GrobaDyn

Im Rahmen des AiF-geförderten und vom IBH (dem Institut für Bergwerks- und Hüttenmaschinenkunde, einem der beiden Vorgängerinstitute des IMR, wiederum Vorgängerinstitut des AMT) ausgeführten Forschungsprojektes GrobaDyn wurde erstmalig das Verfahren der Co-Simulation zur ganzheitlichen Abbildung einer Tagebaugroßbandanlage in einem Simulationsmodell erfolgreich angewendet. Ziel dieses Projektes war es, ein elektromechanisches Simulationsmodell zu entwickeln, das vom Antriebsmotor bis hin zum Förderband alle Komponenten einer Großbandanlage in einem Simulationsmodell abbildet und so die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Baugruppen rechnerisch nachvollziehbar macht.

Hintergrund

Großbandanlagen, die Abraum und Kohle im Tagebau transportieren, betreibt man zur Zeit mit drehzahlkonstanten Asynchronschleifringmotoren (n=1000 min^-1). Während des Hochlaufs aus dem Stillstand heraus werden elektrische Widerstände in verschiedenen Stufen geschaltet, wobei Wechsel von einem Widerstandspaket zum nächsten Drehmomentsprünge im Antriebsstrang verursachen. Diese pflanzen sich wellenförmig durch den Fördergurt vom Kopf bis zum Heck der Großbandanlage fort und können dort zu Schlupfzuständen führen. Um diese unerwünschten Effekte zu vermeiden, planen Tagebaubetreiber künftig drehzahlvariable Antriebe einzusetzen, mit denen die Betriebsdrehzahl der Anlagen variabel an den jeweiligen Fördermassenstrom angepasst werden kann. So können auch bei kleinen Fördermassenströmen durch langsamere Fahrweise konstante Beladeprofile auf dem Fördergurt erreicht und gleichzeitig Energie eingespart werden.

Ergebnisse

Zur vollständigen Abbildung einer Antriebsstation inklusive Elektromotor, Antriebstrang und Fördergurt wendete das Team die Methode der Co-Simulation an, um so elektrische- und mechanische Simulationen parallel durchzuführen. Das elektrische Simulationsmodell wurde in der Softwareumgebung Matlab/Simulink®, der mechanische Antriebsstrang in der Simulationssoftware ITI-Sim® abgebildet. Mit Hilfe von Messdaten aus Betriebsmessungen an einer ausgewählten Referenzanlage konnte das IMR das elektrische und mechanische Simulationsmodell verifizieren und die Einflüsse der elektrischen Fehler wie Drei- und Zweiphasenfehler mit Hilfe der Co-Simulation auf die mechanischen Komponenten einer Großbandanlage berechnen. Anhand der Ergebnisse des Forschungsprojektes wird deutlich, dass eine Abbildung des vollständigen elektromechanischen Systems bei Auftreten von elektrischen Fehlern sinnvoll ist. Die Einflüsse dieser Fehler haben zum Teil erhebliche Auswirkungen auf den mechanischen Antriebsstrang in Form von starken Drehmomentschwingungen.

Mission erfüllt

Durch numerische Simulation konnten wir die Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen und Komponenten, wie zusätzliche Kupplungen oder Schwingungstilger, zur Optimierung des Resonanzverhaltens nachweisen. Eine tabellarische Übersicht der kritischen Drehzahlbereiche für sämtliche möglichen Antriebsstrangkombinationen der Großbandanlagen des Projektpartners RWE Power AG bietet die Möglichkeit, zukünftig die Planung der Bandanlagen hinsichtlich der nutzbaren Drehzahlbereiche und der verfügbaren Antriebsstrangbauteile zu optimieren. Die Ziele des durch die AIF geförderten Forschungsprojektes „GrobaDyn - Verifizierte elektromechanische Simulation zum dynamischen Verhalten von Antrieben in Großbandanlagen“ hat das Projektteam auch deshalb erfolgreich erreicht.