A leksander LU TY ŃSKI
PRÓBA ZASTOSOWANIA ROZRUSZNIKA TYRYSTOROWEGO W NAPĘDZIE GÓRNICZEGO PRZENOŚNIKA ZGRZEBŁOWEGO
Streszczenie. W referacie przedstaw iono wyniki badań przenośnika zgrzebłowego Ryb- nik-80 produkcji Rybnickiej Fabryki M aszyn RYFAM A z zastosowanym w yłącznikiem roz
ruchow ym typu OW -0142R. Badania dotyczą fazy rozruchu przenośnika nie załadowanego urobkiem . Zastosow anie w napędzie w yłącznika rozruchowego pozwoliło na porównanie wa
runków rozruchów łagodnego i sztywnego badanego przenośnika.
EFFORTS AIM ED A T THE APPLICATION OF A THYRISTOR STARTER IN A M INE A RM O URED CO NVEYOR DRIVE
Sum m ary. A m ethod o f carrying out tests on an armoured stage loader o f the Rybnik-80 type m anufactured by the „R Y FA M A ” M achinery Factory in Rybnik, Poland, and equipped with a thyristor starter is dealt w ith in the paper. The thyristor starter makes it possible to control a softstart o f the drive as well as to control a direct start-up.
1. W PROW AD ZENIE
W ostatnich latach obserw uje się rozwój konstrukcji przenośników zgrzebłow ych ściano
w ych oraz podścianow ych, odstaw iających urobek z wysoko w ydajnych ścian węglowych.
Rozwój konstrukcji determ inowany je st w głównej mierze koncentracją w ydobycia i przeja
wia się w zrostem w ym iarów rynien przenośnika, wzrostem w ym iarów, masy łańcucha oraz zgrzebeł, wzrostem prędkości łańcucha, a co za tym idzie, wzrostem m ocy jednostek napędo
wych.
W ym ienione zmiany param etrów techniczno-eksploatacyjnych w pływ ają w dość istotnym stopniu na warunki rozruchu bezpośredniego (sztywnego) przenośników zgrzebłowych. Roz
ruch ten staje się cięższy. W zrastają przyspieszenia m as będących w rozruchu, a w ich wyniku naprężenia w cięgnie łańcuchow ym , wzrasta obciążenie elem entów napędu przenośnika i in
nych je g o zespołów , w ystępują znaczne spadki napięć w sieci elektroenergetycznej i wysokie prądy rozruchow e. Powszechnie stosow anym w przem yśle krajow ym rozw iązaniem napędu, w którym łagodzone są skutki ciężkiego rozruchu, je st napęd z silnikiem dw ubiegowym . W krajach o w ysoko rozw iniętym poziom ie górnictw a podziem nego zauważyć m ożna tendencje odchodzenia od takiego rozwiązania. Zastępow ane je st ono rozw iązaniam i, w których sto
sow ane są silniki asynchroniczne w raz ze sprzęgłam i hydrodynam icznym i na w odę z regulo
w anym opróżnianiem produkow ane przez firm ę V oith, silniki asynchroniczne z kolumnami tyrystorow ym i w w ykonaniu firm y Breuer-M otoren, silniki asynchroniczne sterow ane prze
m iennikam i częstotliw ości, silniki asynchroniczne z m odułow ym i przekładniam i planetarny
mi firm y D orstener i zintegrow anym oczujnikow aniem do napędu i sterow ania czy też silniki asynchroniczne z przekładniam i planetarnym i WB CST.
W przem yśle krajow ym rów nież poszukuje się korzystnych rozwiązań w tym zakresie.
T ak ą próbę now ego rozw iązania stanow i w yłącznik typu OW - 0142R, będący tyrystorow ym urządzeniem łagodnego rozruchu.
2. O PIS BA D A N Y C H U RZĄ D ZEŃ
Przeprow adzone badania uznać należy za wstępne, rozpoczynające pew ną serię badań z tego zakresu. M a ją one dać odpow iedź, które z proponow anych na rynku krajow ym rozwią
zań je st najefektyw niejsze dla konkretnych w arunków stosowania i lokalizacji przenośnika.
C elem tych badań je st także w eryfikacja opinii o możliwości stosow ania w napędach przeno
śników zgrzebłow ych rozruszników tyrystorow ych
O biektem badań był przenośnik zgrzebłowy Rybnik-80 produkcji Rybnickiej Fabryki M aszyn R Y F A M A w Rybniku. Przenośnik usytuow any byl poziom o i pracował ja k o podają
cy urobek do zbiornika w KW K Piast.
