1. Introducció

Com a equip bàsic clau del sistema de transport de mines, l'elevador de mines és responsable d'elevar i baixar personal, minerals, materials, etc. La seguretat, la fiabilitat i l'eficiència del seu funcionament estan directament relacionades amb l'eficiència de producció de la mina i la seguretat de la vida i els béns del personal. Amb el desenvolupament continu de la ciència i la tecnologia modernes, l'aplicació de la tecnologia d'imants permanents en el camp dels elevadors de mines s'ha convertit gradualment en un punt calent de recerca.

Els motors d'imants permanents tenen molts avantatges, com ara una alta densitat de potència, una alta eficiència i un baix soroll. S'espera que la seva aplicació als polipasts de mines millori significativament el rendiment dels equips, alhora que també aporti noves oportunitats i reptes pel que fa a la garantia de seguretat.

2. Aplicació de la tecnologia d'imants permanents en el sistema d'accionament d'elevació de mines

(1). Principi de funcionament del motor síncron d'imant permanent

Els motors síncrons d'imants permanents funcionen basant-se en la llei de la inducció electromagnètica. El principi bàsic és que quan es passa un corrent altern trifàsic a través del debanament de l'estator, es genera un camp magnètic giratori, que interactua amb el camp magnètic de l'imant permanent del rotor, generant així un parell electromagnètic per fer girar el motor. Els imants permanents del rotor proporcionen una font de camp magnètic estable sense necessitat de corrent d'excitació addicional, cosa que fa que l'estructura del motor sigui relativament senzilla i millora l'eficiència de conversió d'energia. En escenaris d'aplicació d'elevació de mines, el motor necessita canviar freqüentment entre diferents condicions de funcionament, com ara càrrega pesada, baixa velocitat i càrrega lleugera, alta velocitat. El motor síncron d'imants permanents pot respondre ràpidament amb les seves excel·lents característiques de parell per garantir el bon funcionament de l'elevació.

(2). Avanç tecnològic en comparació amb els sistemes d'accionament tradicionals

1. Anàlisi comparativa d'eficiència

Els polipasts tradicionals de mina funcionen principalment amb motors asíncrons de rotor bobinat, que tenen una eficiència relativament baixa. Les pèrdues dels motors asíncrons inclouen principalment la pèrdua de coure de l'estator, la pèrdua de coure del rotor, la pèrdua de ferro, la pèrdua mecànica i la pèrdua de dispersió. Com que no hi ha corrent d'excitació al motor síncron d'imant permanent, la pèrdua de coure del rotor és gairebé zero i la pèrdua de ferro també es redueix a causa de les característiques del camp magnètic relativament estables. Mitjançant la comparació de les dades de prova reals (com es mostra a la Figura 1), sota diferents taxes de càrrega, l'eficiència del motor síncron d'imant permanent és significativament superior a la del motor asíncron de rotor bobinat. En el rang de taxa de càrrega del 50% al 100%, l'eficiència del motor síncron d'imant permanent pot ser aproximadament un 10% - 20% superior a la del motor asíncron de rotor bobinat, cosa que pot reduir significativament els costos de consum d'energia per al funcionament a llarg termini dels polipasts de mina.

Figura 1: Corba de comparació d'eficiència d'un motor síncron d'imant permanent i d'un motor asíncron de rotor bobinat

2. Millora del factor de potència

Quan un motor asíncron de rotor bobinat està en funcionament, el seu factor de potència sol estar entre 0,7 i 0,85, i es necessiten dispositius addicionals de compensació de potència reactiva per complir els requisits de la xarxa. El factor de potència d'un motor síncron d'imant permanent pot ser tan alt com 0,96 o superior, proper a 1. Això es deu al fet que el camp magnètic generat per l'imant permanent redueix considerablement la demanda de potència reactiva durant el funcionament del motor. Un factor de potència elevat no només redueix la càrrega de potència reactiva de la xarxa elèctrica i millora la qualitat de l'energia de la xarxa elèctrica, sinó que també redueix el cost de l'electricitat de les empreses mineres i redueix els costos d'inversió i manteniment dels equips de compensació reactiva.

(3). Impacte en el funcionament segur dels polipasts de mina

1. Característiques d'arrencada i frenada

El parell d'arrencada dels motors síncrons d'imants permanents és suau i controlable amb precisió. En el moment de l'arrencada de l'elevador de la mina, es poden evitar problemes com ara la tremolor del cable d'acer i l'augment del desgast de la politja causat per un impacte de parell excessiu quan s'arrenquen els motors tradicionals. El seu corrent d'arrencada és petit i no causarà grans fluctuacions de tensió a la xarxa elèctrica, garantint el funcionament normal d'altres equips elèctrics de la mina.

