Control Algorithms and Technical Solutions in the Traction Electrical Drive of Mining Dump Trucks
Keywords:
mining dump truck, traction electric drive, control cabinet design, control systems, sensorless control, vector control, frequency control, simulation, tests
Abstract
In developing electrotechnical plasma equipment, one of the most important issues is the coupling of DC or AC electrical drive is the basic type of drive in mining dump trucks with a load capacity of 90 t or more. Reliable and economically efficient operation of traction electrical drives is one of key conditions for successful operation of mining dump trucks. The developers of converters rarely reveal details of their design, and the electric motors are controlled using the information from speed sensors. The article considers in detail new design solutions and control without using sensors on the shaft of traction electric motors of BELAZ dump trucks. Owing to a rational design of the cabinet of converters and control systems for a dump truck of a load-carrying capacity of 136 t, it became possible to minimize parasitic parameters and achieve a noticeable decrease in the net cost and improvement of reliability, serviceability and manufacturability. Trial runs of the BELAZ dump truck with a load-carrying capacity of 90 t with sensorless control have confirmed high quality of operation in all modes, including the truck maneuvering at low speeds, holding on a hill, and driving on an ice-covered road. The introduction of the obtained results in the traction electrical equipment sets of dump trucks with load-carrying capacity of 90 240 t will make it possible to decrease their net cost and increase their reliability without degrading the control quality.
References
1. Казубенко А.Ф. Самосвалы БелАЗ с электромеханической передачей. – Уголь, 2019, № 5(1118), с. 50–51.
2. Егоров А.Н., Бигель А.Н. Карьерные самосвалы с электромеханической трансмиссией переменно-переменного тока. – Горный журнал, 2013, № 1, с. 50–51.
3. Казубенко А.Ф. Применение электромеханической трансмиссии на карьерных самосвалах БЕЛАЗ. – Горная промышленность, 2018, № 6(142), с. 21–23.
4. Андреева Л.И., Ушаков Ю.Ю. Исследование эксплуатационной надежности карьерных автосамосвалов. – Известия Уральского государственного горного университета, 2016, № 3(43), с. 74–77.
5. Виноградов А.Б. и др. Модернизация электротрансмиссии карьерных самосвалов по результатам длительной эксплуатации. – Горный журнал, 2022, № 4, с. 106–112.
6. Анучин А.С. и др. Измерение производной тока с использованием дельта-сигма-модулятора для бездатчикового управления тяговым электроприводом. – Известия высших учебных заведений. Приборостроение, 2020, т. 63, № 8, с. 711–719.
7. Александров А.Л., Колодкин М.С. Координатный наблюдатель для системы управления асинхронным тяговым электроприводом. – Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения, 2016, № 2(72), с. 13–22.
8. Мезенцев Н.В., Гейко Г.В. Идентификация параметров асинхронного привода с использованием генетического алгоритма. – Электротехнические системы и комплексы, 2014, № 4(25), с. 14–17.
9. Опейко О.Ф., Пташник А.И., Хильмон В.И. Тяговый электропривод с бездатчиковой системой векторного управления. – Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ, 2010, № 6, с. 37–43.
10. Аносов В.Н., Кавешников В.М., Саидов С.А. Синтез нейрорегулятора мощности в системе бездатчикового тягового электропривода. – Омский научный вестник, 2021, № 2(176), с. 31–35.
11. Кулинич Ю.М. и др. Моделирование векторного управления асинхронным приводом вспомогательных машин электроподвижного состава. – Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, 2022, т. 81, № 1, с. 23–30.
12. Патент RU 2692288 C1. Тяговый электропривод автономного транспортного средства / А.Е. Козярук и др., 2019.
13. Пат. RU 2653945 C1. Энергоэффективный тяговый электропривод автономного транспортного средства / А.Е. Козярук, А.М. Камышьян, 2018.
14. Пат. RU 151733 U1. Шестифазная вентильная электромеханическая система переменного тока с расщепленной трехфазной обмоткой / В.М. Терешкин и др., 2015.
15. Пат. RU 2670563 C1. Устройство управления для электромоторного транспортного средства и способ управления для электромоторного транспортного средства / А. Савада и др., 2018.
16. Пат. RU 2666072 C2. Устройство управления для электромоторного транспортного средства и способ управления для электромоторного транспортного средства / А. Савада и др., 2018.
17. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2015611555 РФ. Система управления тяговым электроприводом автосамосвала грузоподъемностью 90 тонн / Н.А. Серов и др., 2015.