Przenośnik charakteryzow ał się się następującym i parametrami:
- w ydajność szczytow a 500 t/h,
- w ydajność średnia 400 t/h,
- szerokość rynny 750 mm,
- profil rynny E 225,
- m oc napędu - prędkość łańcucha - długość przenośnika
1x90 kW, 0,87 m/s, 40m.
W przenośniku zastosow ano przekładnię zębatą w alcow ą typu PZP-720/3 o przełożeniu i = 30 i silnik asynchroniczny 2SGF 280/M -4 na napięcie 500 V o obrotach znamionowych nzn = 1480 obr/m in, prądzie znam ionowym Izn = 127 A i krotności prądu rozruchowego do znam ionow ego Ir /I7n = 5 oraz sprzęgło podatne typu Sp - 55.
W badanym przenośniku Rybnik-80 zastosowano dwupasm owy łańcuch ogniwowy 26x92 m m klasy C prowadzony środkowo.
Zastosow any w napędzie przenośnika w yłącznik rozruchowy typu OW - 0142R, produkcji Zakładu A paratury A PA TO R w Toruniu, przeznaczony je st do silników asynchronicznych górniczych, zasilanych z trójfazowej sieci elektroenergetycznej z izolowanym punktem gw iazdow ym transform atora zasilającego. W yłącznik ten wyposażony je st w ochronę przed skutkami zwarć, przeciążeń, zaników fazy i doziemień. W yłącznik um ożliwia sterowanie za
równo rozruchem łagodnym silnika asynchronicznego, jak i rozruchem bezpośrednim . Dane techniczne w yłącznika są następujące:
- znam ionowe napięcie łączeniow e 500 V,
- prąd znam ionow y ciągły 125 A,
- prąd znam ionow y łączeniow y 125 A,
- szczytowy prąd tyrystorów 1,5 kA,
- czas trw ania prądu ograniczenia, w funkcji jego wartości: 200 A - 60 s,
W yłącznikiem O W - 0142R realizować można łagodny rozruch przenośnika dwom a spo
sobami, to je s t sterując napięciem lub prądem. Parametry obu tych sposobów rozruchu opisać m ożna następująco.
Rozruch napięciow y:
- czas opadania napięcia w yjściow ego to 50% czasu narastania napięcia wyjściow ego.
Rozruch prądowy:
300 A - 30 s, 400 A - 10 s.
- znam ionow e napięcie obw odów sterowania 24 V.
- czas narastania napięcia wyjściowego 0,5 do 60 s,
- gradient narastania prądu wyjściowego 10 do 1000 A/s.
3. OPIS A PA R A TU R Y BADAW CZEJ
W przeprow adzonych badaniach w ykorzystano system pomiarowy o schem acie jak na r y s .l, zbudow any z układów: rejestracji i przetw arzania danych. Układ rejestracji składał się z przekładnika prądow ego o przełożeniu n = 400/5, przetworników analogow ych wielkości elektrycznych SM L firmy Reader o zakresach pom iarowych: prądu - 5A, napięcia - 1 kV, rejestratorów cyfrow ych typu MS2 firm y DM T oraz fotoelektrycznego czujnika prędkości obrotowej i tensom etrycznego czujnika siły wraz ze wzm acniaczam i. K lasa dokładności uży
tych do pom iarów przekładników wynosi 0,5, a przetw ornika 2,5. U kład przetwarzania da
nych składał się z kom putera klasy PC wyposażonego w system obróbki danych DIA-DAGO
Rys. 1. Schemat blokow y systemu pomiarowego: P - przekladnik prądowy, S - silnik asynchroniczny, CV - foto- elektryczny czujnik prędkości, CS - tensometryczny czujnik siły, PC - komputer klasy PC
Fig. 1. Block diagram o f a measuring system: P - current transformer, S - asynchronous motor, CV - photoelectric speed sensor, CS - strain gauge-type force sensor, PC - computer o f PC class
firmy D M T oraz plotera pozwalającego na w ydruk zarejestrowanych przebiegów, ja k i w yni
ków analizy statystycznej.
E lem enty układu pom iarowego m ają stopień ochronny IP65 i um ożliw iają badanie wiel
kości elektrycznych w w arunkach dołowych.
Przetw ornik analogow ych wielkości elektrycznych typu SML stanowi centralną jednostkę układu pom iarow ego i je st uniw ersalnym przetwornikiem wielkości elektrycznych zmiennych w czasie, takich ja k natężenie i napięcie prądu, moc czynna, bierna i pozorna oraz początkowy kąt fazowy.