Pel que fa a la frenada, els motors síncrons d'imants permanents es poden combinar amb tecnologia avançada de control vectorial per aconseguir una regulació precisa del parell de frenada. Per exemple, durant la fase de desacceleració del polipast, controlant la magnitud i la fase del corrent de l'estator, el motor entra en l'estat de frenada de generació d'energia, convertint l'energia cinètica del polipast en energia elèctrica i retornant-la a la xarxa elèctrica, aconseguint així una frenada que estalvia energia. En comparació amb els mètodes de frenada tradicionals, aquest mètode de frenada redueix el desgast dels components mecànics del fre, allarga la vida útil del sistema de frenada, redueix el risc de fallada del fre a causa del sobreescalfament del fre i millora la seguretat i la fiabilitat de la frenada del polipast.

2. Redundància de fallades i tolerància a fallades

Alguns motors síncrons d'imants permanents utilitzen un disseny de bobinatge multifàsic, com ara un motor síncron d'imants permanents de sis fases. Quan falla un bobinatge de fase d'un motor, els bobinatges de fase restants encara poden mantenir el funcionament bàsic del motor, però la potència de sortida es reduirà en conseqüència. Aquest disseny de redundància de fallades permet que l'elevador de mina elevi amb seguretat el contenidor d'elevació fins al cap del pou o al fons del pou, fins i tot en cas d'una fallada parcial del motor, evitant que l'elevador es quedi suspès al mig de l'eix a causa d'una fallada del motor, garantint així la seguretat del personal i l'equip. Prenent com a exemple un motor síncron d'imants permanents de sis fases, suposant que un dels bobinatges de fase està obert, segons la teoria de distribució de parell del motor, els bobinatges de cinc fases restants encara poden proporcionar aproximadament el 80% del parell nominal (el valor específic està relacionat amb els paràmetres del motor), cosa que és suficient per mantenir el funcionament lent de l'elevador i garantir la seguretat.

3. Anàlisi de casos reals

(1). Casos d'aplicació en mines de metall

Una gran mina de metall utilitza un motor síncron d'imant permanent per impulsar el motor síncron d'imant permanent amb una potència nominal de P = 3000 kW. Després d'utilitzar aquest motor, en comparació amb el motor asíncron bobinat original, sota la mateixa tasca d'elevació, el consum d'energia anual es redueix en aproximadament un 18%.

Mitjançant el monitoratge i l'anàlisi de les dades de funcionament del motor, l'eficiència dels motors síncrons d'imants permanents es manté a un nivell alt en diferents condicions de funcionament, especialment a taxes de càrrega mitjanes i altes, on l'avantatge d'eficiència és més evident.

(2). Casos d'aplicació de mines de carbó

Una mina de carbó va instal·lar un polipast de mina utilitzant tecnologia d'imants permanents. El seu motor síncron d'imants permanents té una potència de 800 kW i s'utilitza principalment per aixecar i transportar personal i carbó. A causa de la capacitat limitada de la xarxa elèctrica de la mina de carbó, l'alt factor de potència del motor síncron d'imants permanents redueix eficaçment la càrrega de la xarxa elèctrica. Durant el funcionament, no hi va haver fluctuacions significatives en el voltatge de la xarxa elèctrica a causa de l'arrencada o el funcionament del polipast, cosa que va garantir el funcionament normal d'altres equips elèctrics de la mina de carbó.

4. Tendència de desenvolupament futur del motor d'imant permanent per a polipasts de mines

(1). Recerca, desenvolupament i aplicació de materials magnètics permanents d'alt rendiment

Amb l'avanç continu de la ciència dels materials, la investigació i el desenvolupament de nous materials magnètics permanents d'alt rendiment s'ha convertit en una direcció important per al desenvolupament de la tecnologia magnètica permanent per a polipasts de mines. Per exemple, s'espera que la nova generació de materials magnètics permanents de terres rares aconsegueixi avenços en el producte d'energia magnètica, la força coercitiva, l'estabilitat de la temperatura, etc. Un producte d'energia magnètica més alt permetrà als motors d'imants permanents produir una major potència amb un volum i un pes més petits, millorant encara més la densitat de potència dels polipasts de mines; una millor estabilitat de la temperatura permetrà als motors d'imants permanents adaptar-se a entorns miners més durs, com ara mines profundes d'alta temperatura; una força coercitiva més forta millorarà la capacitat antidesmagnetització de l'imant permanent i millorarà la fiabilitat i la vida útil del motor.

