Исследование энергоэффективности применения синхронного двигателя с постоянными магнитами для участкового ленточного конвейера

Исследована энергоэффективность применения синхронного двигателя с постоянными магнитами для участкового ленточного конвейера угольной шахты. Исследование проведено для типового высокопроизводительного очистного участка шахты «Апардинская», ООО ЮжКузбассуголь. Разработана аналитическая методика расчета удельного расхода электрической энергии, потребляемой двухдвигательным асинхронным электроприводом и электроприводом с синхронными двигателями с постоянными магнитами для участкового ленточного конвейера при изменении параметров потока транспортируемого угля, с учетом зависимости КПД электропривода от коэффициента его загрузки для челноковой и односторонней схем работы очистного комбайна. Установлены зависимости КПД элементов электропривода участкового ленточного конвейера от коэффициента загрузки конвейера. Определены зависимости удельного расхода электроэнергии электропривода конвейера за период отработки очистным участком 450 м выемочного столба от сопротивляемости пласта угля резанию для двухдвигательного асинхронного электропривода и двухдвигательного электропривода с синхронными двигателями с постоянными магнитами при работе очистного комбайна по челноковой и односторонней схемам.

Бабокин Г. И., Шпрехер Д. М., Овсянников Д. С. Исследование энергоэффективности применения синхронного двигателя с постоянными магнитами для участкового ленточного конвейера // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 1. – С. 141–153. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_1_0_141.

Бабокин Геннадий Иванович¹ — д-р техн. наук, профессор, профессор, e-mail: babokinginov@yandex.ru,
Шпрехер Дмитрий Маркович^1,2 — д-р техн. наук, доцент, профессор, e-mail: shpreher-d@yandex.ru,
Овсянников Дмитрий Сергеевич² — аспирант, e-mail: ovsyannikov_d_s@mail.ru,
¹ НИТУ МИСИС,
² Тульский государственный университет.

Шпрехер Д.М., e-mail: shpreher-d@yandex.ru.

1. Ефимов В. И., Хмелинский А. А., Мефодьев С. Н. Современные подходы к компоновке оборудования для добычи угля на пологих пластах // Уголь. — 2019. — № 6. — С. 36—40. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-6-36-40.

2. Мешков А. А., Волков М. А., Ордин А. А., Тимошенко А. М., Ботвенко Д. В. О рекордной длине и производительности очистного забоя шахты имени В.Д. Ялевского // Уголь. — 2018. — № 7. — С. 4—7. DOI: 10.18796/0041-5790-2018-7-4-7.

3. Petrov V., Kuznetsov N., Morozov I. Experimental studies of energy technology indicators during ore crushing at a processing plant / Proceedings of IEEE International Conference on Advent Trends in Multidisciplinary Research and Innovation, ICATMRI 2020. Buldhana, India, 2020, pp. 1—4. DOI: 10.1109/ICATMRI51801.2020.9398320.

4. Malafeev S. I., Zakharov A. V., Safronenkov Yu. A. A new series of asynchronous frequencycontrolled motors for mining excavators // Russian Electrical Engineering. 2019, vol. 90, pp. 299—303. DOI: 10.3103/S1068371219040060.

5. Карпенко С. М., Карпенко Н. В., Безгинов Г. Ю. Прогнозирование электропотребления на горнопромышленных предприятиях с использованием статистических методов // Горная промышленность. — 2022. — № 1. — С. 82—88. DOI: 10.30686/1609-9192-2022-1-82-88.

6. Ордин А. А., Метельков А. А. К вопросу об оптимизации длины и производительности комплексно-механизированного очистного забоя угольной шахты // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2013. — № 2. — С. 100—112.

7. Казаченко Г. В., Кислов Н. В., Басалай Г. А. Основы расчета затрат мощности и производительности очистных и проходческих комбайнов // Горные машины и оборудование. — Минск: БНГУ, 2015. — 75 с.

8. Воронин В. А., Непша Ф. С. Имитационное моделирование электропривода очистного комбайна для оценки показателей энергоэффективности системы электроснабжения // Записки Горного института. — 2020. — Т. 246. — С. 633—639. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.5.

