1.Wprowadzenie

Jako kluczowy element systemu transportu kopalnianego, wyciąg górniczy odpowiada za podnoszenie i opuszczanie ludzi, rud, materiałów itp. Bezpieczeństwo, niezawodność i wydajność jego działania są bezpośrednio związane z wydajnością produkcji kopalni oraz bezpieczeństwem życia i mienia personelu. Dzięki ciągłemu rozwojowi nowoczesnej nauki i technologii, zastosowanie technologii magnesów trwałych w dziedzinie wyciągów górniczych stopniowo stało się gorącym tematem badań.

Silniki z magnesami trwałymi mają wiele zalet, takich jak wysoka gęstość mocy, wysoka wydajność i niski poziom hałasu. Oczekuje się, że zastosowanie ich w windach górniczych znacznie poprawi wydajność sprzętu, a także przyniesie nowe możliwości i wyzwania w zakresie zapewnienia bezpieczeństwa.

2. Zastosowanie technologii magnesów trwałych w układzie napędowym wyciągu górniczego

(1). Zasada działania silnika synchronicznego z magnesami trwałymi

Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi działają w oparciu o prawo indukcji elektromagnetycznej. Podstawową zasadą jest to, że gdy trójfazowy prąd przemienny przepływa przez uzwojenie stojana, generowane jest wirujące pole magnetyczne, które oddziałuje z polem magnetycznym magnesu trwałego na wirniku, generując w ten sposób moment elektromagnetyczny, który napędza silnik do obrotu. Magnesy trwałe na wirniku zapewniają stabilne źródło pola magnetycznego bez potrzeby dodatkowego prądu wzbudzenia, co sprawia, że ​​struktura silnika jest stosunkowo prosta i poprawia wydajność konwersji energii. W scenariuszach zastosowań wyciągów górniczych silnik musi często przełączać się między różnymi warunkami pracy, takimi jak duże obciążenie, niska prędkość i lekkie obciążenie, duża prędkość. Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi może szybko reagować dzięki swoim doskonałym cechom momentu obrotowego, aby zapewnić płynną pracę wyciągu.

(2). Postęp technologiczny w porównaniu z tradycyjnymi systemami napędowymi

1. Analiza porównawcza efektywności

Tradycyjne wyciągi górnicze są napędzane głównie asynchronicznymi silnikami z wirnikiem uzwojonym, które mają stosunkowo niską sprawność. Straty silników asynchronicznych obejmują głównie stratę miedzi w stojanie, stratę miedzi w wirniku, stratę żelaza, stratę mechaniczną i stratę błądzącą. Ponieważ w silniku synchronicznym z magnesami trwałymi nie ma prądu wzbudzenia, strata miedzi w wirniku jest prawie zerowa, a strata żelaza jest również zmniejszona ze względu na stosunkowo stabilne charakterystyki pola magnetycznego. Poprzez porównanie rzeczywistych danych testowych (jak pokazano na rysunku 1), przy różnych współczynnikach obciążenia, sprawność silnika synchronicznego z magnesami trwałymi jest znacznie wyższa niż silnika asynchronicznego z wirnikiem uzwojonym. W zakresie współczynnika obciążenia 50% – 100%, sprawność silnika synchronicznego z magnesami trwałymi może być o około 10% – 20% wyższa niż silnika asynchronicznego z wirnikiem uzwojonym, co może znacznie obniżyć koszty zużycia energii w przypadku długotrwałej eksploatacji wyciągów górniczych.

Rysunek 1: Krzywa porównania sprawności silnika synchronicznego z magnesami trwałymi i silnika asynchronicznego z wirnikiem uzwojonym

2. Poprawa współczynnika mocy

Gdy silnik asynchroniczny z wirnikiem uzwojonym pracuje, jego współczynnik mocy wynosi zwykle od 0,7 do 0,85, a dodatkowe urządzenia do kompensacji mocy biernej są wymagane, aby spełnić wymagania sieci. Współczynnik mocy silnika synchronicznego z magnesami trwałymi może wynosić nawet 0,96 lub więcej, blisko 1. Dzieje się tak, ponieważ pole magnetyczne generowane przez magnes trwały znacznie zmniejsza zapotrzebowanie na moc bierną podczas pracy silnika. Wysoki współczynnik mocy nie tylko zmniejsza obciążenie sieci energetycznej mocą bierną i poprawia jakość energii elektrycznej w sieci, ale także zmniejsza koszty energii elektrycznej przedsiębiorstw górniczych i zmniejsza koszty inwestycji i konserwacji urządzeń do kompensacji mocy biernej.