(2). Integració de tecnologia de control intel·ligent

En el futur, la tecnologia d'imants permanents dels polipasts de mines s'integrarà profundament amb la tecnologia de control intel·ligent. Amb l'ajuda de la intel·ligència artificial, el big data, la Internet de les coses i altres tecnologies avançades, es farà realitat el funcionament i el manteniment intel·ligents dels polipasts. Per exemple, mitjançant la instal·lació d'un gran nombre de sensors en components clau dels motors i polipasts d'imants permanents, es poden recopilar dades de funcionament en temps real i les dades es poden analitzar i processar mitjançant algoritmes d'intel·ligència artificial per aconseguir una predicció i un diagnòstic precoços de fallades dels equips, organitzar plans de manteniment amb antelació, reduir les taxes de fallada dels equips i millorar la fiabilitat operativa. Al mateix temps, el sistema de control intel·ligent pot optimitzar automàticament els paràmetres de funcionament del motor, com ara la velocitat, el parell, etc., segons les necessitats de producció reals de la mina i l'estat de funcionament del polipast, per tal d'aconseguir l'objectiu d'estalvi d'energia i millora de l'eficiència i millorar l'eficiència de la producció i els beneficis econòmics de la mina.

(3). Integració de sistemes i disseny modular

Per tal de millorar la comoditat i el manteniment de l'aplicació de la tecnologia d'imants permanents en els polipasts de mines, la integració de sistemes i el disseny modular es convertiran en la tendència de desenvolupament. Els diversos subsistemes, com ara els motors d'imants permanents, els sistemes de frenada i els sistemes de monitorització de seguretat, estan altament integrats per formar mòduls funcionals estandarditzats. Quan es construeix una mina o es renova un equip, només cal seleccionar els mòduls adequats per al muntatge i la instal·lació segons les necessitats reals, cosa que escurça considerablement el cicle d'instal·lació i posada en marxa de l'equip i redueix els costos de construcció d'enginyeria. A més, el disseny modular facilita el manteniment i les actualitzacions de l'equip. Quan un mòdul falla, es pot substituir ràpidament, reduint el temps d'inactivitat i millorant la continuïtat de la producció de la mina.

5. Avantatges tècnics del motor d'imant permanent Anhui Mingteng

Anhui Mingteng Maquinària i Equipament Elèctric Magnètic Permanent Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/）.es va ser fundada el 2007. Mingteng actualment té més de 280 empleats, incloent-hi més de 50 professionals i tècnics. S'especialitza en la investigació i el desenvolupament, la producció i les vendes de motors síncrons d'imants permanents d'ultra alta eficiència. Els seus productes cobreixen una gamma completa de màquines d'alta tensió, baixa tensió, freqüència constant, freqüència variable, convencionals, a prova d'explosions, d'accionament directe, rodets elèctrics, tot en un, etc. Després de 17 anys d'acumulació tècnica, té la capacitat de desenvolupar una gamma completa de motors d'imants permanents. Els seus productes abasten diverses indústries com l'acer, el ciment i la mineria, i poden satisfer les necessitats de diverses condicions de treball i equips.

Ming Teng utilitza la teoria moderna del disseny de motors, programari de disseny professional i un programa de disseny de motors d'imants permanents de desenvolupament propi per simular el camp electromagnètic, el camp de fluids, el camp de temperatura, el camp d'estrès, etc. del motor d'imants permanents, optimitzar l'estructura del circuit magnètic, millorar l'eficiència energètica del motor i resoldre les dificultats en la substitució in situ dels rodaments dels grans motors d'imants permanents i el problema de la desmagnetització dels imants permanents, garantint fonamentalment l'ús fiable dels motors d'imants permanents.

6. Conclusió

L'aplicació de motors d'imants permanents en polipasts de mines ha demostrat un excel·lent rendiment pel que fa a la seguretat i l'avanç tecnològic. En el sistema d'accionament, l'alta eficiència, l'alt factor de potència i les bones característiques de parell dels motors síncrons d'imants permanents proporcionen una base sòlida per al funcionament segur i estable del polipast.

Mitjançant l'anàlisi de casos reals, es pot veure que els motors d'imants permanents han aconseguit resultats notables en l'aplicació de polipasts de mina en diferents tipus de mines, ja sigui en la reducció del consum d'energia, la reducció dels costos de manteniment o la garantia de la seguretat del personal i els equips. De cara al futur, amb el desenvolupament de materials d'imants permanents d'alt rendiment, la integració de la tecnologia de control intel·ligent i l'avanç de la integració de sistemes i el disseny modular, els motors d'imants permanents per a polipasts de mina marcaran el començament d'una perspectiva de desenvolupament més àmplia, injectant un fort impuls a la producció segura i al funcionament eficient de la indústria minera. A l'hora de considerar l'actualització de la tecnologia d'elevació o la compra de nous equips, els clients miners haurien de comprendre plenament l'enorme potencial dels motors d'imants permanents i aplicar raonablement els motors d'imants permanents en combinació amb les condicions de treball reals, les necessitats de producció i la força econòmica de les seves pròpies mines per aconseguir un desenvolupament sostenible de les empreses mineres.

Drets d'autor: Aquest article és una reimpressió de l'enllaç original:

https://mp.weixin.qq.com/s/18QZOHOqmQI0tDnZCW_hRQ

Aquest article no representa els punts de vista de la nostra empresa. Si teniu opinions o punts de vista diferents, corregiu-nos!