Rejestracji w ybranych wielkości elektrycznych dwukanałowego rejestratora cyfrowego MS2 dokonyw ać m ożna z częstotliwościam i próbkowania 10, 20, 50, 100, 200, 300, 500 lub 1000 Hz. W yboru częstotliw ości próbkowania dokonuje się w zależności od potrzeby obser
wacji szybkości zm ian rejestrow anych wielkości i ustala przed pomiarem przy użyciu mikro- przełączników system u MS2. W przypadku konieczności rejestrow ania w jednym czasie kilku wielkości m ierzonych istnieje m ożliw ość synchronicznego zapisu m aksym alnie na czterech kanałach poprzez rów noległe połączenie dwóch rejestratorów typu MS2. Miało to miejsce w opisyw anym przypadku w ykonyw anych badań.
Zaletam i system u pom iarow ego są:
- m ożliw ość szybkiego określenia m ierzonych wielkości,
- m ożliw ość jednoczesnego pom iaru kilku wielkości fizykalnych charakteryzujących pracę maszyny,
- ocena pracy m aszyny w w arunkach rzeczywistych,
- sposób zabudow y i przeprow adzenie pom iarów nieuciążliwe dla operatorów obsługujących m aszyny,
- prostota budow y i m ontażu oraz skuteczność działania,
- niezaw odność i duża dokładność pom iarów w warunkach panujących podczas badań przem ysłow ych, takich jak: wibracje, tem peratura, wilgotność i zapylenie,
- szeroki zakres rejestrowanej częstotliwości i możliwość dokonyw ania wielokrotnej trans
form acji czasowej zarejestrowanych przebiegów,
- m ożliw ość przeprow adzenia szybkiej i różnorodnej analizy w yników,
- pow tarzalność w yników pom iarów (współczynnik korelacji 0,8) i niewielki błąd bez
względny toru pom iarow ego, rejestracji oraz odtwarzania wyników.
4. W Y B R A N E W YN IKI BA DAŃ I POM IARÓW
B adania przenośnika zgrzebłow ego przeprow adzone zostały zgodnie z opracowanym w cześniej harm onogram em . W opisyw anym etapie badania przeprow adzono dla przenośnika bez jego obciążenia nadaw ą. W arunki pracy przenośnika różnicow ano przez zadanie dwóch różnych co do w artości sił naciągu w stępnego łańcucha zgrzebłowego. Sterowano także ła
godnym rozruchem przenośnika zadając wyłącznikiem OW -0142R odpow iedni czas narasta
nia napięcia w yjściow ego lub gradient narastania prądu w yjściow ego albo w ykonyw ano roz
ruch bezpośredni (stycznikow y). Podczas badań rejestrow ano w szystkie fazy pracy przeno
śnika.
Z kilkudziesięciu uzyskanych oscylogram ów , przykładow o, dla zilustrow ania om awia
nych zagadnień, zaprezentow ano trzy na rys.2, 3 oraz 4. Przedstaw iają one przebiegi prądu silnika, siły w łańcuchu zgrzebłow ym , napięcia zasilania i prędkości obrotow ej silnika w cza
sie rozruchów i ruchu ustalonego. Rysunki prezentują przebiegi dla rozruchu bezpośredniego oraz rozruchów łagodnych przy sterow aniu napięciem lub prądem.
R Y B N I K - BO a n c u c h d u u n ii k o u y T i - 2 6 e
I - n a p e d o u y
0 3 p o « l * ' i I 9 9 i . 0 5 . t 7 im .rt t ń l w i i c p r r M g u i n t i
lYKOCSVt I . P r a d s i l n i k a 900 .11) 000 1 U ) trt)
¿ . N a p i ę c i * z a s i l a n i a . . i U ) 3 . P r ę d k o ś ć o b r o i o u a s i l n i k a * 0 , I t O 4 . N a p l e c i e ł a ń c u c h a " I P t T ) ___________
5. I w p u ł s p r a c y s t y c z n i k a (A H U J
5 4 0 - £ _ _____
5 2 0 - - 5 G 0 - - 4 0 0 - ’- 4 6 0 - - 4 4 0 - ' - 4 2 0 - - 4 0 0 - - 3 8 0 - - 3 6 0 - ' - 3 4 0 - - 3 2 0 - 4 -
S l l n l k i2 S G I- 2 9 0 t H 5 0 0 (0 ) I27C A ) H O O (lsm ln ) P r z e k ł a d n i a : P Z P - 7 2 0 x 3 i « 1 / 3 0 P r z e n o ś n i k z g r z e b l o u y QVQIJIK - 00
Ł a ń c u c h d u u n iik o u y FI«2<5/92
li)
P R A C A S T Y C Z N I K O W A
10 II 12
N A C I A C Ł A Ń C U C H A M I N I M A L N Y .