9. Плотников В. П. Вывод формулы для расчета производительности очистных комбайнов со штрековым, барабанным или корончатым исполнительным органом // Уголь. — 2009. — № 9. — С. 6—7.

10. Раков Д. Н., Могила В. С., Дробов А. В., Галушко В. Н. Анализ влияния различных факторов на рабочие характеристики асинхронного двигателя // Вестник Белорусского государственного университета транспорта: Наука и транспорт. — 2017. — № 1. — С. 10—13.

11. Беляевский Р. В. Анализ влияния коэффициента загрузки асинхронных двигателей на потребление реактивной мощности // Вестник КузГТУ. — 2010. — № 6. — C. 66—69.

12. Браславский И. Я., Ишматов З. Ш., Поляков В. Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. — М.: Издательский центр Академия, 2004. — 248 с.

13. Галкин В. И., Шешко Е. Е., Дьяченко В. П. Обоснование конструктивных параметров криволинейных участков ленточных конвейеров для горной промышленности // Горный журнал. — 2018. — № 12. — С. 69—73. DOI: 10.17580/gzh.2018.12.14.

14. Бабокин Г. И. Исследование влияния длины отрабатываемого столба на удельный расход электрической энергии очистного механизированного участка // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 5. — С. 155—169. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_5_0_155.

15. Junejo A. K., Xu W., Mu C., Ismail M. M., Liu Y. Adaptive speed control of PMSM drive system based a new sliding-mode reaching law // IEEE Transactions on Power Electronics. 2020, vol. 35, pp. 12110—12121. DOI: 10.1109/TPEL.2020.2986893.

16. Семыкина И. Ю., Тарнецкая А. В. Система управления электроприводом ленточного конвейера на базе безредукторного синхронного мотор-барабана // Горное оборудование и электромеханика. — 2019. — № 1. — С. 47—53. DOI: 10.26730/1816-4528-2019-1-47-53.

17. Lian C., Xiao F., Gao S., Liu J. Load torque and moment of inertia identification for permanent magnet synchronous motor drives based on sliding mode observer // IEEE Transactions on Power Electronics. 2019, vol. 34, pp. 5675—5683. DOI: 10.1109/TPEL.2018.2870078.

18. Ren B., Xie C., Sun X., Zhang Q., Yan D. Parameter identification of a lithiumion battery based on the improved recursive least square algorithm // IET Power Electronics. 2020, vol. 13, pp. 2531— 2537. 10.1049/ietpel.2019.1589.

19. Фираго Б. И., Александровский С. В. Энергетические показатели синхронного частотнорегулируемого электропривода // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергообъединений СНГ. — 2018. — Т. 61. — № 4. — С. 287—298. DOI: 10.21122/1029-7448-2018-614-287-298.

20. Ma S. H. Study on the application of permanent magnet synchronous motors in underground belt conveyors // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017, vol. 283, article 012006. DOI: 10.1088/1757-899X/283/1/012006.

21. Qixun Zhou, Hao Gong, Guanghui Du, Yingxing Zhang, Hucheng He Distributed permanent magnet direct-drive belt conveyor system and its control strategy // Energies. 2022, vol. 15, article 8699. DOI: 10.3390/en15228699.

22. Brodny J., Alszer S., Krystek M., Tutak M. Availability analysis of selected mining machinery // Archives of Control Sciences. 2017, vol. 27(LXIII), no. 2, pp. 197—209. DOI: 10.1515/ACSC-2017-0012.

23. Stecula K., Brodny J., Tutak M. Informatics platform as a tool supporting research regarding the effectiveness of the mining machines work // CBU International Conference on Innovations in Science and Education. 2017, pp. 1215—1219. DOI: 10.12955/cbup.v5.1099.

24. Ning Wang, Zongguo Wen, Mingqi Liu, Jie Guo Constructing an energy efficiency benchmarking system for coal production // Applied Energy. 2016, vol. 169, pp. 301—308. DOI: 10.1016/j. apenergy.2016.02.030.