1. Uvod

Kot ključna oprema rudniškega transportnega sistema je rudniško dvigalo odgovorno za dvigovanje in spuščanje osebja, rud, materialov itd. Varnost, zanesljivost in učinkovitost njegovega delovanja so neposredno povezane s proizvodno učinkovitostjo rudnika ter varnostjo življenja in premoženja osebja. Z nenehnim razvojem sodobne znanosti in tehnologije je uporaba tehnologije trajnih magnetov na področju rudniških dvigal postopoma postala raziskovalna vroča točka.

Motorji s trajnimi magneti imajo številne prednosti, kot so visoka gostota moči, visoka učinkovitost in nizek hrup. Pričakuje se, da bo njihova uporaba v rudniških dvigalih znatno izboljšala delovanje opreme, hkrati pa prinesla nove priložnosti in izzive na področju zagotavljanja varnosti.

2. Uporaba tehnologije trajnih magnetov v pogonskem sistemu rudniških dvigal

(1). Načelo delovanja sinhronskega motorja s trajnim magnetom

Sinhroni motorji s trajnimi magneti delujejo na podlagi zakona elektromagnetne indukcije. Osnovno načelo je, da se pri prehajanju trifaznega izmeničnega toka skozi navitje statorja ustvari vrteče se magnetno polje, ki interagira z magnetnim poljem trajnega magneta na rotorju in s tem ustvari elektromagnetni navor, ki poganja motor. Trajni magneti na rotorju zagotavljajo stabilen vir magnetnega polja brez potrebe po dodatnem vzbujevalnem toku, zaradi česar je struktura motorja relativno preprosta in se izboljša učinkovitost pretvorbe energije. Pri uporabi rudniških dvigal mora motor pogosto preklapljati med različnimi obratovalnimi pogoji, kot so velika obremenitev, nizka hitrost in majhna obremenitev, visoka hitrost. Sinhroni motor s trajnimi magneti se lahko hitro odzove s svojimi odličnimi karakteristikami navora, kar zagotavlja nemoteno delovanje dvigala.

(2). Tehnološki napredek v primerjavi s tradicionalnimi pogonskimi sistemi

1. Primerjalna analiza učinkovitosti

Tradicionalna rudniška dvigala večinoma poganjajo asinhroni motorji z navitim rotorjem, ki imajo relativno nizek izkoristek. Izgube asinhronih motorjev vključujejo predvsem izgubo bakra statorja, izgubo bakra rotorja, izgubo železa, mehanske izgube in izgube zaradi razprševanja. Ker v sinhronem motorju s trajnimi magneti ni vzbujevalnega toka, so izgube bakra rotorja skoraj nične, izgube železa pa so prav tako zmanjšane zaradi relativno stabilnih karakteristik magnetnega polja. S primerjavo dejanskih podatkov preskusov (kot je prikazano na sliki 1) je pri različnih stopnjah obremenitve izkoristek sinhronskega motorja s trajnimi magneti bistveno višji od izkoristka asinhronega motorja z navitim rotorjem. V območju stopnje obremenitve od 50 % do 100 % je lahko izkoristek sinhronskega motorja s trajnimi magneti za približno 10 % do 20 % višji od izkoristka asinhronega motorja z navitim rotorjem, kar lahko znatno zmanjša stroške porabe energije za dolgoročno delovanje rudniških dvigal.

Slika 1: Primerjalna krivulja učinkovitosti sinhronskega motorja s permanentnim magnetom in asinhronskega motorja z navitim rotorjem

2. Izboljšanje faktorja moči

Ko deluje asinhronski motor z navitim rotorjem, je njegov faktor moči običajno med 0,7 in 0,85, za izpolnjevanje zahtev omrežja pa so potrebne dodatne naprave za kompenzacijo jalove moči. Faktor moči sinhronskega motorja s trajnim magnetom je lahko visok do 0,96 ali več, blizu 1. To je zato, ker magnetno polje, ki ga ustvarja trajni magnet, močno zmanjša potrebo po jalovi moči med delovanjem motorja. Visok faktor moči ne le zmanjša obremenitev jalove moči električnega omrežja in izboljša kakovost električne energije v električnem omrežju, temveč tudi zmanjša stroške električne energije v rudarskih podjetjih ter zmanjša naložbene in vzdrževalne stroške opreme za kompenzacijo jalove moči.

(3). Vpliv na varno delovanje rudniških dvigal

1. Značilnosti zagona in zaviranja

Začetni navor sinhronskih motorjev s trajnimi magneti je gladek in natančno nadzorovan. V trenutku zagona rudniškega dvigala se lahko izognemo težavam, kot so tresenje žične vrvi in ​​povečana obraba jermenice, ki jih povzroča prekomerni navorni udar pri zagonu tradicionalnih motorjev. Njegov zagonski tok je majhen in ne povzroča velikih nihanj napetosti v električnem omrežju, kar zagotavlja normalno delovanje druge električne opreme v rudniku.