(3). Wpływ na bezpieczną eksploatację wyciągów górniczych

1.Charakterystyka rozruchu i hamowania

Moment rozruchowy silników synchronicznych z magnesami trwałymi jest płynny i precyzyjnie kontrolowany. W momencie rozruchu wyciągu górniczego można uniknąć problemów, takich jak drżenie liny stalowej i zwiększone zużycie krążka linowego spowodowane nadmiernym uderzeniem momentu obrotowego podczas uruchamiania tradycyjnych silników. Prąd rozruchowy jest niewielki i nie spowoduje dużych wahań napięcia w sieci energetycznej, zapewniając normalną pracę innych urządzeń elektrycznych w kopalni.

Jeśli chodzi o hamowanie, silniki synchroniczne z magnesami trwałymi można łączyć z zaawansowaną technologią sterowania wektorowego, aby uzyskać precyzyjną regulację momentu hamowania. Na przykład podczas fazy zwalniania wciągarki, poprzez kontrolowanie wielkości i fazy prądu stojana, silnik wchodzi w stan hamowania generującego energię, zamieniając energię kinetyczną wciągarki na energię elektryczną i przesyłając ją z powrotem do sieci energetycznej, uzyskując w ten sposób energooszczędne hamowanie. W porównaniu z tradycyjnymi metodami hamowania, ta metoda hamowania zmniejsza zużycie mechanicznych elementów hamulca, wydłuża żywotność układu hamulcowego, zmniejsza ryzyko awarii hamulca z powodu przegrzania hamulca i poprawia bezpieczeństwo i niezawodność hamowania wciągarki.

2. Nadmiarowość błędów i tolerancja błędów

Niektóre silniki synchroniczne z magnesami trwałymi wykorzystują wielofazową konstrukcję uzwojenia, np. sześciofazowy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi. Gdy uzwojenie fazowe silnika ulegnie awarii, pozostałe uzwojenia fazowe mogą nadal podtrzymywać podstawową pracę silnika, ale moc wyjściowa zostanie odpowiednio zmniejszona. Ta konstrukcja z redundancją błędów umożliwia bezpieczne podnoszenie pojemnika wyciągowego przez maszynę górniczą do głowicy lub dna odwiertu nawet w przypadku częściowej awarii silnika, zapobiegając unoszeniu się maszyny wyciągowej w środku szybu z powodu awarii silnika, zapewniając w ten sposób bezpieczeństwo personelu i sprzętu. Biorąc za przykład sześciofazowy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi, zakładając, że jedno z uzwojeń fazowych jest otwarte, zgodnie z teorią rozkładu momentu obrotowego silnika, pozostałe pięciofazowe uzwojenia mogą nadal zapewniać około 80% znamionowego momentu obrotowego (konkretna wartość jest związana z parametrami silnika), co jest wystarczające, aby utrzymać powolną pracę windy i zapewnić bezpieczeństwo.

3. Analiza rzeczywistego przypadku

(1). Przypadki zastosowań w kopalniach metali

Duża kopalnia metali wykorzystuje silnik synchroniczny z magnesami trwałymi do napędzania silnika synchronicznego z magnesami trwałymi o mocy znamionowej P=3000 kW. Po użyciu tego silnika, w porównaniu z oryginalnym uzwojonym silnikiem asynchronicznym, przy tym samym zadaniu podnoszenia, roczne zużycie energii jest zmniejszone o około 18%

Dzięki monitorowaniu i analizie danych dotyczących pracy silnika, sprawność silników synchronicznych z magnesami trwałymi utrzymuje się na wysokim poziomie w różnych warunkach pracy, zwłaszcza przy średnim i wysokim obciążeniu, gdzie przewaga w zakresie sprawności jest bardziej oczywista.

