<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" dtd-version="1.4" article-type="research-article">
  <front>
    <journal-meta>
      <journal-id journal-id-type="issn">2411-3336</journal-id>
      <journal-id journal-id-type="eissn">2541-9404</journal-id>
      <journal-title-group>
        <journal-title xml:lang="ru">Записки Горного института</journal-title>
        <journal-title xml:lang="en">Journal of Mining Institute</journal-title>
      </journal-title-group>
      <publisher>
        <publisher-name xml:lang="ru">Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ</publisher-name>
        <publisher-name xml:lang="en">Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University</publisher-name>
      </publisher>
    </journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.31897/PMI.2020.6.5</article-id>
      <article-id custom-type="pmi" pub-id-type="custom">pmi-13649</article-id>
      <article-id pub-id-type="uri">https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13649</article-id>
      <article-categories>
        <subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru">
          <subject>Электромеханика и машиностроение</subject>
        </subj-group>
        <subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en">
          <subject>Electromechanics and mechanical engineering</subject>
        </subj-group>
      </article-categories>
      <title-group>
        <article-title xml:lang="en">Simulation of the electric drive of the shearer to assess the energy efficiency indicators of the power supply system</article-title>
        <trans-title-group xml:lang="ru">
          <trans-title>Имитационное моделирование электропривода очистного комбайна  для оценки показателей энергоэффективности системы электроснабжения</trans-title>
        </trans-title-group>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author">
          <name name-style="eastern">
            <surname>Voronin</surname>
            <given-names>Vyacheslav A.</given-names>
          </name>
          <name-alternatives>
            <name name-style="eastern" xml:lang="ru">
              <surname>Воронин</surname>
              <given-names>В. А.</given-names>
            </name>
            <name name-style="western" xml:lang="en">
              <surname>Voronin</surname>
              <given-names>Vyacheslav A.</given-names>
            </name>
          </name-alternatives>
          <email>voroninva@kuzstu.ru</email>
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0002-7242-9100</contrib-id>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1"/>
        </contrib>
        <aff-alternatives id="aff1">
          <aff>
            <institution xml:lang="ru">Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева (Кемерово, Россия)</institution>
          </aff>
          <aff>
            <institution xml:lang="en">T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University (Kemerovo, Russia)</institution>
          </aff>
        </aff-alternatives>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes">
          <name name-style="eastern">
            <surname>Nepsha</surname>
            <given-names>Fedor S.</given-names>
          </name>
          <name-alternatives>
            <name name-style="eastern" xml:lang="ru">
              <surname>Непша</surname>
              <given-names>Ф. С.</given-names>
            </name>
            <name name-style="western" xml:lang="en">
              <surname>Nepsha</surname>
              <given-names>Fedor S.</given-names>
            </name>
          </name-alternatives>
          <email>nepshafs@kuzstu.ru</email>
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0002-7468-2548</contrib-id>
          <xref ref-type="aff" rid="aff2"/>
        </contrib>
        <aff-alternatives id="aff2">
          <aff>
            <institution xml:lang="ru">ФГБОУ ВО "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф, Горбачева" (Кемерово, Россия)</institution>
          </aff>
          <aff>
            <institution xml:lang="en">T.F.Gorbachev Kuzbass State Technical University (Kemerovo, Russia)</institution>
          </aff>
        </aff-alternatives>
      </contrib-group>
      <pub-date pub-type="epub" iso-8601-date="2020-12-29">
        <day>29</day>
        <month>12</month>
        <year>2020</year>
      </pub-date>
      <pub-date date-type="collection">
        <year>2020</year>
      </pub-date>
      <volume>246</volume>
      <fpage>633</fpage>
      <lpage>639</lpage>
      <history>
        <date date-type="received" iso-8601-date="2020-07-22">
          <day>22</day>
          <month>07</month>
          <year>2020</year>
        </date>
        <date date-type="accepted" iso-8601-date="2020-11-12">
          <day>12</day>
          <month>11</month>
          <year>2020</year>
        </date>
        <date date-type="rev-recd" iso-8601-date="2020-12-29">
          <day>29</day>
          <month>12</month>
          <year>2020</year>
        </date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement xml:lang="ru">© 2020 В. А. Воронин, Ф. С. Непша</copyright-statement>
        <copyright-statement xml:lang="en">© 2020 Vyacheslav A. Voronin, Fedor S. Nepsha</copyright-statement>
        <copyright-year>2020</copyright-year>
