Электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов

Цель. Определение влияния перфораций полого ферромагнитного ротора на динамические характеристики электромеханического преобразователя. Методика. Расчет динамических характеристик электромеханического преобразователя с полым гладким и перфорированным ротором выполнялся с использованием теории обобще...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2016
Автори:	Заблодский, Н., Грицюк, В., Морозов, Д., Руднев, Е.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2016
Назва видання:	Розробка родовищ
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133575
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов / Н. Заблодский, В. Грицюк, Д. Морозов, Е. Руднев // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 4. — С. 61-67. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-133575
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1335752018-06-02T03:04:20Z Электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов Заблодский, Н. Грицюк, В. Морозов, Д. Руднев, Е. Цель. Определение влияния перфораций полого ферромагнитного ротора на динамические характеристики электромеханического преобразователя. Методика. Расчет динамических характеристик электромеханического преобразователя с полым гладким и перфорированным ротором выполнялся с использованием теории обобщенной электрической машины, а также с использованием численного решения дифференциальных уравнений методом конечных элементов в трехмерной постановке. Результаты. Представлено исследование влияния отверстий ротора на форму динамических характеристик, которое проводилось на базе сравнения характеристик электромеханического преобразователя с гладким и перфорированным ротором. Введение перфораций ротора приводит к перемещению динамической механической характеристики вниз параллельно самой себе. Пуск преобразователя с полым ферромагнитным ротором, в сравнении с пуском базового асинхронного двигателя, отличается меньшей амплитудой и количеством пульсаций ударного электромагнитного момента. Предложен подход к расчету динамических характеристик электромеханического преобразователя с полым ферромагнитным ротором, заключающийся в сочетании метода теории обобщенной электрической машины с численным решением методом конечных элементов в трехмерной постановке. Данный подход опробован путем сопоставления расчетных и опытных данных полученных для физической модели преобразователя с полым ферромагнитным ротором. Научная новизна. Получены динамические характеристики электромеханического преобразователя с полым гладким и перфорированным ротором при пуске с вентиляторной нагрузкой. Практическая значимость. Результаты исследования позволяют расширить научно-теоретическую базу асинхронных машин с ферромагнитным ротором и могут быть использованы для оптимизации конструкции и повышения эффективности использования электромеханических преобразователей с полым перфорированным ротором. Мета. Визначення впливу перфорацій порожнистого феромагнітного ротора на динамічні характеристики електромеханічного перетворювача. Методика. Розрахунок динамічних характеристик електромеханічного перетворювача з порожнистим гладким і перфорованим ротором виконувався з використанням теорії узагальненої електричної машини, а також з використанням чисельного рішення диференціальних рівнянь методом кінцевих елементів у тривимірній постановці. Результати. Представлено дослідження впливу отворів ротора на форму динамічних характеристик, що проводилося на базі порівняння характеристик електромеханічного перетворювача з гладким і перфорованим ротором. Введення перфорацій ротора призводить до переміщення динамічної механічної характеристики вниз паралельно самій собі. Пуск перетворювача з порожнистим феромагнітним ротором, у порівнянні з пуском базового асинхронного двигуна, відрізняється меншою амплітудою та кількістю пульсацій ударного електромагнітного моменту. Запропоновано підхід до розрахунку динамічних характеристик електромеханічного перетворювача з порожнистим феромагнітним ротором, що полягає в поєднанні методу теорії узагальненої електричної машини з чисельним рішенням методом кінцевих елементів у тривимірній постановці. Даний підхід випробуваний шляхом порівняння розрахункових і дослідних даних, отриманих для фізичної моделі перетворювача з порожнистим феромагнітним ротором. Наукова новизна. Отримано динамічні характеристики електромеханічного перетворювача з порожнистим гладким і перфорованим ротором при пуску з вентиляторним навантаженням. Практична значимість. Результати дослідження дозволяють розширити науково-теоретичну базу асинхронних машин з феромагнітним ротором і можуть бути використані для оптимізації