1.3..3 Các hệ thống truyền động điển hình
1.4.Các nghiên cứu về máy xúc
1.4.1. Các nghiên cứu về máy xúc trên thế giới
Cho đến nay các loại máy xúc gàu điện đã được nghiên cứu, cải tiến theo các hướng:
Tối ưu hóa các q trình vận hành;
Tự động hóa, giám sát các thơng số vận hành;
Nâng cao chất lượng điều khiển truyền động.
ABB là một trong những tập đoàn lớn với những nghiên cứu và sản phẩm liên quan tới máy xúc. Q trình vận hành máy xúc được tối ưu thơng qua các hoạt động nâng cấp, cải tiến hệ thống cũ đồng thời nghiên cứu sản xuất các thành phần thiết bị mới. Máy xúc gầu điện ЭΚΓ5A được hãng thay thế bộ
khuếch đại từ mới, các chuyển động được điều khiển bởi bộ PLC [18]. Trong đó ABB sử dụng bộ bù cơng suất tự động ACS800 được đưa vào hệ thống nhằm giảm thiểu tổn thất công suất phản kháng được tạo ra trong lưới 415 V. Công suất phản kháng được bù ngay tại chỗ, liên tục và tự động.
Theo [16] bộ chuyển đổi DCS800 của hãng là bộ biến tần nguồn dòng với chỉnh lưu thyristor và nghịch lưu IGBT. Bộ chuyển đổi này có hiệu suất xấp xỉ 98%, tổn thất không tải khơng cịn xảy ra khi bộ chuyển đổi đang ở chế độ chờ. Điều này dẫn đến tiết kiệm năng lượng ~ 15%. Năng suất hoạt động cũng được cải thiện khi các thiết bị đo, thiết bị chuyển mạch được thiết kế dưới dạng modul và tự điều chỉnh momen.
Hệ thống giám sát các thông số quan trọng như mô men và tốc độ cũng đã được nghiên cứu phát triển và hồn thiện. Tất cả các thơng số quan trọng như mô men và tốc độ được điều khiển và kiểm sốt thơng qua một PC, với khả năng kết nối từ xa thơng qua mạng LAN. Hệ thống có khả năng giám sát, sao lưu tập tin linh hoạt, ghi nhận các thông số thông qua mạng cáp quang tốc độ cao. Mạng cáp quang đảm bảo sự an toàn và kháng nhiễu chịu cho các tín hiệu.
Bộ điều khiển số của hãng cho phép hệ thống được kiểm soát với độ tin cậy cao. Toàn bộ các chức năng hoạt động được số hóa, khả năng ghi nhận hồn tồn bằng máy tính. Năm 1999, máy xúc gầu BucyrusErie 295BII đã đưa ứng dụng đầu tiên của truyền động AC sử dụng công nghệ IGBT vào loại máy đào. Với bộ ACS 600 điều khiển đa năng, hệ thống được điều khiển, kiểm sốt và chẩn đốn thơng qua một liên kết radio từ xa..
Truyền động AC với bộ chuyển đổi tần số IGBT và động cơ rôto lồng sóc đáp ứng yêu cầu tiết kiệm năng lượng và nâng cao chất lượng điều khiển. Công suất được sử dụng trong phạm vi rộng từ 2,2 đến 4300 kW với điện áp 380 830 V, kích thước nằm trong phạm vi nhất định. Chu trình điều khiển rất
nhanh (16μs) đồng thời khả năng tạo ra gia tốc cao khi ứng dụng công nghệ DTC của ABB. Các ưu điểm của DTC [15]:
Điều khiển mômen xoắn nhanh để điều chỉnh tốc độ, đặc biệt là trong trường hợp tải tăng nhanh;
Làm giảm sự rung động cơ học;
Kiểm sốt nhanh với nguy cơ q dịng giảm tốc lực tối thiểu của máy; Giảm tiếng ồn hoạt động của động cơ.
Ngồi ra, các phân tích và nghiên cứu các yếu tố khác cũng đã được thực hiện: các tác động ảnh hưởng đến tuổi thọ và năng suất của máy [16] như độ căng cáp [30], không gian làm việc, lực đào tối đa, các thành phần sóng hài trong hệ thống phân phối điện…
Nghiên cứu đánh giá tác động của máy xúc gầu sử dụng điện xoay chiều và điện một chiều thông thường lên hệ thống điện khai thác mỏ [16] đã được thực hiện tại Mỏ Hail Creek của Rio Tinto ở Queensland. Kết quả nghiên cứu cho thấy:
+ Hệ thống truyền động múc máy xúc gầu sử dụng điện xoay chiều hoạt động tốt hơn các giải pháp điều khiển sử dụng điện một chiều thơng thường (Hình 1.8)
Tiêu thụ năng lượng cụ thể trên mỗi tấn thấp hơn 15% so với DC
Hiệu suất máy múc gầu điều khiển điện xoay chiều cao hơn 3%, độ sẵn sàng cơ học cao hơn 1,5%
Nghiên cứu so sánh về năng suất của sử dụng điện xoay chiều và một chiều [20] cho thấy: Chuyển động bàn quay khi có tải như nhau, q trình đổ giống nhau, chuyển động bàn khi khơng tải sử dụng điện xoay chiều nhanh hơn điện một chiều quá trình đào nhanh hơn điện một chiều, tổng thời gian của chu trình đối với máy sử dụng điện xoay chiều là nhanh hơn.
Hình 1.8. Bảng so sánh năng suất của 2 máy
Sơ đồ cấu trúc của hệ 4100 BOSS điện xoay chiều và điện một chiều thể hiện trên Hình 1.9
Hình 1.9. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển truyền động thay thế 4100 BOSS
1.4.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt nam
Theo như Kết quả khảo sát [12] tình hình máy xúc điện tại 6 mỏ khai thác lộ thiên cho thấy số lượng máy xúc điện đang sử dụng chiếm đa số. Tuy nhiên các máy đều có thời gian sử dụng đã lâu nên tình trạng thiết bị khơng cịn tốt. Các máy xúc điều khiển qua các cuộn khuếch đại từ, các bộ điều khiển của các máy tương đối cũ, bị hư hỏng và đã trải qua nhiều lần bảo dưỡng, sửa chữa. Việc điều khiển các cơ cấu của các máy xúc này càng ngày chậm dẫn đến năng suất múc giảm làm ảnh hưởng đến quá trình vận hành và khai thác.
Đề tài "Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điều khiển truyền động điện kiểm mới cho một số thiết bị khai thác lộ thiên” thuộc Viện Khoa học Công nghệ Mỏ Vinacomin [12] đã ứng dụng công nghệ giám sát trong máy xúc. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có cơng trình nghiên cứu chun sâu về hệ thống điều khiển truyền động cho máy xúc gầu điện.