1. Introdución

Como equipo central clave do sistema de transporte de minas, o polipasto de minas é o responsable de levantar e baixar persoal, minerais, materiais, etc. A seguridade, fiabilidade e eficiencia do seu funcionamento están directamente relacionadas coa eficiencia da produción da mina e coa seguridade da vida e os bens do persoal. Co desenvolvemento continuo da ciencia e a tecnoloxía modernas, a aplicación da tecnoloxía de imáns permanentes no campo dos polipastos de minas converteuse gradualmente nun punto de interese para a investigación.

Os motores de imán permanente teñen moitas vantaxes, como unha alta densidade de potencia, unha alta eficiencia e un baixo nivel de ruído. Espérase que a súa aplicación aos polipastos de mina mellore significativamente o rendemento dos equipos, ao tempo que trae novas oportunidades e desafíos en termos de garantía de seguridade.

2. Aplicación da tecnoloxía de imáns permanentes no sistema de accionamento de elevadores de minas

(1). Principio de funcionamento do motor síncrono de imán permanente

Os motores síncronos de imán permanente funcionan segundo a lei da indución electromagnética. O principio fundamental é que, cando se pasa corrente alterna trifásica a través do enrolamento do estator, xérase un campo magnético rotatorio que interactúa co campo magnético do imán permanente do rotor, xerando así un par electromagnético que fai que o motor xire. Os imáns permanentes do rotor proporcionan unha fonte de campo magnético estable sen necesidade de corrente de excitación adicional, o que fai que a estrutura do motor sexa relativamente sinxela e mellora a eficiencia da conversión de enerxía. Nos escenarios de aplicacións de elevación en minas, o motor necesita cambiar frecuentemente entre diferentes condicións de funcionamento, como carga pesada, baixa velocidade e carga lixeira, alta velocidade. O motor síncrono de imán permanente pode responder rapidamente coas súas excelentes características de par para garantir o bo funcionamento do elevador.

(2). Avance tecnolóxico en comparación cos sistemas de accionamento tradicionais

1. Análise comparativa da eficiencia

Os polipastos tradicionais para minas funcionan principalmente con motores asíncronos de rotor bobinado, que teñen unha eficiencia relativamente baixa. As perdas dos motores asíncronos inclúen principalmente a perda de cobre do estator, a perda de cobre do rotor, a perda de ferro, a perda mecánica e a perda de dispersión. Dado que non hai corrente de excitación no motor síncrono de imán permanente, a perda de cobre do rotor é case cero e a perda de ferro tamén se reduce debido ás características do campo magnético relativamente estables. Mediante a comparación dos datos de proba reais (como se mostra na Figura 1), baixo diferentes taxas de carga, a eficiencia do motor síncrono de imán permanente é significativamente maior que a do motor asíncrono de rotor bobinado. No rango de taxa de carga do 50% ao 100%, a eficiencia do motor síncrono de imán permanente pode ser aproximadamente un 10% a un 20% maior que a do motor asíncrono de rotor bobinado, o que pode reducir significativamente os custos de consumo de enerxía para o funcionamento a longo prazo dos polipastos para minas.

Figura 1: Curva de comparación da eficiencia dun motor síncrono de imán permanente e dun motor asíncrono de rotor bobinado

2. Mellora do factor de potencia

Cando funciona un motor asíncrono de rotor bobinado, o seu factor de potencia adoita estar entre 0,7 e 0,85, e requírense dispositivos adicionais de compensación de potencia reactiva para cumprir os requisitos da rede. O factor de potencia dun motor síncrono de imán permanente pode ser tan alto como 0,96 ou superior, preto de 1. Isto débese a que o campo magnético xerado polo imán permanente reduce en gran medida a demanda de potencia reactiva durante o funcionamento do motor. Un factor de potencia elevado non só reduce a carga de potencia reactiva da rede eléctrica e mellora a calidade da enerxía da rede eléctrica, senón que tamén reduce o custo da electricidade das empresas mineiras e reduce os custos de investimento e mantemento dos equipos de compensación reactiva.

(3). Impacto no funcionamento seguro dos polipastos de mina

1. Características de arranque e freada

O par de arranque dos motores síncronos de imán permanente é suave e controlable con precisión. No momento do arranque do polipasto da mina, pode evitar problemas como a vibración do cable de aceiro e o aumento do desgaste da polea causado por un impacto de par excesivo cando se arrancan os motores tradicionais. A súa corrente de arranque é pequena e non causará grandes flutuacións de tensión na rede eléctrica, garantindo o funcionamento normal doutros equipos eléctricos da mina.