(2). Przypadki zastosowań w kopalniach węgla

Kopalnia węgla zainstalowała wyciąg górniczy wykorzystujący technologię magnesów trwałych. Jego silnik synchroniczny z magnesami trwałymi ma moc 800 kW i jest używany głównie do podnoszenia i transportu osób i węgla. Ze względu na ograniczoną przepustowość sieci energetycznej kopalni węgla, wysoki współczynnik mocy silnika synchronicznego z magnesami trwałymi skutecznie zmniejsza obciążenie sieci energetycznej. Podczas pracy nie wystąpiły żadne znaczące wahania napięcia sieci energetycznej spowodowane rozruchem lub pracą wyciągu, co zapewniło normalną pracę innych urządzeń elektrycznych w kopalni węgla.

4. Przyszłe trendy rozwojowe silników z magnesami trwałymi do maszyn wyciągowych

(1). Badania i rozwój oraz zastosowanie wysokowydajnych materiałów magnetycznych trwałych

Dzięki ciągłemu rozwojowi nauki o materiałach, badania i rozwój nowych, wysokowydajnych materiałów z magnesami trwałymi stały się ważnym kierunkiem rozwoju technologii magnesów trwałych dla wyciągów górniczych. Na przykład oczekuje się, że nowa generacja materiałów z magnesami trwałymi ziem rzadkich osiągnie przełom w zakresie produktu energii magnetycznej, siły koercji, stabilności temperatury itp. Wyższy produkt energii magnetycznej umożliwi silnikom z magnesami trwałymi uzyskanie większej mocy przy mniejszej objętości i wadze, co jeszcze bardziej poprawi gęstość mocy wyciągów górniczych; lepsza stabilność temperatury umożliwi silnikom z magnesami trwałymi dostosowanie się do trudniejszych warunków kopalnianych, takich jak głębokie kopalnie o wysokiej temperaturze; większa siła koercji zwiększy zdolność magnesów trwałych do przeciwdziałania rozmagnesowaniu i wydłuży niezawodność silnika oraz jego żywotność.

(2). Integracja inteligentnej technologii sterowania

W przyszłości technologia magnesów trwałych w wyciągach górniczych zostanie głęboko zintegrowana z inteligentną technologią sterowania. Dzięki sztucznej inteligencji, dużym danym, Internetowi rzeczy i innym zaawansowanym technologiom, inteligentna obsługa i konserwacja wyciągów zostanie zrealizowana. Na przykład, poprzez zainstalowanie dużej liczby czujników na kluczowych komponentach silników z magnesami trwałymi i wyciągów, dane operacyjne mogą być zbierane w czasie rzeczywistym, a dane mogą być analizowane i przetwarzane przy użyciu algorytmów sztucznej inteligencji w celu osiągnięcia wczesnego przewidywania i diagnozowania awarii sprzętu, wcześniejszego ustalania planów konserwacji, zmniejszania wskaźników awaryjności sprzętu i poprawy niezawodności operacyjnej. Jednocześnie inteligentny system sterowania może automatycznie optymalizować parametry robocze silnika, takie jak prędkość, moment obrotowy itp., zgodnie z rzeczywistymi potrzebami produkcyjnymi kopalni i stanem operacyjnym wyciągu, aby osiągnąć cel oszczędzania energii i poprawy wydajności oraz poprawić wydajność produkcji i korzyści ekonomiczne kopalni.

(3). Integracja systemów i projektowanie modułowe

Aby poprawić wygodę i łatwość konserwacji stosowania technologii magnesów trwałych w windach górniczych, integracja systemów i modułowa konstrukcja staną się trendem rozwojowym. Różne podsystemy, takie jak silniki z magnesami trwałymi, układy hamulcowe i systemy monitorowania bezpieczeństwa, są wysoce zintegrowane, tworząc standardowe moduły funkcjonalne. Podczas budowy kopalni lub renowacji sprzętu wystarczy wybrać odpowiednie moduły do ​​montażu i instalacji zgodnie z rzeczywistymi potrzebami, co znacznie skraca cykl instalacji i uruchomienia sprzętu oraz zmniejsza koszty budowy inżynieryjnej. Ponadto modułowa konstrukcja ułatwia konserwację i modernizację sprzętu. W przypadku awarii modułu można go szybko wymienić, co skraca przestoje i poprawia ciągłość produkcji kopalni.