Rys. 2. Oscylogram rozruchu bezpośredniego przenośnika Fig.2. Oscillogram o f direct start-up o f the conveyor
(A ) U )(l/ m in )[T )
S iln ik i2 S G I-2 8 0 h 1 500CU) 127(A) H 8 0 (l/ m ln ) P r z e k ł a d n i « : P Z P - 7 2 0 / 3 I - 1✓ 30
P r z e n o ś n ik z q r z e b lo u y RY BNIK Łań cu ch d u u n ltk o u y F I -26/ 92 5 2 0 - =
5 0 0
1 6 0 - - 110
120- -
1 0 - -
P R A C A T Y R Y S T O R O W A . N A C I A C Ya nC U C H A M A K S Y M A L N Y . 50
R Y B N I K - 8 0 an c u c h d u u n it k o u y F i " 2 6
I - n a p e d o u y
JYKRESYi l. P r ad S i l n i k « 90C kU ) 5 0 0 ( 0 ) (ft) 5 . Im p u ls p r a c y s l y c z i 2 . N « p i e c i e z a s i l a n i « ( U )
3 . P r e d k o s c o b r o t o u a S i l n i k a « 0 , 1 0 / 5 ) 1 . N a p i ę c i e ł a ń c u c h a » l O C O _________________________
R ys.3. Oscylogram rozruchu tyrystorowego napięciowego przenośnika Fig.3. Oscillogram o f start-up o f the conveyor with a voltage - operated thyristor
to:
5 1 0 - - 5 2 0 - - 5 0 0 - 1 8 0 - 1 6 0 - 4 4 0 - -
120--
4 0 0 - 3 8 0 - 3 6 0 - 3 1 0 - 3 2 0 - 3 0 0 - 2 8 0 - 2 6 0 -
210-T- 220- L 200--
1 8 0 J - 1 6 0 -
110- 120^:1 100-
8 0 - } - 6 0 -
10-]- 20--
0- *
S i l n i k i P r z e k l
500CU) 127 (h) M 0O (l/m ln) a i P Z P -7 2 0 / 3 I- 1 / 3 0
z q r z e b lo u y R Y B N IK - 00 tkouy FI-26 /9 2
J n = J Z 7 \ A } _
A. N A C I AG Ł A Ń C U C H A M A K S Y M A L N Y .
I s ) 1 0
R Y B N I K - 8 0 o n c u c li d u u n it k o u y F i» 2 6
I- n a p e d o u y ____
JYKRESY: I. P r a d s i l n i k a 9 0 t k U ] 5 0 0 1 U ) (ft)
¿ N a p l e c i e z a s i l a n i a _ t 1kl)
5. Im p u ls p r a c y ? ''/ T 7 n i k a
3 . P r ę d k o ś ć o b r o t o u a s i l n i k a " 0 , l ( l / m i n )
1 .Napl e c ie ła ń c u c h a «)Q[T)_________________________________________
Rys.4. Oscylogram rozruchu tyrystorowego prądowego przenośnika Fig.4. Oscillogram o f start-up o f the conveyor with a current-operated thyristor
W tab l.l przedstaw iono w ybrane wyniki przeprowadzonej analizy pierw szego etapu ba
dań. W tablicy tej podano wartości średnie m ierzonych param etrów, w w yniku kilkukrotnie pow tarzanych pom iarów , jakie uzyskano w trakcie badań jednego stanu naciągu łańcucha przenośnika i różnych nastaw w yłącznika sterującego rozruchem. Łatw o zauw ażyć istotne różnice w w artościach prezentow anych parametrów. W czasie łagodnego rozruchu istotnie m aleją o około 50% spadki napięć w sieci elektroenergetycznej. Rów nie istotnie zmniejsza się m aksym alny prąd rozruchu silnika. W ydłuża się, w granicach od 3- do 6-krotnie czas od m o-m entu rozruchu silnika do osiągnięcia przez niego prędkości obrotowej ruchu ustalo
nego. W ynika z tego, że cięgno łańcuchowe oraz elementy konstrukcji napędu, ja k i innych zespołów przenośnika zgrzebłow ego poddaw ane są, w tym przypadku, zdecydow anie niż-
Tablica 1 N iektóre w yniki pom iarów i badań przenośnika zgrzebłowego z w yłącznikiem OW -0142R
R o z r u c h p r z e n o ś n i k a bezpośredni
naciąg łańcucha
tyrystorowy | prądowy naciąg łańcucha
tyrystorowy | napięciowy naciąg łańcucha
max. min. max. min. max. min
Maksymalny spadek na
pięcia zasilania, %
14,0 13,6 6,8 4,6 6,2 5,2
Maksymalny prąd rozru
chu, A
635 635 368 359 365 327
Czas od momentu podania napięcia na silnik do osią
gnięcia przez niego pręd
kości obrotowej ruchu ustalonego, s
0,79 0,66 2,93 2,2 18,2 15,7