        <copyright-holder xml:lang="ru">В. А. Воронин, Ф. С. Непша</copyright-holder>
        <copyright-holder xml:lang="en">Vyacheslav A. Voronin, Fedor S. Nepsha</copyright-holder>
        <license license-type="open-access" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0" xml:lang="ru">
          <license-p>Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)</license-p>
        </license>
        <license license-type="open-access" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0" xml:lang="en">
          <license-p>This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)</license-p>
        </license>
      </permissions>
      <self-uri xlink:type="simple" xlink:href="https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13649">https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13649</self-uri>
      <abstract xml:lang="ru">
        <p>Рассмотрена задача имитационного моделирования электропривода очистных комбайнов для оценки показателей энергоэффективности системы электроснабжения (СЭС) в условиях внедрения современных устройств управления потоками электроэнергии и мощности. Представлена структурная схема имитационной модели электропривода очистного комбайна. Для учета колебаний уровня потребления активной и реактивной мощности в работе использована модель исполнительного органа комбайна, включающая модель момента сопротивления на шнеке при резании. В результате в среде MATLAB Simulink разработана имитационная модель электропривода очистного комбайна УКД300, пригодная для оценки энергетической эффективности электротехнического комплекса выемочных участков, а также для оценки целесообразности применения современных устройств управления потоками электроэнергии и мощности. В результате моделирования установлено, что существенная неравномерность графика потребления реактивной мощности, вызванная повторно-кратковременным режимом работы, делает малоэффективным использование конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности. Выявлено, что влияние привода подачи на синусоидальность кривой тока незначительно, однако в условиях дальнейшего применения частотного регулирования для привода резания очистного комбайна возникает целесообразность применения устройств FACTS взрывозащищенного исполнения.</p>
      </abstract>
      <abstract xml:lang="en">
        <p>This paper considers the problem of electric drive of shearers simulation to assess the indicators of power supply system (PSS) energy efficiency in the context of the introduction of modern devices for controlling the flow of electricity and power. The block diagram of the shearer electric drive simulation model is presented. To take into account fluctuations in the level of consumption of active and reactive power, a model of the executive body of the shearer was used in the work, including a model of the moment of resistance on the auger when cutting. As a result, in the MATLAB Simulink environment, a simulation model of the electric drive of the UKD300 shearer was developed, suitable for assessing the energy efficiency of the electrical complex of mining areas and the feasibility of using modern devices for controlling the flow of electricity and power. As a result of the simulation, it was found that a significant irregularity in the graph of reactive power consumption, caused by repeated short-term operation, makes the use of capacitor units ineffective to compensate for reactive power.</p>
      </abstract>
      <kwd-group xml:lang="ru">
        <title>Ключевые слова</title>
        <kwd>очистной комбайн</kwd>
        <kwd>электропривод</kwd>
        <kwd>имитационное моделирование</kwd>
        <kwd>Simulink</kwd>
        <kwd>энергоэффективность</kwd>
        <kwd>FACTS</kwd>
      </kwd-group>
      <kwd-group xml:lang="en">
        <title>Keywords</title>
        <kwd>shearer</kwd>
        <kwd>electric drive</kwd>
        <kwd>simulation modeling</kwd>
        <kwd>Simulink</kwd>
        <kwd>energy efficiency</kwd>
        <kwd>FACTS</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body/>
  <back>
    <ref-list>
      <ref id="ref1">
        <label>1</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Воронин В.А. Перспективы использования D-STATCOM в угольных шахтах / В.А.Воронин, Ф.С.Непша // Перспективы инновационного развития угольных регионов России: Сборник трудов VII Международной научно-практической конференции; Филиал КузГТУ. Прокопьевск, 2020. C. 67-72.</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Voronin V.A., Nepsha F.S. Prospects for using D-STATCOM in coal mines. Perspektivy innovatsionnogo razvitiya ugolnykh regionov Rossii: Sbornik trudov VII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii; Filial KuzGTU. Prokopevsk, 2020, p. 67-72 (in Russian).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref2">
        <label>2</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Исследование динамики нагружения регулируемого электропривода очистного комбайна / Д.М.Шпрехер, Г.И.Бабокин, Е.Б.Колесников, А.В.Зеленков // Известия ТулГУ. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 514-526.</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Shprekher D.M., Babokin G.I., Kolesnikov E.B., Zelenkov A.V. Study loading dynamics for adjustable electric drive of shearer loader. Izvestiya Tula State University. 2020. N 2, p. 514-525 (in Russian).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref3">
