1. Úvod

Ako kľúčové základné zariadenie banského dopravného systému je banský výťah zodpovedný za zdvíhanie a spúšťanie personálu, rúd, materiálov atď. Bezpečnosť, spoľahlivosť a efektívnosť jeho prevádzky priamo súvisia s efektívnosťou výroby v bani a bezpečnosťou života a majetku personálu. S neustálym rozvojom modernej vedy a techniky sa aplikácia technológie permanentných magnetov v oblasti banských výťahov postupne stala výskumným bodom.

Motory s permanentnými magnetmi majú mnoho výhod, ako je vysoká hustota výkonu, vysoká účinnosť a nízka hlučnosť. Očakáva sa, že ich použitie v banských výťahoch výrazne zlepší výkon zariadení a zároveň prinesie nové príležitosti a výzvy z hľadiska zabezpečenia bezpečnosti.

2. Aplikácia technológie permanentných magnetov v systéme pohonu banských zdvíhacích zariadení

(1). Princíp činnosti synchrónneho motora s permanentným magnetom

Synchrónne motory s permanentnými magnetmi fungujú na základe zákona elektromagnetickej indukcie. Základným princípom je, že keď cez statorové vinutie prechádza trojfázový striedavý prúd, generuje sa rotujúce magnetické pole, ktoré interaguje s magnetickým poľom permanentného magnetu na rotore, čím generuje elektromagnetický krútiaci moment, ktorý poháňa motor do rotácie. Permanentné magnety na rotore poskytujú stabilný zdroj magnetického poľa bez potreby dodatočného budiaceho prúdu, čo robí konštrukciu motora relatívne jednoduchou a zlepšuje účinnosť premeny energie. V scenároch aplikácií banských zdvíhacích zariadení musí motor často prepínať medzi rôznymi prevádzkovými podmienkami, ako je vysoké zaťaženie, nízka rýchlosť a nízke zaťaženie, vysoká rýchlosť. Synchrónny motor s permanentnými magnetmi dokáže rýchlo reagovať vďaka svojim vynikajúcim charakteristikám krútiaceho momentu, aby zabezpečil plynulý chod zdvíhacieho zariadenia.

(2). Technologický pokrok v porovnaní s tradičnými systémami pohonu

1. Analýza porovnávania efektívnosti

Tradičné banské kladkostroje sú väčšinou poháňané asynchrónnymi motormi s vinutým rotorom, ktoré majú relatívne nízku účinnosť. Straty asynchrónnych motorov zahŕňajú najmä straty v statorovej medi, straty v rotorovej medi, straty v železe, mechanické straty a rozptylové straty. Keďže v synchrónnom motore s permanentnými magnetmi nie je budiaci prúd, straty v rotorovej medi sú takmer nulové a straty v železe sú tiež znížené vďaka relatívne stabilným charakteristikám magnetického poľa. Porovnaním skutočných testovacích údajov (ako je znázornené na obrázku 1) je pri rôznych zaťaženiach účinnosť synchrónneho motora s permanentnými magnetmi výrazne vyššia ako účinnosť asynchrónneho motora s vinutým rotorom. V rozsahu zaťaženia 50 % – 100 % môže byť účinnosť synchrónneho motora s permanentnými magnetmi približne o 10 % – 20 % vyššia ako účinnosť asynchrónneho motora s vinutým rotorom, čo môže výrazne znížiť náklady na spotrebu energie pri dlhodobej prevádzke banských kladkostrojov.

Obrázok 1: Porovnávacia krivka účinnosti synchrónneho motora s permanentnými magnetmi a asynchrónneho motora s vinutým rotorom

2. Zlepšenie účinníka

Keď beží asynchrónny motor s vinutým rotorom, jeho účinník sa zvyčajne pohybuje medzi 0,7 a 0,85 a na splnenie požiadaviek siete sú potrebné ďalšie zariadenia na kompenzáciu jalového výkonu. Účinník synchrónneho motora s permanentným magnetom môže byť až 0,96 alebo vyšší, blízky 1. Je to preto, že magnetické pole generované permanentným magnetom výrazne znižuje dopyt po jalovom výkone počas prevádzky motora. Vysoký účinník nielen znižuje zaťaženie elektrickej siete jalovým výkonom a zlepšuje kvalitu elektrickej energie v elektrickej sieti, ale tiež znižuje náklady na elektrinu v ťažobných podnikoch a znižuje investičné a údržbové náklady na zariadenia na kompenzáciu jalového výkonu.