18. Виноградов А.Б. и др. Результаты разработки и испытаний комплекта тягового электрооборудования карьерного самосвала грузоподъемностью 240 т. – Электротехника, 2015, № 3, с. 39–45.
19. Виноградов А.Б., Глебов Н.А. Системы управления моментом в асинхронном электроприводе без датчика скорости. – Труды X Международной конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2018, 2018, с. 85–90.
20. Виноградов А.Б. Моделирование динамических процессов частотно-управляемого асинхронного двигателя с учетом потерь в стали, насыщения и поверхностного эффекта. – Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 2005, № 3, с. 38–43.
#
1. Kazubenko A.F. Ugol' – in Russ. (Coal), 2019, No. 5(1118), pp. 50–51.
2. Egorov A.N., Bigel' A.N. Gornyy zhurnal – in Russ. (Mining Journal), 2013, No. 1, pp. 50–51.
3. Kazubenko A.F. Gornaya promyshlennost' – in Russ. (Mining Industry), 2018, No. 6(142), pp. 21–23.
4. Andreeva L.I., Ushakov Yu.Yu. Izvestiya Ural'skogo gosu-darstvennogo gornogo universiteta – in Russ. (Proceedings of Ural State Mining University), 2016, No. 3(43), pp. 74–77.
5. Vinogradov A.B. et al. Gornyy zhurnal – in Russ. (Mining Journal), 2022, No. 4, pp. 106–112.
6. Anuchin А.S. et al. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Priborostroenie – in Russ. (Proceedings of the Institutes of Higher Education. Instrument Engineering), 2020, vol. 63, No. 8, pp. 711–719.
7. Aleksandrov A.L., Kolodkin M.S. Vestnik Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo i proektno-konstruktorskogo instituta elektrovozostroeniya – in Russ. (Bulletin of the All-Russian Research and Development Institute of Electric Locomotives), 2016, No. 2(72), pp. 13–22.
8. Mezentsev N.V., Geyko G.V. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy – in Russ. (Electrotechnical Systems and Complexes), 2014, No. 4(25), pp. 14–17.
9. Opeyko O.F., Ptashnik A.I., Khil'mon V.I. Energetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy i energeticheskikh ob"edineniy SNG – in Russ. (Energetics. Proceedings of the Institutes of Higher Education and Energy Associations of the CIS), 2010, No. 6, pp. 37–43.
10. Anosov V.N., Kaveshnikov V.M., Saidov S.A. Omskiy nauchnyy vestnik – in Russ. (Omsk Scientific Bulletin), 2021, No. 2(176), pp. 31–35.
11. Kulinich Yu.М. et al. Vestnik Nauchno-issledovatel'skogo instituta zheleznodorozhnogo transporta – in Russ. (Bulletin of the Research Institute of Railway Transport), 2022, vol. 81, No. 1, pp. 23–30.
12. Pаt. RU 2692288 C1. Tyagovyy elektroprivod avtonomnogo transportnogo sredstva (Traction Electric Drive of an Autonomous Vehicle) / А.Е. Kozyaruk et al., 2019.
13. Pаt. RU 2653945 C1. Energoeffektivnyy tyagovyy elektroprivod avtonomnogo transportnogo sredstva (Energy-Efficient Traction Electric Drive of an Autonomous Vehicle) / А.Е. Kozyaruk, А.М. Ka-mysh'yan, 2018.
14. Pаt. RU 151733 U1. Shestifaznaya ventil'naya elektromekhani-cheskaya sistema peremennogo toka s rasshcheplennoy trekhfaznoy obmotkoy (Six-Phase Valve Electromechanical Alternating Current System with Split Three-Phase Winding) / V.M. Tereshkin et al., 2015.
15. Pаt. RU 2670563 C1. Ustroystvo upravleniya dlya elektro-motornogo transportnogo sredstva i sposob upravleniya dlya elektro-motornogo transportnogo sredstva (Control Device for an Electric Motor Vehicle and Control Method for an Electric Motor Vehicle) / А. Savada et al., 2018.
16. Pаt. RU 2666072 C2. Ustroystvo upravleniya dlya elektromotornogo transportnogo sredstva i sposob upravleniya dlya elektromotornogo transportnogo sredstva (Control Device for an Electric Motor Vehicle and Control Method for an Electric Motor Vehicle) / А. Savada et al., 2018.
17. Certificate of state registration of a computer program No. 2015611555 RF. Sistema upravleniya tyagovym elektroprivodom avtosamosvala gruzopod"emnost'yu 90 tonn (Electric traction drive control system of a dump truck with a lifting capacity of 90 tons) / N.А. Serov et al., 2015.