конструкції й підвищення ефективності використання електромеханічних перетворювачів з порожнистим перфорованим ротором. Purpose. Determination of the effect of perforations in the hollow ferromagnetic rotor on dynamic characteristics of the electro-mechanical transducer. Methods. Calculation of the dynamic characteristics of the electromechanical transducer with a hollow smooth and perforated rotor was performed using the theory of the general electrical machine, as well as the numerical solutions of differential equations by finite elements’ method in three-dimensional statement. Findings. The paper presents the research into the impact of rotor holes on the form of dynamic characteristics, which was carried out on the basis of comparing characteristics of the electromechanical transducer with those of smooth and perforated rotor. Introduction of rotor perforations brings about downward transposition of the mechanical dynamic characteristic parallel to itself. Starting the transducer with hollow ferromagnetic rotor, compared to starting the basic asynchronous motor, has a lower amplitude and smaller number of pulsations of electro-magnetic shock torque. We suggest calculating the dynamic characteristics of the electromechanical transducer with a hollow ferromagnetic rotor by way of combining the generalized theory of electrical machines with numerical solution of finite elements’ method in three-dimensional statement. This approach was tested by juxtaposing the calculated and experimental data obtained for the physical model of the transducer with a hollow ferromagnetic rotor. Originality. Dynamic characteristics of the electromechanical transducer with a hollow smooth and perforated rotor were obtained for starting with ventilation load. Practical implications. The study results allow to expand the scientific theoretical basis of asynchronous machines with a ferromagnetic rotor and can be used to optimize the design and improve the efficiency of implementing electromechanical transducers with a hollow perforated rotor. 2016 Article Электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов / Н. Заблодский, В. Грицюк, Д. Морозов, Е. Руднев // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 4. — С. 61-67. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2415-3435 DOI: doi.org/10.15407/mining10.04.061 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133575 622.23 ru Розробка родовищ УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Цель. Определение влияния перфораций полого ферромагнитного ротора на динамические характеристики электромеханического преобразователя. Методика. Расчет динамических характеристик электромеханического преобразователя с полым гладким и перфорированным ротором выполнялся с использованием теории обобщенной электрической машины, а также с использованием численного решения дифференциальных уравнений методом конечных элементов в трехмерной постановке. Результаты. Представлено исследование влияния отверстий ротора на форму динамических характеристик, которое проводилось на базе сравнения характеристик электромеханического преобразователя с гладким и перфорированным ротором. Введение перфораций ротора приводит к перемещению динамической механической характеристики вниз параллельно самой себе. Пуск преобразователя с полым ферромагнитным ротором, в сравнении с пуском базового асинхронного двигателя, отличается меньшей амплитудой и количеством пульсаций ударного электромагнитного момента. Предложен подход к расчету динамических характеристик электромеханического преобразователя с полым ферромагнитным ротором, заключающийся в сочетании метода теории обобщенной электрической машины с численным решением методом конечных элементов в трехмерной постановке. Данный подход опробован путем сопоставления расчетных и опытных данных полученных для физической модели преобразователя с полым ферромагнитным ротором. Научная новизна. Получены динамические характеристики электромеханического преобразователя с полым гладким и перфорированным ротором при пуске с вентиляторной нагрузкой. Практическая значимость. Результаты исследования позволяют расширить научно-теоретическую базу асинхронных машин с ферромагнитным ротором и могут быть использованы для оптимизации конструкции и повышения эффективности использования электромеханических преобразователей с полым перфорированным ротором.
format	Article
author	Заблодский, Н. Грицюк, В. Морозов, Д. Руднев, Е.
spellingShingle	Заблодский, Н. Грицюк, В. Морозов, Д. Руднев, Е. Электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов Розробка родовищ
author_facet	Заблодский, Н. Грицюк, В. Морозов, Д. Руднев, Е.
author_sort	Заблодский, Н.