        <label>3</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Компьютерное моделирование многодвигательной системы электропривода в пакете программ MatLab / С.А.Заголило, А.С.Семенов, М.Н.Семенова, И.А.Якушев // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2020. Т. 8. № 2(29). С. 1-18. DOI: 10.26102/2310-6018/2020.29.2.012</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Zagolilo S.A., Semenov A.S., Semenova M.N., Yakushev I.A. Computer modeling of multi-motor electric drive system in matlab software. Modeling, optimization and information. 2020. Vol. 8. N 2(29), p. 6-7. DOI: 10.26102/2310-6018/2020.29.2.012 (in Russian).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref4">
        <label>4</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Копылов К.Н. Имитационное моделирование системы электроснабжения выемочного участка угольной шахты / К.Н.Копылов, С.Н.Решетняк, С.С.Кубрин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 12. С. 40-50.</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Kopylov K.N., Reshetnyak S.N., Kubrin S.S. Imitating Modeling of System of Power Supply of the Extraction Site of the Coal Mine. Mining informational and analytical bulletin. 2016. N 12, p. 40-50 (in Russian).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref5">
        <label>5</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Плакиткин Ю.А. Мировой инновационный проект «Индустрия-4.0» – возможности применения в угольной отрасли России. 2. Что «требует» от угольной отрасли четвертая промышленная революция? / Ю.А.Плакиткин, Л.С.Плакиткина // Уголь. 2017. № 11 (1100). С. 46-53. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-11-46-53</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Plakitkin Yu.A., Plakitkina L.S. The Industry-4.0 global innovation project’s potential for the coal industry of Russia. What "requires" the fourth industrial revolution from the Russian coal industry? Ugol. 2017. N 11(1100), p. 46-53. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-11-46-53 (In Russian).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref6">
        <label>6</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Распоряжение Правительства РФ от 13.06.2020 N 1582-р Об утверждении Программы развития угольной промышленности России на период до 2035 года. URL: http://www.consultant.ru/document/ cons_doc_LAW_355241/ (дата обращения 15.07.2020)</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Order of the Government of the Russian Federation of 13.06.2020 N 1582-r On approval of the Program for the development of the coal industry in Russia for the period up to 2035. URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_355241/ (date of access 15.07.2020) (in Russian).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref7">
        <label>7</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Семенов А.С. Особенности математического моделирования систем электроприводов технологических установок горных предприятий / А.С.Семенов, А.Н.Егоров // Каротажник. 2018. № 11 (293). С. 85-99.</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Semenov A.S., Egorov A.N. The Peculiarities of the Mathematical Simulation of Mining Companies'' Engineering Units'' Electric Drives'' Systems. Karotazhnik. 2018. N 11(293), p. 85-99 (in Russian).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref8">
        <label>8</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Стариков Б.Я. Асинхронный электропривод очистных комбайнов / Б.Я.Стариков, В.Л.Азарх, З.М.Рабинович. М.: Недра, 1981. 288 с.</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Starikov B.Ya., Azarkh V.L., Rabinovich Z.M. Asynchronous electric drive of shearers. Moscow: Nedra, 1981, p. 288 (in Russian).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref9">
        <label>9</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Ткачев В.В. Использование имитационного моделирования для исследования системы автоматического управления добычным комбайном / В.В.Ткачев, А.В.Бубликов. Днепропетровск: Национальный горный университет, 2015. 182 с.</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Tkachev V.V., Bublikov A.V. The use of simulation modeling to study the automatic control system of a mining shearer. Dnepropetrovsk: Natsionalnyi gornyi universitet, 2015, p. 182 (in Russian).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref10">
        <label>10</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Энергетический бюллетень 79. Прогнозы спроса на уголь: видение 2019. URL: https://ac.gov.ru/files/publication/a/26486.pdf (дата обращения 14.07.2020)</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Energy Bulletin 79. Coal Demand Forecasts: Vision 2019. URL: https://ac.gov.ru/files/publication/a/26486.pdf (date of access 14.07.2020) (in Russian).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref11">
        <label>11</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Application of FACTS Devices in Power Supply Systems of Coal Mines / F.Nepsha, V.Voronin, R.Belyaevsky, V.Efremenko, K.Varnavskiy // E3S Web Conf.: Vth International Innovative Mining Symposium. 2020. Vol. 174. № 03026. DOI: 10.1051/e3sconf/202017403026</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Nepsha F., Voronin V., Belyaevsky R., Efremenko V., Varnavskiy K. Application of FACTS Devices in Power Supply Systems of Coal Mines. E3S Web Conf.: Vth International Innovative Mining Symposium. 2020. Vol. 174. N 03026. DOI: 10.1051/e3sconf/202017403026</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref12">