18. Vinogradov A.B. et al. Electrotehnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2015, No. 3, pp. 39–45.
19. VINOGRADOV A.B., GLEBOV N.А. Trudy X Mezhdunarodnoy konferentsii po avtomatizirovannomu elektroprivodu AEP 2018 – in Russ. (Proceedings of X International Conference on Electrical Power Drive Systems (ICEPDS), 2018, pp. 85–90.
20. Vinogradov A.B. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Elektromekhanika – in Russ. (Proceedings of the Institutes of Higher Education. Electromechanics), 2005, No. 3, pp. 38–43
2. Егоров А.Н., Бигель А.Н. Карьерные самосвалы с электромеханической трансмиссией переменно-переменного тока. – Горный журнал, 2013, № 1, с. 50–51.
3. Казубенко А.Ф. Применение электромеханической трансмиссии на карьерных самосвалах БЕЛАЗ. – Горная промышленность, 2018, № 6(142), с. 21–23.
4. Андреева Л.И., Ушаков Ю.Ю. Исследование эксплуатационной надежности карьерных автосамосвалов. – Известия Уральского государственного горного университета, 2016, № 3(43), с. 74–77.
5. Виноградов А.Б. и др. Модернизация электротрансмиссии карьерных самосвалов по результатам длительной эксплуатации. – Горный журнал, 2022, № 4, с. 106–112.
6. Анучин А.С. и др. Измерение производной тока с использованием дельта-сигма-модулятора для бездатчикового управления тяговым электроприводом. – Известия высших учебных заведений. Приборостроение, 2020, т. 63, № 8, с. 711–719.
7. Александров А.Л., Колодкин М.С. Координатный наблюдатель для системы управления асинхронным тяговым электроприводом. – Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения, 2016, № 2(72), с. 13–22.
8. Мезенцев Н.В., Гейко Г.В. Идентификация параметров асинхронного привода с использованием генетического алгоритма. – Электротехнические системы и комплексы, 2014, № 4(25), с. 14–17.
9. Опейко О.Ф., Пташник А.И., Хильмон В.И. Тяговый электропривод с бездатчиковой системой векторного управления. – Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ, 2010, № 6, с. 37–43.
10. Аносов В.Н., Кавешников В.М., Саидов С.А. Синтез нейрорегулятора мощности в системе бездатчикового тягового электропривода. – Омский научный вестник, 2021, № 2(176), с. 31–35.
11. Кулинич Ю.М. и др. Моделирование векторного управления асинхронным приводом вспомогательных машин электроподвижного состава. – Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, 2022, т. 81, № 1, с. 23–30.
12. Патент RU 2692288 C1. Тяговый электропривод автономного транспортного средства / А.Е. Козярук и др., 2019.
13. Пат. RU 2653945 C1. Энергоэффективный тяговый электропривод автономного транспортного средства / А.Е. Козярук, А.М. Камышьян, 2018.
14. Пат. RU 151733 U1. Шестифазная вентильная электромеханическая система переменного тока с расщепленной трехфазной обмоткой / В.М. Терешкин и др., 2015.
15. Пат. RU 2670563 C1. Устройство управления для электромоторного транспортного средства и способ управления для электромоторного транспортного средства / А. Савада и др., 2018.
16. Пат. RU 2666072 C2. Устройство управления для электромоторного транспортного средства и способ управления для электромоторного транспортного средства / А. Савада и др., 2018.
17. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2015611555 РФ. Система управления тяговым электроприводом автосамосвала грузоподъемностью 90 тонн / Н.А. Серов и др., 2015.
18. Виноградов А.Б. и др. Результаты разработки и испытаний комплекта тягового электрооборудования карьерного самосвала грузоподъемностью 240 т. – Электротехника, 2015, № 3, с. 39–45.
19. Виноградов А.Б., Глебов Н.А. Системы управления моментом в асинхронном электроприводе без датчика скорости. – Труды X Международной конференции по автоматизированному электроприводу АЭП 2018, 2018, с. 85–90.
20. Виноградов А.Б. Моделирование динамических процессов частотно-управляемого асинхронного двигателя с учетом потерь в стали, насыщения и поверхностного эффекта. – Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 2005, № 3, с. 38–43.