title	Электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов
title_short	Электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов
title_full	Электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов
title_fullStr	Электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов
title_full_unstemmed	Электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов
title_sort	электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов
publisher	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate	2016
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133575
citation_txt	Электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов / Н. Заблодский, В. Грицюк, Д. Морозов, Е. Руднев // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 4. — С. 61-67. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Розробка родовищ
work_keys_str_mv	AT zablodskijn élektromehaničeskijpreobrazovatelʹdlâsuškiipererabotkiugolʹnyhkoncentratovišlamov AT gricûkv élektromehaničeskijpreobrazovatelʹdlâsuškiipererabotkiugolʹnyhkoncentratovišlamov AT morozovd élektromehaničeskijpreobrazovatelʹdlâsuškiipererabotkiugolʹnyhkoncentratovišlamov AT rudneve élektromehaničeskijpreobrazovatelʹdlâsuškiipererabotkiugolʹnyhkoncentratovišlamov
first_indexed	2025-07-09T19:15:20Z
last_indexed	2025-07-09T19:15:20Z
_version_	1837197974517579776
fulltext	Founded in 1900 National Mining University Mining of Mineral Deposits ISSN 2415-3443 (Online) \| ISSN 2415-3435 (Print) Journal homepage http://mining.in.ua Volume 10 (2016), Issue 4, pp. 61-67 61 UDC 622.23 https://doi.org/10.15407/mining10.04.061 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ СУШКИ И ПЕРЕРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ И ШЛАМОВ Н. Заблодский1, В. Грицюк2, Д. Морозов2, Е. Руднев3 1Кафедра электрических машин и эксплуатации электрооборудования, Национальный университет биоресурсов и приро- допользования Украины, Киев, Украина 2Кафедра автоматизированных электромеханических систем и электропривода, Донбасский государственный технический университет, Лисичанск, Украина 3Факультет автоматизации и электротехнических систем, Донбасский государственный технический университет, Лисичанск, Украина Ответственный автор: e-mail grits.86@mail.ru, тел. +380999485433, факс: +380645172024 ELECTROMECHANICAL TRANSDUCER FOR DRYING AND PROCESSING OF COAL CONCENTRATES AND SLUDGES M. Zablodskyi1, V. Hrytsiuk2, D. Morozov2, Ye. Rudniev3 1Department of Electrical Machinery and Electrical Equipment Operating, National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine 2Department of Automated Electromechanical Systems and Electric Drive, Donbas State Technical University, Lysychansk, Ukraine 3Faculty of Automation and Electrical Systems, Donbas State Technical University, Lysychansk, Ukraine Corresponding author: e-mail grits.86@mail.ru, tel. +380999485433, fax: +380645172024 ABSTRACT Purpose. Determination of the effect of perforations in the hollow ferromagnetic rotor on dynamic characteristics of the electro-mechanical transducer. Methods. Calculation of the dynamic characteristics of the electromechanical transducer with a hollow smooth and perforated rotor was performed using the theory of the general electrical machine, as well as the numerical solutions of differential equations by finite elements’ method in three-dimensional statement. Findings. The paper presents the research into the impact of rotor holes on the form of dynamic characteristics, which was carried out on the basis of comparing characteristics of the electromechanical transducer with those of smooth and perforated rotor. Introduction of rotor perforations brings about downward transposition of the mechani- cal dynamic characteristic parallel to itself. Starting the transducer with hollow ferromagnetic rotor, compared to starting the basic asynchronous motor, has a lower amplitude and smaller number of pulsations of electro-magnetic shock torque. We suggest calculating the dynamic characteristics of the electromechanical transducer with a hollow ferromagnetic rotor by way of combining the generalized theory of electrical machines with numerical solution of finite elements’ method in three-dimensional statement. This approach was tested by juxtaposing the calculated and experimental data obtained for the physical model of the transducer with a hollow ferromagnetic rotor. Originality. Dynamic characteristics of