveyor electromechanical systems, taking into account the
electric power saving modes // Naukovі vіstі Natsionalnogo Tekhnichnogo Universytetu Ukrainy «Kiev Polytechnic Institute». –
2007. – № 1. – Pp. 115−120. (Ukr)
Надійшла 17.02.2014
|
| id | techned_org_ua-article-1091 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:18:33Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/d6/21fcd9f3d18ab858924f238cb56066d6.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-10912023-01-08T17:30:56Z ENERGY-EFFICIENT MODES OF BELT CONVEYOR ELECTROMECHANICAL SYSTEMS ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ Печеник, Н.В. Бурьян, С.А. belt conveyor energy efficiency optimum voltage regulator ленточный конвейер энергоэффективность оптимальный регулятор напряжения A mathematical model of a 4-mass belt conveyor electromechanical system is designed, a block diagram of the system model, taking into account conveyor traffic, is received. The research results of the closed loop conveyor system with optimal energy efficiency voltage regulator are presented. The graphs show the character of the reduction of energy loss by using an optimal voltage regulator. References 3, figures 2. Разработана математическая модель 4-х массовой электромеханической системы ленточного конвейера, получена структурная схема модели системы с учетом грузопотока конвейера. Приведены результаты исследования замкнутой системы конвейерной установки при использовании оптимального по энергетической эффективности регулятора напряжения. Представлены графики, позволяющие оценить характер снижения потерь энергии при использовании оптимального регулятора напряжения. Библ. 3, рис. 2. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2014-08-11 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1091 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 5 (2014): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 122 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 5 (2014): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 122 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1091/967 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | ленточный конвейер энергоэффективность оптимальный регулятор напряжения Печеник, Н.В. Бурьян, С.А. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ |
| title | ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ |
| title_alt | ENERGY-EFFICIENT MODES OF BELT CONVEYOR ELECTROMECHANICAL SYSTEMS |
| title_full | ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ |
| title_fullStr | ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ |
| title_full_unstemmed | ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ |
| title_short | ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ |
| title_sort | энергоэффективные режимы работы электромеханических систем ленточных конвейеров |
| topic | ленточный конвейер энергоэффективность оптимальный регулятор напряжения |
| topic_facet | belt conveyor energy efficiency optimum voltage regulator ленточный конвейер энергоэффективность оптимальный регулятор напряжения |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1091 |
| work_keys_str_mv | AT pečeniknv energyefficientmodesofbeltconveyorelectromechanicalsystems AT burʹânsa energyefficientmodesofbeltconveyorelectromechanicalsystems AT pečeniknv énergoéffektivnyerežimyrabotyélektromehaničeskihsistemlentočnyhkonvejerov AT burʹânsa énergoéffektivnyerežimyrabotyélektromehaničeskihsistemlentočnyhkonvejerov |