(3). Vplyv na bezpečnú prevádzku banských výťahov

1. Charakteristiky rozbehu a brzdenia

Štartovací krútiaci moment synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi je plynulý a presne ovládateľný. V momente spustenia banského výťahu sa predíde problémom, ako je trasenie oceľového lana a zvýšené opotrebovanie kladky spôsobené nadmerným nárazom krútiaceho momentu pri štartovaní tradičných motorov. Jeho štartovací prúd je malý a nespôsobí veľké kolísanie napätia v elektrickej sieti, čím sa zabezpečí normálna prevádzka ostatných elektrických zariadení v bani.

Pokiaľ ide o brzdenie, synchrónne motory s permanentnými magnetmi je možné kombinovať s pokročilou technológiou vektorového riadenia na dosiahnutie presnej regulácie brzdného momentu. Napríklad počas fázy spomaľovania kladkostroja, riadením veľkosti a fázy statorového prúdu, motor prejde do stavu brzdenia generovaním energie, premieňa kinetickú energiu kladkostroja na elektrickú energiu a dodáva ju späť do elektrickej siete, čím sa dosiahne energeticky úsporné brzdenie. V porovnaní s tradičnými metódami brzdenia táto metóda brzdenia znižuje opotrebovanie mechanických brzdových komponentov, predlžuje životnosť brzdového systému, znižuje riziko poruchy brzdy v dôsledku prehriatia brzdy a zlepšuje bezpečnosť a spoľahlivosť brzdenia kladkostroja.

2. Redundancia porúch a tolerancia porúch

Niektoré synchrónne motory s permanentnými magnetmi používajú viacfázovú konštrukciu vinutia, napríklad šesťfázový synchrónny motor s permanentnými magnetmi. Keď dôjde k poruche fázového vinutia motora, zostávajúce fázové vinutia dokážu stále udržiavať základnú prevádzku motora, ale výstupný výkon sa zodpovedajúcim spôsobom zníži. Táto konštrukcia redundancie porúch umožňuje banskému výťahu bezpečne zdvihnúť zdvíhací kontajner na ústie vrtu alebo dno vrtu aj v prípade čiastočnej poruchy motora, čím sa zabráni vznášaniu výťahu uprostred šachty v dôsledku poruchy motora, čím sa zabezpečí bezpečnosť personálu a zariadenia. Vezmime si ako príklad šesťfázový synchrónny motor s permanentnými magnetmi, za predpokladu, že jedno z fázových vinutí je otvorené, podľa teórie rozloženia krútiaceho momentu motora môžu zostávajúce päťfázové vinutia stále poskytovať približne 80 % menovitého krútiaceho momentu (konkrétna hodnota súvisí s parametrami motora), čo stačí na udržanie pomalej prevádzky výťahu a zaistenie bezpečnosti.

3. Analýza skutočného prípadu

(1). Prípady použitia v kovospracujúcich baniach

Veľká kovospracujúca baňa používa na pohon synchrónny motor s permanentnými magnetmi s menovitým výkonom P = 3000 kW. Po použití tohto motora sa v porovnaní s pôvodným asynchrónnym motorom s vinutím pri rovnakej zdvíhacej úlohe zníži ročná spotreba energie približne o 18 %.

Vďaka monitorovaniu a analýze prevádzkových údajov motora zostáva účinnosť synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi na vysokej úrovni za rôznych prevádzkových podmienok, najmä pri strednom a vysokom zaťažení, kde je výhoda účinnosti zreteľnejšia.