En termos de freada, os motores síncronos de imán permanente pódense combinar cunha tecnoloxía avanzada de control vectorial para lograr unha regulación precisa do par de freada. Por exemplo, durante a fase de desaceleración do polipasto, ao controlar a magnitude e a fase da corrente do estator, o motor entra no estado de freada de xeración de enerxía, convertendo a enerxía cinética do polipasto en enerxía eléctrica e devolvéndoa á rede eléctrica, conseguindo así unha freada de aforro de enerxía. En comparación cos métodos de freada tradicionais, este método de freada reduce o desgaste dos compoñentes mecánicos do freado, prolonga a vida útil do sistema de freada, reduce o risco de fallo do freado debido ao sobrequecemento do freado e mellora a seguridade e a fiabilidade da freada do polipasto.

2. Redundancia de fallos e tolerancia a fallos

Algúns motores síncronos de imán permanente empregan un deseño de enrolamento multifásico, como un motor síncrono de imán permanente de seis fases. Cando falla un enrolamento de fase dun motor, os enrolamentos de fase restantes aínda poden manter o funcionamento básico do motor, pero a potencia de saída reducirase en consecuencia. Este deseño de redundancia de fallos permite que o elevador da mina eleve con seguridade o contedor de elevación ata a boca do pozo ou o fondo do pozo mesmo en caso de fallo parcial do motor, evitando que o elevador se quede suspendido no medio do eixe debido a un fallo do motor, garantindo así a seguridade do persoal e do equipo. Tomando como exemplo un motor síncrono de imán permanente de seis fases, supoñendo que un dos enrolamentos de fase está aberto, segundo a teoría de distribución de par do motor, os enrolamentos de cinco fases restantes aínda poden proporcionar aproximadamente o 80 % do par nominal (o valor específico está relacionado cos parámetros do motor), o que é suficiente para manter o funcionamento lento do elevador e garantir a seguridade.

3. Análise de casos reais

(1). Casos de aplicación en minas de metal

Unha gran mina de metal emprega un motor síncrono de imán permanente para accionar o motor síncrono de imán permanente cunha potencia nominal de P=3000 kW. Despois de usar este motor, en comparación co motor asíncrono bobinado orixinal, na mesma tarefa de elevación, o consumo anual de enerxía redúcese aproximadamente un 18 %.

Mediante a monitorización e a análise dos datos de funcionamento do motor, a eficiencia dos motores síncronos de imán permanente mantense a un nivel alto en diferentes condicións de funcionamento, especialmente a taxas de carga medias e altas, onde a vantaxe de eficiencia é máis evidente.

(2). Casos de solicitude de minas de carbón

Unha mina de carbón instalou un elevador de mina empregando tecnoloxía de imán permanente. O seu motor síncrono de imán permanente ten unha potencia de 800 kW e utilízase principalmente para elevar e transportar persoal e carbón. Debido á capacidade limitada da rede eléctrica da mina de carbón, o alto factor de potencia do motor síncrono de imán permanente reduce eficazmente a carga sobre a rede eléctrica. Durante o funcionamento, non houbo flutuación significativa na tensión da rede eléctrica debido á posta en marcha ou ao funcionamento do elevador, o que garantiu o funcionamento normal doutros equipos eléctricos da mina de carbón.

4. Tendencia de desenvolvemento futuro do motor de imán permanente para polipastos de minas

(1). Investigación, desenvolvemento e aplicación de materiais magnéticos permanentes de alto rendemento

Co avance continuo da ciencia dos materiais, a investigación e o desenvolvemento de novos materiais magnéticos permanentes de alto rendemento converteuse nunha dirección importante para o desenvolvemento da tecnoloxía magnética permanente para polipastos de mina. Por exemplo, espérase que a nova xeración de materiais magnéticos permanentes de terras raras logre avances no produto de enerxía magnética, forza coercitiva, estabilidade da temperatura, etc. Un maior produto de enerxía magnética permitirá que os motores de imán permanente produzan maior potencia con menor volume e peso, mellorando aínda máis a densidade de potencia dos polipastos de mina; unha mellor estabilidade da temperatura permitirá que os motores de imán permanente se adapten a ambientes mineiros máis duros, como minas profundas de alta temperatura; unha forza coercitiva máis forte mellorará a capacidade antidesmagnetización do imán permanente e mellorará a fiabilidade e a vida útil do motor.