5. Zalety techniczne silnika z magnesami trwałymi Anhui Mingteng

Anhui Mingteng Maszyny Magnetyczne Stałe i Sprzęt Elektryczny Co., Ltd（https://www.mingtengmotor.com/）.został założony w 2007 roku. Mingteng zatrudnia obecnie ponad 280 pracowników, w tym ponad 50 pracowników technicznych i zawodowych. Specjalizuje się w badaniach i rozwoju, produkcji i sprzedaży ultrawydajnych silników synchronicznych z magnesami trwałymi. Jego produkty obejmują pełną gamę silników wysokiego i niskiego napięcia, o stałej częstotliwości, zmiennej częstotliwości, konwencjonalnych, przeciwwybuchowych, z napędem bezpośrednim, elektrycznych walców, maszyn typu „wszystko w jednym” itp. Po 17 latach gromadzenia wiedzy technicznej ma zdolność do opracowania pełnej gamy silników z magnesami trwałymi. Jego produkty obejmują różne gałęzie przemysłu, takie jak stal, cement i górnictwo, i mogą sprostać potrzebom różnych warunków pracy i sprzętu.

Ming Teng wykorzystuje nowoczesną teorię projektowania silników, profesjonalne oprogramowanie projektowe i samodzielnie opracowany program do projektowania silników z magnesami trwałymi, aby symulować pole elektromagnetyczne, pole cieczy, pole temperatury, pole naprężeń itp. silnika z magnesami trwałymi, optymalizować strukturę obwodu magnetycznego, poprawiać wydajność energetyczną silnika i rozwiązywać trudności związane z wymianą łożysk na miejscu w dużych silnikach z magnesami trwałymi, a także problem rozmagnesowania magnesów trwałych, co zasadniczo zapewnia niezawodne użytkowanie silników z magnesami trwałymi.

6. Wnioski

Zastosowanie silników z magnesami trwałymi w windach górniczych wykazało doskonałą wydajność pod względem bezpieczeństwa i postępu technologicznego. W układzie napędowym wysoka sprawność, wysoki współczynnik mocy i dobre charakterystyki momentu obrotowego silników synchronicznych z magnesami trwałymi zapewniają solidne podstawy do bezpiecznej i stabilnej pracy windy.

Dzięki analizie rzeczywistych przypadków można zauważyć, że silniki z magnesami trwałymi osiągnęły niezwykłe rezultaty w zastosowaniu wciągników górniczych w różnych typach kopalni, czy to w redukcji zużycia energii, redukcji kosztów konserwacji, czy zapewnieniu bezpieczeństwa personelu i sprzętu. Patrząc w przyszłość, wraz z rozwojem wysokowydajnych materiałów z magnesami trwałymi, integracją inteligentnej technologii sterowania i postępem integracji systemów i modułowej konstrukcji, silniki z magnesami trwałymi do wciągników górniczych zapoczątkują szerszą perspektywę rozwoju, wstrzykując silny impuls do bezpiecznej produkcji i wydajnej eksploatacji przemysłu górniczego. Rozważając modernizację technologii wciągników lub zakup nowego sprzętu, klienci z branży górniczej powinni w pełni zdać sobie sprawę z ogromnego potencjału silników z magnesami trwałymi i rozsądnie stosować silniki z magnesami trwałymi w połączeniu z rzeczywistymi warunkami pracy, potrzebami produkcyjnymi i siłą ekonomiczną własnych kopalni, aby osiągnąć zrównoważony rozwój przedsiębiorstw górniczych.

Prawa autorskie: Niniejszy artykuł jest przedrukiem oryginalnego linku:

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

Niniejszy artykuł nie reprezentuje poglądów naszej firmy. Jeśli masz inne zdanie lub poglądy, popraw nas!