the electromechanical transducer with a hollow smooth and perforated rotor were obtained for starting with ventilation load. Practical implications. The study results allow to expand the scientific theoretical basis of asynchronous machines with a ferromagnetic rotor and can be used to optimize the design and improve the efficiency of implementing elec- tromechanical transducers with a hollow perforated rotor. Keywords: electromechanical transducer, coal concentrate, drying, dynamic characteristics, perforated rotor, inductance 1. ВВЕДЕНИЕ Из всех перерабатываемых углей на обогатитель- ных фабриках большая часть обогащается мокрыми способами. Поэтому наряду с зольностью, содержа- нием серы, теплотой сгорания, влажность отгружае- мого угля является одним из важнейших показателей качества. Снижение влажности угольных концентра- тов и шламов связано с уменьшением объемов пере- возок балласта в виде избыточной влаги, предотвра- щением смерзания в зимнее время и ведет к повыше- нию эффективности работы тепловых электростан- ций и промышленных котельных. К числу современных тенденций в сфере научных разработок XXI столетия относится использование M. Zablodskyi, V. Hrytsiuk, D. Morozov, Ye. Rudniev. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(4), 61-67 62 электромеханических преобразователей как звеньев технологической цепи по переработке сыпучих и вяз- ких материалов. Перспективный класс полифункцио- нальных электромеханических преобразователей энергии (ПЭМП), предназначенных для непосред- ственного осуществления технологических процессов, отличается усиленной концентрацией функциональ- ных и энергетических свойств и практически полным использованием поступающей из сети электрической энергии (Zablodskiy, Plyugin, & Gritsyuk, 2016). Создание ПЭМП и технологий на их основе ба- зируется на идее совмещения в одном электромеха- ническом устройстве одновременно нагреватель- ных, транспортирующих, смешивающих функций, интеграции тепловой энергии и направление по- следней в зону переработки сырья. В ПЭМП ис- пользуется конструкция полого ферромагнитного ротора (ПФР), который выполняет одновременно функции ротора асинхронного двигателя (АД), нагревателя, исполнительного механизма и защит- ного корпуса. При этом ПФР охлаждается сырьем, которое перерабатывается. Дополнительным охла- ждающим агентом в ПЭМП может выступать воз- дух и легкоплавкие материалы с высокой теплоем- костью и скрытой теплотой плавления. ПЭМП шне- кового типа (Рис. 1) состоит из двух модулей, рабо- тающих в режиме противовключения. Рисунок 1. Конструктивно-технологическая схема шне- кового ПЭМП: 1 – статор двигательного (тормозного) модуля; 2 – полый неподвиж- ный вал; 3 – внешний ротор-шнек; 4 – днище шнека; 5 – корпус; 6 – индукторы подогрева днища; 7 – аксиальные каналы ротора-шнека; 8 – ввод питающего напряжения Два статора, расположенные на общем полом валу, создают встречно направленные электромагнитные моменты, обеспечивая необходимую скорость враще- ния полого цилиндра общего ротора без применения механического редуктора. Ротор, имеющий шнековую навивку, кроме функции перемещения рабочего мате- риала одновременно обеспечивает нагрев последнего. ПЭМП не имеют аналогов в мире, что позволяет со- здавать конкурентоспособные технологии. На Рисунке 2 представлен общий вид экспери- ментального образца шнекового ПЭМП, который изготовлен на Первомайском электромеханическом заводе им. К. Маркса. При условии минимума тепло- отдачи в окружающую среду КПД шнекового ПЭМП достигает значения 0.98. Рисунок 2. Общий вид экспериментального образца шне- кового ПЭМП Среди существующих устройств наиболее близки- ми по своей идеологии создания являются электроме- ханические преобразователи, совмещающие функции транспортировки веществ и генерации тепловой энер- гии. К важным результатам, полученным авторами (Kim & Ivanov, 2009), принадлежит теоретическое обоснование принципов конструирования электроме- ханических перекачивающих устройств. Реализованы такие устройства в виде асинхронных двигателей с вращающимися вторичными элементами, имеющими напорные лопасти, винтовую навивку и т.