К анализу энергетических процессов в питающей сети при работе карьерного экскаватора

Рассмотрены основные особенности электроэнергетических процессов в мехатронных системах электрических карьерных экскаваторов. Электрическая энергия от подстанции предприятия доставляется к экскаватору на основной гармонике. В мехатронном комплексе происходит преобразование электрической энергии в механическую работу, накопление кинетической и потенциальной энергий и их взаимное преобразование в движущихся элементах машины, а также механоэлектрическое преобразование энергии. При преобразовании электрической энергии происходит генерирование высших гармоник за счет энергии основной гармоники. Нагрузкой генератора рекуперированной энергии и высших гармоник становятся сеть, подключенное к ней электрооборудование и источник энергии. При снижении коэффициента мощности потери энергии в питающей сети возрастают обратно пропорционально его квадрату. На основании анализа энергетических процессов и выполненных экспериментальных исследований определены основные соотношения между потребленной и рекуперированной энергией при работе карьерного экскаватора ЭКГ-20 с электрическими приводами переменного тока. Активная энергия, рекуперированная взаимосвязанными главными приводами экскаватора, объединенными общим звеном постоянного тока, частично потребляется самой системой главных приводов, а часть рекуперированной энергии через главный трансформатор поступает в питающую электрическую сеть. Трансформатор собственных нужд, подключенный к питающей сети, принимает часть рекуперированной энергии, которая используется вспомогательным электрооборудованием экскаватора. Экспериментально подтверждено полезное использование части рекуперированной энергии электрооборудованием собственных нужд экскаватора (более 30%). Повышение эффективности передачи энергии от источника к потребителю достигается применением компенсирующих устройств для повышения коэффициента мощности и качества электрической энергии, снижением токов, потребляемых электроприводами, а также использованием алгоритмов управления электроприводами, обеспечивающих электромагнитную совместимость оборудования.

Ключевые слова: мехатроника, экскаватор, энергия, электропривод, коэффициент мощности, рекуперация, эффективность, система управления.
Как процитировать:

Малафеев С. И., Малафеев С. С. К анализу энергетических процессов в питающей сети при работе карьерного экскаватора // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 3. – С. 126–137. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-3-0-126-137.

Благодарности:
Номер: 3
Год: 2020
Номера страниц: 126-137
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.271.3
DOI: 10.25018/0236-1493-2020-3-0-126-137
Дата поступления: 09.01.2019
Дата получения рецензии: 27.05.2019
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 20.02.2020
Информация об авторах:

Малафеев Сергей Иванович — доктор техн. наук, профессор, главный научный сотрудник, ООО Компания «Объединенная Энергия», Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых, e-mail: simalafeev@gmail.com, sim@jpc.ru,
Малафеев Сергей Сергеевич — канд. техн. наук, преподаватель, Владимирский политехнический колледж,
e-mail: cepg87@gmail.com.

 

Контактное лицо:

Малафеев С.И., e-mail: simalafeev@gmail.com; sim@jpc.ru.

Список литературы:

1. Energy efficiency in Minerals Industry. Best Practicies and Research Directions. AwuahOffei K. (Ed.). Springer International Publishing AG, 2018, 329 p. DOI: 10.1007/978-3-319-54199-0.

2. Соловьева Н.А., Крашенинников А.И., Зырянов И.В., Рыбников А.В. Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности в АК «АЛРОСА» (ПАО) // Горное оборудование и электромеханика. — 2016. — №2. — С. 16—19.

3. Малафеев С.И., Серебренников Н.А. Повышение энергетической эффективности карьерных экскаваторов на основе модернизации электрооборудования и систем управления // Уголь. — 2018. — № 10. — С. 30—34. DOI: 10.18796/0041-5790-2018-10-30-34.

4. Levesque M., Millar D., Paraszczak J. Energy and mining — the home truths // Journal of Cleaner Production. 2014. Vol. 84, no 1. DOI: 10.1016/j.jclepro.2013.12.088.

5. Bise C.J. Modern american coal mining. Methods and applications. Society for Mining, Metallurgy and Exploration, 2013, 563 p.