(2). Integración da tecnoloxía de control intelixente

No futuro, a tecnoloxía de imáns permanentes dos polipastos de mina integrarase profundamente coa tecnoloxía de control intelixente. Coa axuda da intelixencia artificial, o big data, a Internet das cousas e outras tecnoloxías avanzadas, realizarase o funcionamento e mantemento intelixentes dos polipastos. Por exemplo, ao instalar un gran número de sensores nos compoñentes clave dos motores e polipastos de imáns permanentes, os datos operativos pódense recoller en tempo real e os datos pódense analizar e procesar mediante algoritmos de intelixencia artificial para lograr unha predición e un diagnóstico temperáns de fallos dos equipos, organizar plans de mantemento con antelación, reducir as taxas de fallo dos equipos e mellorar a fiabilidade operativa. Ao mesmo tempo, o sistema de control intelixente pode optimizar automaticamente os parámetros de funcionamento do motor, como a velocidade, o par, etc., segundo as necesidades reais de produción da mina e o estado de funcionamento do polipasto, para lograr o obxectivo de aforro de enerxía e mellora da eficiencia e mellorar a eficiencia da produción e os beneficios económicos da mina.

(3). Integración de sistemas e deseño modular

Co fin de mellorar a comodidade e a mantenibilidade da aplicación da tecnoloxía de imáns permanentes nos elevadores de minas, a integración de sistemas e o deseño modular converteranse na tendencia de desenvolvemento. Os diversos subsistemas, como os motores de imáns permanentes, os sistemas de freada e os sistemas de vixilancia de seguridade, están altamente integrados para formar módulos funcionais estandarizados. Ao construír unha mina ou renovar equipos, só precisa seleccionar os módulos axeitados para a montaxe e a instalación segundo as necesidades reais, o que acurta considerablemente o ciclo de instalación e posta en servizo do equipo e reduce os custos de construción de enxeñaría. Ademais, o deseño modular facilita o mantemento e as actualizacións do equipo. Cando un módulo falla, pódese substituír rapidamente, o que reduce o tempo de inactividade e mellora a continuidade da produción da mina.

5. Vantaxes técnicas do motor de imán permanente Anhui Mingteng

Anhui Mingteng Maquinaria e Equipamento Eléctrico Magnético Permanente Co., Ltd. (https://www.mingtengmotor.com/）.foi fundada en 2007. Mingteng conta actualmente con máis de 280 empregados, incluídos máis de 50 profesionais e técnicos. Especialízase na investigación e desenvolvemento, produción e venda de motores síncronos de imán permanente de ultra alta eficiencia. Os seus produtos abarcan unha gama completa de alta tensión, baixa tensión, frecuencia constante, frecuencia variable, convencionais, a proba de explosións, accionamento directo, rolos eléctricos, máquinas todo en un, etc. Despois de 17 anos de acumulación técnica, ten a capacidade de desenvolver unha gama completa de motores de imán permanente. Os seus produtos abarcan diversas industrias como o aceiro, o cemento e a minería, e poden satisfacer as necesidades de diversas condicións de traballo e equipos.

Ming Teng emprega a teoría moderna do deseño de motores, software de deseño profesional e un programa de deseño de motores de imán permanente de desenvolvemento propio para simular o campo electromagnético, o campo de fluídos, o campo de temperatura, o campo de tensión, etc. do motor de imán permanente, optimizar a estrutura do circuíto magnético, mellorar a eficiencia enerxética do motor e resolver as dificultades na substitución in situ dos rodamentos de grandes motores de imán permanente e o problema da desmagnetización dos imáns permanentes, garantindo fundamentalmente o uso fiable dos motores de imán permanente.

6. Conclusión

A aplicación de motores de imán permanente en polipastos de minas demostrou un excelente rendemento en termos de seguridade e avance tecnolóxico. No sistema de accionamento, a alta eficiencia, o alto factor de potencia e as boas características de par dos motores síncronos de imán permanente proporcionan unha base sólida para o funcionamento seguro e estable do polipasto.

Mediante a análise de casos reais, pódese observar que os motores de imán permanente acadaron resultados notables na aplicación de elevadores de mina en diferentes tipos de minas, xa sexa na redución do consumo de enerxía, na redución dos custos de mantemento ou na garantía da seguridade do persoal e dos equipos. De cara ao futuro, co desenvolvemento de materiais de imán permanente de alto rendemento, a integración da tecnoloxía de control intelixente e o avance da integración de sistemas e o deseño modular, os motores de imán permanente para elevadores de mina marcarán o comezo dunha perspectiva de desenvolvemento máis ampla, inxectando un forte impulso á produción segura e ao funcionamento eficiente da industria mineira. Ao considerar a actualización da tecnoloxía de elevación ou a compra de novos equipos, os clientes mineiros deben comprender plenamente o enorme potencial dos motores de imán permanente e aplicar razoablemente os motores de imán permanente en combinación coas condicións de traballo reais, as necesidades de produción e a forza económica das súas propias minas para lograr o desenvolvemento sostible das empresas mineiras.

Dereitos de autor: Este artigo é unha reimpresión da ligazón orixinal:

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

Este artigo non representa os puntos de vista da nosa empresa. Se tes opinións ou puntos de vista diferentes, corríxenos!