п. В работе (Shinkarenko, Naniy, Kotlyarova, Dunev, & Egorov, 2014) определены принципы структурной классификации, приведены основы направленного синтеза электромеханических преобразователей дви- жения, совмещенных с рабочим органом – механиче- ским винтом. Первичная часть таких преобразовате- лей представлена в виде последовательности полю- сов, полярность которых чередуется с сосредоточен- ными обмотками, образующими винтовую активную поверхность. Они нашли применение в низкоско- ростном электроприводе силовых передач (шпинде- лей, подъемников, упорных механизмов и др.). Среди зарубежных публикаций последнего вре- мени встречаются работы, посвященные разработкам двухстаторных вращательно-линейных электромеха- нических преобразователей, которые способны вра- щать и перемещать вдоль своей оси (Amiri, 2014). Такие устройства привлекают к себе все больший интерес и обычно встречаются в таких процессах, как бурение, перемешивание, нарезание резьбы, завинчи- вание, приведение в действие роботизированных устройств. В качестве ротора двухстаторного враща- тельно-линейного преобразователя, как правило, выступает ферромагнитный элемент цилиндрической формы. К значительным достижениям зарубежных ученых следует отнести результаты в области изуче- ния физических процессов в таких преобразователях (Kluszczynski & Szczygiel, 2014). Существенными преимуществами технологий на основе ПЭМП является не только высокое значение КПД, но и значительные сокращения производствен- M. Zablodskyi, V. Hrytsiuk, D. Morozov, Ye. Rudniev. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(4), 61-67 63 ной площади, количества единиц оборудования и сроков его окупаемости. В связи с этим важной научно-прикладной проблемой электромеханики является оптимизация конструкции ПЭМП для вы- полнения специфических функций технологического назначения, таких как, сушка и переработка уголь- ных шламов и концентратов, а также экструзионная обработка различных материалов. Конструкция шнекового ПЭМП предполагает воздушную систему охлаждения, в которой охла- ждающий агент поступает в межстаторную зону и зоны лобовых частей через три группы радиальных отверстий в роторе. Работа преобразователя с приме- нением специальных режимов сушки и переработки требует заданной частоты вращения ротора-шнека. Кроме уменьшения интенсивности механического воздействия на материал, снижение частоты враще- ния ротора-шнека по причине радиальных отверстий, может привести к недопустимому увеличению тем- пературы в рабочей зоне. Распределение магнитной индукции в воздушном зазоре ПЭМП с перфорированным ротором в отличие от традиционных электрических машин имеет весьма оригинальный характер. Дискретное расположение отверстий ротора приводит к возникновению нерав- номерностей магнитного поля в воздушном зазоре, как в осевом, так и в тангенциальном направлениях, а также к перераспределению вихревых токов в роторе, что в свою очередь оказывает влияние на выходные характеристики ПЭМП. Необходимо отметить, что в отечественной и за- рубежной технической литературе отсутствуют рабо- ты, в которых бы рассматривались математические модели и методы расчета электромеханических пре- образователей с перфорированным ротором, а также влияние перфораций ферромагнитного ротора на выходные характеристики. 2. ИЗЛОЖЕНИЕ МАТЕРИАЛА И РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК Как известно, анализ динамических режимов АД с ферромагнитным ротором может быть выполнен с использованием теории обобщенной электрической машины, в основе которой лежит замена реальной машины – двухполюсной двухфазной симметричной идеализированной машиной, с взаимно ортогональ- ными обмотками на статоре и на роторе (Рис. 3). Для такой машины справедлива система уравне- ний, состоящая из уравнений Кирхгоффа, уравнения электромагнитного момента и уравнения движения. Индуктивности обмоток рассчитываются с ис- пользованием известных выражений. Важной осо- бенностью системы уравнений является зависимость параметров вторичной цепи от скольжения, точное установление которых на основе теории обобщенной электрической машины не представляется возмож- ным. Для установления этих зависимостей целесооб- разно применение методов полевого анализа. Исследование влияния отверстий ферромагнитно- го ротора на форму динамической механической характеристики проводилось на базе сравнения ха- рактеристик ПЭМП с гладким и перфорированным ротором, полученных в среде “Matlab-Simulink”. Рисунок 3. Обобщенная электрическая машина Основными отличиями, которые обусловлены наличием перфораций ротора и требуют учета при расчете механических характеристик ПЭМП с глад- ким и перфорированным ротором являются значения параметров ферромагнитного ротора и его момент