6. Махно Д.Е. Эксплуатация и ремонт карьерных экскаваторов в условиях Севера. — М.: Недра, 1984. — 133 с.

7. Чулков Н.Н. Расчет приводов карьерных машин. — М.: Недра, 1987. — 196 с.

8. Guzman M.V., Valenzuela M.A. Integrated mechanical-electrical modeling of an AC electric mining shovel and evaluation of power requirements during a truck loading cycle // IEEE Transactions on industry applications, 2015, Vol. 51, No 3, pp. 2590—2599. DOI: 10.1109/ TIA.2014.2375378.

9. Casson M. Dragline retrofit for AC motion power / «SYMPHOS 2013» 2nd International Symposium on Innovation and Technology in the Phosphate. Procedia Engineering 83, 2014, pp. 86—89. DOI: 10.1016/j.proeng.2014.09.017.

10. Тангаев И.А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых. — М.: Недра, 1986 — 231 с.

11. Котлярчук В.А., Гончаров А.Ф. Электроснабжение экскаваторов. — М.: Недра, 1980. — 175 с.

12. Чулков Н.Н. Электрификация карьеров. — М.: Недра, 1974. — 344 с.

13. Morley L.A. Mine power systems. Information circular 9258. United States Bureau of Mines, 1991. 437 p.

14. Malafeev S.I., Malafeev S.S., Tikhonov Y.V. Intelligent diagnostics of mechatronic system components of career excavators in operation / Advances in Neural Computation, Machine Learning, and Cognitive Research. Selected Papers from the XIX International Conference on Neuroinformatics, October 2—6, 2017, Moscow, Russia. Springer International Publishing AG, 2018. Pp. 110—116. DOI: 10.1007/978-3-319-66604-4_17.

15. Pandit P., Mazumdar J., May T., Koellner W.G. Real-time power quality meashurements from a conventional AC dragline // IEEE Transactions on Industry Applications, 2010, Vol. 46, No 5, pp. 1755—1763. DOI 10.1109/TIA.2010.2057470.

16. Aqueveque P., Wiechmann E.P., Henríquez J.A., Muñoz L.G. Energy quality and efficiency of an open pit mine distribution system: evaluation and solution // IEEE Transactions on Industry Applications. 2016, Vol. 52, No 1, pp. 580—588. DOI: 10.1109/TIA.2015.2464172.

17. Малафеев С.И., Малафеев С.С., Серебренников Н.А. Компьютерное моделирование мехатронных систем одноковшовых экскаваторов // Горное оборудование и электромеханика. — 2011. — № 5. — С. 24—29.

18. Счетчик электрической энергии трехфазный многофункциональный КЭЯ «ЗНАК+». Руководство по эксплуатации. МТНЦ.424359.0030-РЭ-05. — М., 2005. — 49 с.

19. Андреев А.Н., Несговоров Е.В., Королев Т.В., Колесниченко Д.А., Колесниченко Н.М. Эффективность внутренней рекуперации энергии в частотно-регулируемом приводе // Вестник Череповецкого государственного университета. — 2015. — № 7. — С. 5—8.

20. Владимиров Д.Я. Интеллектуальный карьер: Эволюция или революция? // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — СВ 45-1. — С. 77—82.

21. P&H 2650 CX Hybrid Shovel. Joy Global, 2016. 7 p.

22. Kolner W., Madhavarao G. Peak shaver/rate rise limiter for electric rope shovels and draglines. June 13, 2013 MEMSA Annual Meeting, Clearwater, Fl. 2013. 24 p.

23. Bilgin H.F., Muammer Ermis, Kose K.N., Alper Cetin, etc. Reactive-power compensation of coal mining excavators by using a new-generation STATCOM // IEEE Transactions on Industry Applications, 2007, Vol. 43, No 1, pp. 97—110. DOI: 10.1109/TIA.2006.887308.

24. Шпрехер Д.М., Бабокин Г.И. Система технического диагностирования электромеханических комплексов // Контроль. Диагностика. — 2016. — № 3. — С. 52—56.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.