#
1. Kazubenko A.F. Ugol' – in Russ. (Coal), 2019, No. 5(1118), pp. 50–51.
2. Egorov A.N., Bigel' A.N. Gornyy zhurnal – in Russ. (Mining Journal), 2013, No. 1, pp. 50–51.
3. Kazubenko A.F. Gornaya promyshlennost' – in Russ. (Mining Industry), 2018, No. 6(142), pp. 21–23.
4. Andreeva L.I., Ushakov Yu.Yu. Izvestiya Ural'skogo gosu-darstvennogo gornogo universiteta – in Russ. (Proceedings of Ural State Mining University), 2016, No. 3(43), pp. 74–77.
5. Vinogradov A.B. et al. Gornyy zhurnal – in Russ. (Mining Journal), 2022, No. 4, pp. 106–112.
6. Anuchin А.S. et al. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Priborostroenie – in Russ. (Proceedings of the Institutes of Higher Education. Instrument Engineering), 2020, vol. 63, No. 8, pp. 711–719.
7. Aleksandrov A.L., Kolodkin M.S. Vestnik Vserossiyskogo nauchno-issledovatel'skogo i proektno-konstruktorskogo instituta elektrovozostroeniya – in Russ. (Bulletin of the All-Russian Research and Development Institute of Electric Locomotives), 2016, No. 2(72), pp. 13–22.
8. Mezentsev N.V., Geyko G.V. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy – in Russ. (Electrotechnical Systems and Complexes), 2014, No. 4(25), pp. 14–17.
9. Opeyko O.F., Ptashnik A.I., Khil'mon V.I. Energetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy i energeticheskikh ob"edineniy SNG – in Russ. (Energetics. Proceedings of the Institutes of Higher Education and Energy Associations of the CIS), 2010, No. 6, pp. 37–43.
10. Anosov V.N., Kaveshnikov V.M., Saidov S.A. Omskiy nauchnyy vestnik – in Russ. (Omsk Scientific Bulletin), 2021, No. 2(176), pp. 31–35.
11. Kulinich Yu.М. et al. Vestnik Nauchno-issledovatel'skogo instituta zheleznodorozhnogo transporta – in Russ. (Bulletin of the Research Institute of Railway Transport), 2022, vol. 81, No. 1, pp. 23–30.
12. Pаt. RU 2692288 C1. Tyagovyy elektroprivod avtonomnogo transportnogo sredstva (Traction Electric Drive of an Autonomous Vehicle) / А.Е. Kozyaruk et al., 2019.
13. Pаt. RU 2653945 C1. Energoeffektivnyy tyagovyy elektroprivod avtonomnogo transportnogo sredstva (Energy-Efficient Traction Electric Drive of an Autonomous Vehicle) / А.Е. Kozyaruk, А.М. Ka-mysh'yan, 2018.
14. Pаt. RU 151733 U1. Shestifaznaya ventil'naya elektromekhani-cheskaya sistema peremennogo toka s rasshcheplennoy trekhfaznoy obmotkoy (Six-Phase Valve Electromechanical Alternating Current System with Split Three-Phase Winding) / V.M. Tereshkin et al., 2015.
15. Pаt. RU 2670563 C1. Ustroystvo upravleniya dlya elektro-motornogo transportnogo sredstva i sposob upravleniya dlya elektro-motornogo transportnogo sredstva (Control Device for an Electric Motor Vehicle and Control Method for an Electric Motor Vehicle) / А. Savada et al., 2018.
16. Pаt. RU 2666072 C2. Ustroystvo upravleniya dlya elektromotornogo transportnogo sredstva i sposob upravleniya dlya elektromotornogo transportnogo sredstva (Control Device for an Electric Motor Vehicle and Control Method for an Electric Motor Vehicle) / А. Savada et al., 2018.
17. Certificate of state registration of a computer program No. 2015611555 RF. Sistema upravleniya tyagovym elektroprivodom avtosamosvala gruzopod"emnost'yu 90 tonn (Electric traction drive control system of a dump truck with a lifting capacity of 90 tons) / N.А. Serov et al., 2015.
18. Vinogradov A.B. et al. Electrotehnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2015, No. 3, pp. 39–45.
19. VINOGRADOV A.B., GLEBOV N.А. Trudy X Mezhdunarodnoy konferentsii po avtomatizirovannomu elektroprivodu AEP 2018 – in Russ. (Proceedings of X International Conference on Electrical Power Drive Systems (ICEPDS), 2018, pp. 85–90.
20. Vinogradov A.B. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Elektromekhanika – in Russ. (Proceedings of the Institutes of Higher Education. Electromechanics), 2005, No. 3, pp. 38–43
Published
2023-01-12
Issue
Section
Article