Czas od momentu podania napięcia na silnik do
momentu jego rozruchu, s 0,16 0,10 0,88 0,87 15,3 12,1
Czas od momentu rozru
chu silnika do osiągnięcia przez niego prędkości o- brotowej ruchu ustalone
go, s
0,63 0,56 2,1 1,42 2,9 3,6
Średni prąd ruchu ustalo
nego, A
38 36 42 32 50 35
Prąd, przy którym nastąpi)
rozruch silnika, A 180 160 182 163 200 185
szym obciążeniom podczas rozruchu. Zaznaczyć należy, że podane wartości czasów są śred
nimi spośród uzyskanych dla różnych nastaw w yłącznika. Zależności pom iędzy czasami roz
ruchu przenośnika a odpow iednim i nastawami w yłącznika sterującego będą przedmiotem osobnej analizy.
Podane w tablicy średnie wartości prądu dla ruchu ustalonego w ykazują różnice dla róż
nych naciągów łańcucha. W ynika to z problem ów dokonania nastawy naciągu o dokładnie zdefiniowanej w artości. I tak, wartości m aksym alne naciągu wahały się w granicach od 38 do 50 kN, a w artości m aksym alne od 110 do 145 kN.
5. PO D SUM O W A N IE
Przeprowadzone badania przenośnika zgrzebłowego z w yłącznikiem pozwalającym na realizację łagodnego rozruchu potwierdziły zalety łagodnego rozruchu w pracy przenośni
ków. W ykazały, że spadki napięć w sieci elektroenergetycznej są mniejsze. Mniejsze są rów nież prądy rozruchu. W w yniku dłuższych czasów rozruchu zm niejszają się istotnie obciążenia elem entów przenośnika. O bserwow ane na oscylogram ach realizacje ruchu silnika w skazują na łagodne narastanie momentu napędowego, a niewielkie przem ieszczenia kątowe św iadczą o kasowaniu luzów w łańcuchu kinem atycznym napędu. W ten sposób poprawiony zostaje kom fort rozruchu przenośnika. Poddany badaniom w yłącznik je st je d n ą z w ielu m ożli
w ych propozycji zastosow ań w przenośnikach zgrzebłow ych urządzeń realizujących łagodny rozruch. W ydaje się ze wszech miar słuszne kontynuowanie badań w przedstaw ionym zakre
sie.
Recenzent: D rhab.inż. Sylw ester Markusik Prof.Politechniki Śląskiej
A b stra c t
An increasing concentration o f hand coal extraction necessitates changes in the design o f arm oured face conveyors and stage loaders. The m ost essential changes cover increasing o f
dim ensions o f conveyor pans, increasing o f dim ensions and mass o f chain and flights, incre
asing o f chain speed as well as o f installed pow er o f driving units.
The afore-nam ed changes in technical and operational param eters bring about difficult conditions under w hich direct starting o f conveyors takes place. They appear as an increase in stresses o f a tension m em ber, an increase in load on elem ents o f the conveyor drives and on other units, an increase in starting acceleration, considerable voltage drops in the pow er ne
tw ork and an increase in starting current. Disadrantageous effects o f hard starting o f armoured conveyors are suppressed by the application o f devices w hich introduced to the drives provide their softstart.
A m ethod o f carrying out tests on an arm oured stage loader o f the Rybnik-80 type m anu
factured by the „R Y FA M A ” M achinery Factory in Rybnik, Poland, and equipped w ith a thy
ristor starter is dealt w ith in the paper. The thyristor starter m akes it possible to control a soft
start o f the drive as well as to control a direct start-up.
The testing equipm ent used during tests and the object subjected to test are described and the obtained results are presented.