инерции. Оценка конкретного распределения вихре- вых токов, как по толщине, так и вдоль оси ротора необходима для расчета и проектирования. Вместе с тем, именно характер распределения вихревых токов определяет величину активного сопротивления мас- сивного ротора, которое играет первостепенную роль в формировании выходных характеристик и свойств ПЭМП с перфорированным ротором. Активное сопротивление гладкого и перфориро- ванного роторов определялось по результатам чис- ленного эксперимента для различных значений скольжения (Рис. 4). Индуктивное сопротивление рассчитывалось на основании известного соотноше- ния для ферромагнитного ротора 6.0 2 2 = r x (Lushchen- ko & Lesnik, 1984). Расчет значений моментов инер- ции выполнялся на базе трехмерных геометрических моделей гладкого и перфорированного ротора с по- мощью встроенной функции “Subdomain Properties” программы “Comsol Multiphysics”. Рисунок 4. Определение активного сопротивления ротора На Рисунке 5 представлена структура модели для исследования динамических механических характе- ристик ПЭМП с полым ферромагнитным ротором, работающего в составе теплогенерационной системы. M. Zablodskyi, V. Hrytsiuk, D. Morozov, Ye. Rudniev. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(4), 61-67 64 Рисунок 5. Структура модели для исследования динамических механических характеристик Собственно модель объекта исследования сверну- та в подсистему (Subsystem), запитанную от источ- ника (Source). Для измерения и построения зависи- мостей момента и скорости служат блоки Scope и Graph. Блок Lookup Table служит для задания функ- ции момента нагрузки. Для машин с вентиляторной нагрузкой, плавно возрастающий по мере увеличения скорости момент сопротивления, может быть пред- ставлен в виде нелинейной функции: ( ) со н ро M n n MsM +      ⋅= 2 , (1) где: Мр – расчетный момент сопротивления при n = nн. При этом: ( ) рсо MM 1.005.0 ÷= . (2) В случае работы ПЭМП на закрытую задвижку возникает только статическое давление. В этом слу- чае производительность равна нулю. В случае посте- пенно открывающейся задвижки, часть энергии вра- щения переходит в энергию движения среды, а пер- воначальное давление будет снижаться. Поэтому, зависимость напора от производительности (момента от скорости) будет иметь вид падающей кривой. Теоретически, точка пересечения кривой с осью про- изводительности достигается, если транспортируемая среда содержит энергию движения и отсутствует статическое давление. Рабочая точка находится в месте пересечения характеристики ПЭМП и характе- ристики системы (Рис. 6). Безусловно, основным фактором, определяющим различия механических характеристик ПЭМП с гладким и перфорированным ротором, являются значения активного и индуктивного сопротивления ротора. Введение перфораций ротора приводит к перемещению характеристики ПЭМП вниз парал- лельно самой себе. При этом, рабочая точка A1, пе- ремещаясь по характеристике системы, займет поло- жение A2, следовательно, с уменьшением расхода уменьшиться развиваемый напор. Рисунок 6. Характеристики ПЭМП и системы: 1 – ха- рактеристика ПЭМП с полым гладким рото- ром; 2 – характеристика ПЭМП с полым перфорированным ротором; 3 – характери- стика системы На Рисунке 7 представлены динамические меха- нические характеристики ПЭМП с гладким и перфо- рированным ротором, наглядно демонстрирующие процесс пуска при вентиляторной нагрузке. Из ре- зультатов моделирования видно, что характеристика ПЭМП с полым перфорированным ротором находит рабочую точку при меньших значениях момента и скорости, соответственно его работа будет сопро- вождаться большими потерями и нагревом. Начало пуска ПЭМП сопровождается всплеском момента и непродолжительными по времени его пульсациями (Рис. 8), имеющими более выражен- ный характер для ПЭМП с гладким ротором. Ам- плитуда пускового момента ПЭМП с перфориро- ванным ротором на 27% меньше значения амплиту- ды пускового момента ПЭМП с гладким ротором. При этом время выхода на установившийся режим для обоих случаев практически одинаково и состав- ляет порядка ty ≈ 0.4 с. M. Zablodskyi, V. Hrytsiuk, D. Morozov, Ye. Rudniev. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(4), 61-67 65 (а) (б) Рисунок 7. Динамические механические характеристики ПЭМП: (а) с полым гладким ротором; (б) с полым перфори- рованным ротором (а) (б) Рисунок 8. Зависимости М = f(t) при пуске ПЭМП: (а) с полым гладким ротором; (б) с полым перфорированным ротором Зависимости угловой скорости вращения гладкого и перфорированного ротора ПЭМП от времени пред- ставлены на Рисунке 9. В обоих случаях процесс раз- гона быстрый и протекает практически без пульсаций. На Рисунке 10 для сравнения представлены вре- менные зависимости электромагнитного момента (а) и угловой скорости вращения (б) ротора базового АД при пуске с вентиляторной нагрузкой. (а) (б) Рисунок 9. Зависимости ω = f(t) при пуске ПЭМП: (а) с полым гладким ротором; (б) с полым перфорированным ротором M. Zablodskyi, V. Hrytsiuk, D. Morozov, Ye. Rudniev. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(4), 61-67 66 (а) (б) Рисунок 10. Зависимости М = f(t) и ω = f(t) базового АД при пуске с вентиляторной нагрузкой 3. ВЫВОДЫ В сравнении с пуском базового асинхронного двигаеля, пуск ПЭМП с полым ферромагнитным ротором существенно отличается меньшей амплиту- дой и количеством пульсаций ударного электромаг- нитного момента. Таким образом, пуск ПЭМП с по- лым ферромагнитным ротором можно рассматривать как более мягкий, а значит более благоприятный с точки зрения снижения гидравлических ударов и механических нагрузок на рабочий орган. Предложен подход к расчету динамических харак- теристик электромеханического преобразователя с полым ферромагнитным ротором, заключающийся в сочетании метода теории обобщенной электрической машины с численным решением методом конечных элементов в трехмерной постановке. Данный подход опробован путем сопоставления расчетных и опытных данных полученных для физической модели преобра- зователя с полым ферромагнитным ротором. БЛАГОДАРНОСТЬ Проведение данного исследования было бы не- возможным без поддержки, осуществленной в рам- ках госбюджетной научно-исследовательской тема- тики № 208 “Разработка подсистемы прогноза и управления динамикой метановости горных вырабо- ток”, выполняемой в Донбасском государственном техническом университете. Авторы выражают при- знательность профессору Н.И. Антощенко за под- держку в проведении исследований. REFERENCES Amiri, E. (2014). Circuit Modeling of Double-Armature Rota- ry-Linear Induction Motor. In IECON 2014-40th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (pp. 431-436). New Jersey: IEEE. https://doi.org/10.1109/IECON.2014.7048536 Kim, K., & Ivanov, S. (2009). On the Problem of Determining Speed-Torque Characteristics of Thermal Electromechanical Converters. Russian Electrical Engineering, 80(8), 459-465. https://doi.org/10.3103/s1068371209080094 Kluszczynski, K., & Szczygiel, M. (2014). How to Convert a Factory-Manufactured Induction Motor into Rotary-Linear Motor? Part 1 Constructional Issues. In 15th International Workshop on Research and Education in Mechatronics (REM) (pp. 1-6). New Jersey: IEEE. https://doi.org/10.1109/rem.2014.6920239 Lushchenko, A.I., & Lesnik, V.A. (1984). Asinhronnye mash- iny s massivnym ferromagnitnym rotorom. Kyiv: Naukova dumka. Shinkarenko, V., Naniy, V., Kotlyarova, V., Dunev, A., & Ego- rov, A. (2014). Osobennosti identifikacii geneticheskoj in- formacii v elektromehanicheskih preobrazovateljah dvizhe- nija tipa “vint – gajka”. Vіsnyk Natsіonalnoho tekhnіchnoho unіversytetu, (38), 156-160. Zablodskiy, N., Plyugin, V., & Gritsyuk, V. (2016). Polyfunc- tional Electromechanical Energy Transformers for Tech- nological Purposes. Russian Electrical Engineering, 87(3), 140-144. https://doi.org/10.3103/s1068371216030123 ABSTRACT (IN RUSSIAN) Цель. Определение влияния перфораций полого ферромагнитного ротора на динамические характеристики электромеханического преобразователя. Методика. Расчет динамических характеристик электромеханического преобразователя с полым гладким и перфорированным ротором выполнялся с использованием теории обобщенной электрической машины, а также с использованием численного решения дифференциальных уравнений методом конечных элементов в трехмер- ной постановке. Результаты. Представлено исследование влияния отверстий ротора на форму динамических характеристик, которое проводилось на базе сравнения характеристик электромеханического преобразователя с гладким и перфорированным ротором. Введение перфораций ротора приводит к перемещению динамической механиче- ской характеристики вниз параллельно самой себе. Пуск преобразователя с полым ферромагнитным ротором, в сравнении с пуском базового асинхронного двигателя, отличается меньшей амплитудой и количеством пульса- ций ударного электромагнитного момента. Предложен подход к расчету динамических характеристик электро- M. Zablodskyi, V. Hrytsiuk, D. Morozov, Ye. Rudniev. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(4), 61-67 67 механического преобразователя с полым ферромагнитным ротором, заключающийся в сочетании метода тео- рии обобщенной электрической машины с численным решением методом конечных элементов в трехмерной постановке. Данный подход опробован путем сопоставления расчетных и опытных данных полученных для физической модели преобразователя с полым ферромагнитным ротором. Научная новизна. Получены динамические характеристики электромеханического преобразователя с по- лым гладким и перфорированным ротором при пуске с вентиляторной нагрузкой. Практическая значимость. Результаты исследования позволяют расширить научно-теоретическую базу асин- хронных машин с ферромагнитным ротором и могут быть использованы для оптимизации конструкции и повыше- ния эффективности использования электромеханических преобразователей с полым перфорированным ротором. Ключевые слова: электромеханический преобразователь, угольный концентрат, сушка, динамические характеристики, перфорированный ротор, индуктивность ABSTRACT (IN UKRAINIAN) Мета. Визначення впливу перфорацій порожнистого феромагнітного ротора на динамічні характеристики електромеханічного перетворювача. Методика. Розрахунок динамічних характеристик електромеханічного перетворювача з порожнистим гладким і перфорованим ротором виконувався з використанням теорії узагальненої електричної машини, а також з викори- станням чисельного рішення диференціальних рівнянь методом кінцевих елементів у тривимірній постановці. Результати. Представлено дослідження впливу отворів ротора на форму динамічних характеристик, що проводилося на базі порівняння характеристик електромеханічного перетворювача з гладким і перфорованим ротором. Введення перфорацій ротора призводить до переміщення динамічної механічної характеристики вниз паралельно самій собі. Пуск перетворювача з порожнистим феромагнітним ротором, у порівнянні з пуском базового асинхронного двигуна, відрізняється меншою амплітудою та кількістю пульсацій ударного електрома- гнітного моменту. Запропоновано підхід до розрахунку динамічних характеристик електромеханічного перет- ворювача з порожнистим феромагнітним ротором, що полягає в поєднанні методу теорії узагальненої електри- чної машини з чисельним рішенням методом кінцевих елементів у тривимірній постановці. Даний підхід ви- пробуваний шляхом порівняння розрахункових і дослідних даних, отриманих для фізичної моделі перетворю- вача з порожнистим феромагнітним ротором. Наукова новизна. Отримано динамічні характеристики електромеханічного перетворювача з порожнистим гладким і перфорованим ротором при пуску з вентиляторним навантаженням. Практична значимість. Результати дослідження дозволяють розширити науково-теоретичну базу асинх- ронних машин з феромагнітним ротором і можуть бути використані для оптимізації конструкції й підвищення ефективності використання електромеханічних перетворювачів з порожнистим перфорованим ротором. Ключові слова: електромеханічний перетворювач, вугільний концентрат, сушка, динамічні характеристики, перфорований ротор, індуктивність ARTICLE INFO Received: 03 November 2016 Accepted: 30 November 2016 Available online: 30 December 2016 ABOUT AUTHORS Mykola Zablodskyi, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Electrical Machinery and Electrical Equipment Operating, National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 15 Heroiv Oborony St, 8/1, 03041, Kyiv, Ukraine. E-mail: zablodskiynn@gmail.com Volodymyr Hrytsiuk, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Automated Electro- mechanical Systems and Electric Drive, Donbas State Technical University, 84 Peremohy Ave., 93100, Lysychansk, Ukraine. E-mail: grits.86@mail.ru Dmytro Morozov, Candidate of Technical Sciences, Head of the Department of Automated Electromechanical Systems and Electric Drive, Donbas State Technical University, 84 Peremohy Ave., 93100, Lysychansk, Ukraine. E-mail: dimorozov2@yandex.ua Yevhen Rudniev, Candidate of Technical Sciences, Dean of the Faculty of Automation and Electrical Systems, Donbas State Technical University, 84 Peremohy Ave., 93100, Lysychansk, Ukraine. E-mail: rudnev_evgen@mail.ru

Электромеханический преобразователь для сушки и переработки угольных концентратов и шламов

Репозитарії

Схожі ресурси