        <label>12</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Dzikowski A. Haulage drive with permanent magnet motors in longwall shearer – simulation model / A.Dzikowski, P.Dukalski, R.Rossa // Przegląd Elektrotechniczny. 2015. Vol. 11. P. 330-335. DOI: 10.15199/48.2015.11.75</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Dzikowski A., Dukalski P., Rossa R. Haulage drive with permanent magnet motors in longwall shearer – simulation model. Przegląd Elektrotechniczny. 2015. Vol. 11, p. 330-335. DOI: 10.15199/48.2015.11.75</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref13">
        <label>13</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Okolnishnikov V.V. Modelling of Longwall Coal Mining // 2020 International Conference on Mathematics and Computers in Science and Engineering (MACISE), Madrid, Spain, 14-16 Jan. 2020. IEEE, 2020. P. 202-208. DOI: 10.1109/macise49704.2020.00044</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Okolnishnikov V.V. Modelling of Longwall Coal Mining. 2020 International Conference on Mathematics and Computers in Science and Engineering (MACISE), Madrid, Spain, 14-16 Jan. 2020. IEEE, 2020, p. 202-208. DOI: 10.1109/macise49704.2020.00044</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref14">
        <label>14</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Gospodarczyk P. Modeling and Simulation of Coal Loading by Cutting Drum in Flat Seams // Archives of Mining Sciences. 2016. Vol. 61. Iss. 2. P. 365-379. DOI: 10.1515/amsc-2016-0027</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Gospodarczyk P. Modeling and Simulation of Coal Loading by Cutting Drum in Flat Seams. Archives of Mining Sciences. 2016. Vol. 61. Iss. 2, p. 365-379. DOI: 10.1515/amsc-2016-0027</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref15">
        <label>15</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Lee K. Source current harmonic analysis of adjustable speed drives under input voltage unbalance and sag conditions / K.Lee, G.Venkataramanan, T.M.Jahns // IEEE Transactions on Power Delivery. 2006. Vol. 21. Iss. 2. P. 567-576. DOI: 10.1109/TPWRD.2006.871022</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Lee K., Venkataramanan G., Jahns T.M. Source current harmonic analysis of adjustable speed drives under input voltage unbalance and sag conditions. IEEE Transactions on Power Delivery. 2006. Vol. 21. Iss. 2, p. 567-576. DOI: 10.1109/TPWRD.2006.871022</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref16">
        <label>16</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Longwall shearer cutting force estimation / A.W.Reid, P.R.McAree, P.A.Meehan, H.Gurgenci // Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME. 2014. Vol. 136. Iss. 3. № 031008. DOI: 10.1115/1.4026326</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Reid A.W., McAree P.R., Meehan P.A., Gurgenci H. Longwall shearer cutting force estimation. Journal of Dynamic Sys-tems, Measurement and Control, Transactions of the ASME. 2014. Vol. 136. Iss. 3. N 031008. DOI: 10.1115/1.4026326</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref17">
        <label>17</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Liu C. Electromechanical dynamic analysis for the cutting transmission system of the unmanned long-wall shearer under variable speed process / C.Liu, D.Qin, Y.Liao // Journal of Vibroengineering. 2017. Vol. 19. Iss. 5. P. 3191-3206. DOI: 10.21595/jve.2017.17724</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Liu C., Qin D., Liao Y. Electromechanical dynamic analysis for the cutting transmission system of the unmanned long-wall shearer under variable speed process. Journal of Vibroengineering. 2017. Vol. 19. Iss. 5, p. 3191-3206. DOI: 10.21595/jve.2017.17724</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref18">
        <label>18</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Stoicuiă O. Modeling and Simulation of the Coal Flow Control System for the Longwall Scraper Conveyor / O.Stoicuă, T.Pană // Annals of the University of Craiova. Electrical Engineering series. 2016. Iss. 40. P. 101-108.</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Stoicuţă O., Pană T. Modeling and Simulation of the Coal Flow Control System for the Longwall Scraper Conveyor. Annals of the University of Craiova. Electrical Engineering series. 2016. Iss. 40, p. 101-108. </mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="ref19">
        <label>19</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Zhao L.J. Simulation of the Working Performance of a Shearer Cutting Coal Rock / L.J.Zhao, H.M.Liu // Modelling and Simulation in Engineering. 2019. Vol. 2019. DOI: 10.1155/2019/2089304</mixed-citation>
        <mixed-citation xml:lang="en">Zhao L.J., Liu H.M. Simulation of the Working Performance of a Shearer Cutting Coal Rock. Modelling and Simulation in Engineering. 2019. Vol. 2019. DOI: 10.1155/2019/2089304</mixed-citation>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>