Kar zadeva zaviranje, je mogoče sinhrone motorje s trajnimi magneti kombinirati z napredno tehnologijo vektorskega krmiljenja za doseganje natančne regulacije zavornega navora. Na primer, med fazo zaviranja dvigala motor z nadzorom velikosti in faze statorskega toka preide v stanje zaviranja za proizvodnjo energije, pri čemer kinetično energijo dvigala pretvori v električno energijo in jo dovaja nazaj v električno omrežje, s čimer doseže energetsko varčno zaviranje. V primerjavi s tradicionalnimi metodami zaviranja ta metoda zaviranja zmanjšuje obrabo mehanskih komponent zavor, podaljšuje življenjsko dobo zavornega sistema, zmanjšuje tveganje za odpoved zavor zaradi pregrevanja zavor ter izboljšuje varnost in zanesljivost zaviranja dvigala.

2. Redundanca napak in toleranca napak

Nekateri sinhroni motorji s trajnimi magneti uporabljajo večfazno zasnovo navitja, na primer šestfazni sinhroni motor s trajnimi magneti. Ko odpove fazno navitje motorja, lahko preostala fazna navitja še vedno vzdržujejo osnovno delovanje motorja, vendar se izhodna moč ustrezno zmanjša. Ta zasnova redundance napak omogoča rudniškemu dvigalu, da varno dvigne dvižni zabojnik na glavo ali dno vrtine tudi v primeru delne okvare motorja, s čimer se prepreči, da bi dvigalo zaradi okvare motorja lebdelo na sredini jaška, s čimer se zagotovi varnost osebja in opreme. Če za primer vzamemo šestfazni sinhroni motor s trajnimi magneti, ob predpostavki, da je eno od faznih navitij odprto, lahko v skladu s teorijo porazdelitve navora motorja preostala petfazna navitja še vedno zagotavljajo približno 80 % nazivnega navora (specifična vrednost je povezana s parametri motorja), kar je dovolj za vzdrževanje počasnega delovanja dvigala in zagotavljanje varnosti.

3. Analiza dejanskega primera

(1). Primeri uporabe v kovinskih rudnikih

Velik kovinski rudnik uporablja sinhroni motor s trajnim magnetom za pogon sinhronskega motorja s trajnim magnetom z nazivno močjo P=3000 kW. Po uporabi tega motorja se letna poraba energije pri enakem dvigovanju v primerjavi z originalnim asinhronim motorjem z navitjem zmanjša za približno 18 %.

S spremljanjem in analizo podatkov o delovanju motorja ostaja učinkovitost sinhronskih motorjev s trajnimi magneti na visoki ravni v različnih obratovalnih pogojih, zlasti pri srednjih in visokih obremenitvah, kjer je prednost učinkovitosti bolj očitna.

(2). Primeri uporabe premogovnikov

V premogovniku so namestili rudniško dvigalo s tehnologijo permanentnih magnetov. Njegov sinhroni motor s permanentnimi magneti ima moč 800 kW in se uporablja predvsem za dvigovanje in prevoz osebja ter premoga. Zaradi omejene zmogljivosti električnega omrežja premogovnika visok faktor moči sinhronskega motorja s permanentnimi magneti učinkovito zmanjšuje obremenitev električnega omrežja. Med delovanjem ni bilo večjih nihanj napetosti električnega omrežja zaradi zagona ali delovanja dvigala, kar je zagotavljalo normalno delovanje druge električne opreme v premogovniku.

4. Trend prihodnjega razvoja motorja s trajnim magnetom za rudniško dvigalo

(1). Raziskave in razvoj ter uporaba visokozmogljivih trajnih magnetnih materialov

Z nenehnim napredkom znanosti o materialih so raziskave in razvoj novih visokozmogljivih trajnih magnetnih materialov postale pomembna smer za razvoj tehnologije trajnih magnetov za rudniška dvigala. Na primer, pričakuje se, da bo nova generacija redkozemeljskih trajnih magnetnih materialov dosegla preboje na področju magnetnega energijskega produkta, koercitivne sile, temperaturne stabilnosti itd. Višji magnetni energijski produkt bo omogočil, da bodo motorji s trajnimi magneti oddajali večjo moč z manjšo prostornino in težo, kar bo dodatno izboljšalo gostoto moči rudniških dvigal; boljša temperaturna stabilnost bo omogočila, da se motorji s trajnimi magneti prilagodijo težjim rudniškim okoljem, kot so globoki rudniki z visoko temperaturo; močnejša koercitivna sila bo povečala sposobnost trajnih magnetov proti razmagnetenju ter izboljšala zanesljivost in življenjsko dobo motorja.

(2). Integracija tehnologije inteligentnega krmiljenja

V prihodnosti bo tehnologija trajnih magnetov rudniških dvigal globoko integrirana z inteligentno krmilno tehnologijo. S pomočjo umetne inteligence, velikih podatkov, interneta stvari in drugih naprednih tehnologij bo doseženo inteligentno delovanje in vzdrževanje dvigal. Na primer, z namestitvijo velikega števila senzorjev na ključne komponente motorjev s trajnimi magneti in dvigal se lahko obratovalni podatki zbirajo v realnem času, podatki pa se lahko analizirajo in obdelujejo z algoritmi umetne inteligence za zgodnje napovedovanje in diagnosticiranje okvar opreme, vnaprejšnjo pripravo načrtov vzdrževanja, zmanjšanje stopnje okvar opreme in izboljšanje obratovalne zanesljivosti. Hkrati lahko inteligentni krmilni sistem samodejno optimizira obratovalne parametre motorja, kot so hitrost, navor itd., glede na dejanske proizvodne potrebe rudnika in obratovalno stanje dvigala, da se doseže cilj varčevanja z energijo in izboljša učinkovitost ter izboljša proizvodna učinkovitost in ekonomske koristi rudnika.

(3). Sistemska integracija in modularna zasnova

Da bi izboljšali udobje in vzdrževanje uporabe tehnologije permanentnih magnetov v rudniških dvigalih, bosta sistemska integracija in modularna zasnova postala razvojni trend. Različni podsistemi, kot so motorji s permanentnimi magneti, zavorni sistemi in sistemi za varnostni nadzor, so visoko integrirani in tvorijo standardizirane funkcionalne module. Pri gradnji rudnika ali prenovi opreme morate le izbrati ustrezne module za montažo in namestitev glede na dejanske potrebe, kar močno skrajša cikel namestitve in zagona opreme ter zmanjša stroške inženirske gradnje. Poleg tega modularna zasnova olajša vzdrževanje in nadgradnje opreme. Ko modul odpove, ga je mogoče hitro zamenjati, kar zmanjša čas izpada in izboljša neprekinjenost proizvodnje v rudniku.

5. Tehnične prednosti motorja s trajnim magnetom Anhui Mingteng

Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery & Electrical Equipment Co., Ltd.（https://www.mingtengmotor.com/）. je bilo ustanovljeno leta 2007. Mingteng ima trenutno več kot 280 zaposlenih, vključno z več kot 50 strokovnjaki in tehničnimi delavci. Specializirano je za raziskave in razvoj, proizvodnjo in prodajo ultra visoko učinkovitih sinhronskih motorjev s trajnimi magneti. Njihovi izdelki pokrivajo celotno paleto visokonapetostnih, nizkonapetostnih, motorjev s konstantno frekvenco, motorjev s spremenljivo frekvenco, konvencionalnih, eksplozijsko varnih, direktnih pogonov, električnih valjev, strojev vse v enem itd. Po 17 letih tehničnega kopičenja je sposobno razviti celotno paleto motorjev s trajnimi magneti. Njihovi izdelki vključujejo različne panoge, kot so jeklarska, cementna in rudarstvo, ter lahko zadovoljijo potrebe različnih delovnih pogojev in opreme.

Ming Teng uporablja sodobno teorijo načrtovanja motorjev, profesionalno programsko opremo za načrtovanje in lastno razvit program za načrtovanje motorjev s trajnimi magneti za simulacijo elektromagnetnega polja, fluidnega polja, temperaturnega polja, napetostnega polja itd. motorja s trajnimi magneti, optimizacijo strukture magnetnega vezja, izboljšanje energetske učinkovitosti motorja ter reševanje težav pri zamenjavi ležajev velikih motorjev s trajnimi magneti na kraju samem in problem razmagnetenja trajnih magnetov, s čimer bistveno zagotavlja zanesljivo uporabo motorjev s trajnimi magneti.

6. Zaključek

Uporaba motorjev s trajnimi magneti v rudniških dvigalih je pokazala odlične zmogljivosti v smislu varnosti in tehnološkega napredka. V pogonskem sistemu visoka učinkovitost, visok faktor moči in dobre karakteristike navora sinhronskih motorjev s trajnimi magneti zagotavljajo trdno podlago za varno in stabilno delovanje dvigala.

Z analizo dejanskega primera je razvidno, da so motorji s trajnimi magneti dosegli izjemne rezultate pri uporabi rudniških dvigal v različnih vrstah rudnikov, bodisi pri zmanjševanju porabe energije, zmanjševanju stroškov vzdrževanja ali zagotavljanju varnosti osebja in opreme. V prihodnosti bodo motorji s trajnimi magneti za rudniška dvigala z razvojem visokozmogljivih materialov s trajnimi magneti, integracijo inteligentne krmilne tehnologije ter napredkom sistemske integracije in modularne zasnove odprli širše razvojne možnosti, kar bo močno spodbudilo varno proizvodnjo in učinkovito delovanje rudarske industrije. Pri nadgradnji tehnologije dvigal ali nakupu nove opreme bi se morali kupci v rudarskem sektorju v celoti zavedati ogromnega potenciala motorjev s trajnimi magneti in jih razumno uporabljati v kombinaciji z dejanskimi delovnimi pogoji, proizvodnimi potrebami in ekonomsko močjo svojih rudnikov, da bi dosegli trajnostni razvoj rudarskih podjetij.

Avtorske pravice: Ta članek je ponatis izvirne povezave:

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

Ta članek ne predstavlja stališč našega podjetja. Če imate drugačna mnenja ali stališča, nas prosim popravite!