(2). Prípady žiadosti o uhoľné bane

V uhoľnej bani bol nainštalovaný banský výťah s technológiou permanentných magnetov. Jeho synchrónny motor s permanentnými magnetmi má výkon 800 kW a používa sa hlavne na zdvíhanie a prepravu osôb a uhlia. Vzhľadom na obmedzenú kapacitu elektrickej siete uhoľnej bane vysoký účinník synchrónneho motora s permanentnými magnetmi účinne znižuje zaťaženie elektrickej siete. Počas prevádzky nedochádzalo k výrazným výkyvom napätia v elektrickej sieti v dôsledku spustenia alebo prevádzky výťahu, čo zabezpečilo normálnu prevádzku ostatných elektrických zariadení v uhoľnej bani.

4. Budúci vývojový trend motora s permanentnými magnetmi pre banské zdvíhacie zariadenia

(1). Výskum, vývoj a aplikácia vysokovýkonných permanentných magnetických materiálov

Vďaka neustálemu pokroku v materiálovej vede sa výskum a vývoj nových vysokovýkonných permanentných magnetických materiálov stal dôležitým smerom pre rozvoj technológie permanentných magnetov pre banské kladkostroje. Napríklad sa očakáva, že nová generácia materiálov s permanentnými magnetmi zo vzácnych zemín dosiahne prelomy v oblasti magnetického energetického produktu, koercitívnej sily, teplotnej stability atď. Vyšší magnetický energetický produkt umožní motorom s permanentnými magnetmi dosahovať väčší výkon pri menšom objeme a hmotnosti, čím sa ďalej zlepší hustota výkonu banských kladkostrojov; lepšia teplotná stabilita umožní motorom s permanentnými magnetmi prispôsobiť sa drsnejšiemu banskému prostrediu, ako sú napríklad hlboké bane s vysokou teplotou; silnejšia koercitívna sila zvýši schopnosť permanentného magnetu proti demagnetizácii a zlepší spoľahlivosť a životnosť motora.

(2). Integrácia inteligentnej riadiacej technológie

V budúcnosti bude technológia permanentných magnetov banských výťahov hlboko integrovaná s inteligentnou riadiacou technológiou. S pomocou umelej inteligencie, veľkých dát, internetu vecí a ďalších pokročilých technológií sa dosiahne inteligentná prevádzka a údržba výťahov. Napríklad inštaláciou veľkého počtu senzorov na kľúčové komponenty motorov a výťahov s permanentnými magnetmi je možné zhromažďovať prevádzkové údaje v reálnom čase a tieto údaje je možné analyzovať a spracovávať pomocou algoritmov umelej inteligencie, aby sa dosiahla včasná predpoveď a diagnostika porúch zariadení, vopred sa zostavili plány údržby, znížila sa poruchovosť zariadení a zlepšila sa prevádzková spoľahlivosť. Zároveň inteligentný riadiaci systém dokáže automaticky optimalizovať prevádzkové parametre motora, ako sú otáčky, krútiaci moment atď., podľa skutočných výrobných potrieb bane a prevádzkového stavu výťahu, aby sa dosiahol cieľ úspory energie a zlepšenia efektívnosti a zlepšila sa efektívnosť výroby a ekonomické výhody bane.

(3). Systémová integrácia a modulárny dizajn

Aby sa zlepšilo pohodlie a údržba aplikácie technológie permanentných magnetov v banských zdvíhacích zariadeniach, vývojovým trendom sa stane systémová integrácia a modulárny dizajn. Rôzne subsystémy, ako sú motory s permanentnými magnetmi, brzdové systémy a systémy monitorovania bezpečnosti, sú vysoko integrované a tvoria štandardizované funkčné moduly. Pri výstavbe bane alebo rekonštrukcii zariadenia stačí vybrať vhodné moduly na montáž a inštaláciu podľa skutočných potrieb, čo výrazne skracuje cyklus inštalácie a uvedenia zariadenia do prevádzky a znižuje náklady na inžiniersku výstavbu. Modulárny dizajn navyše uľahčuje údržbu a modernizáciu zariadenia. Keď modul zlyhá, je možné ho rýchlo vymeniť, čím sa skracujú prestoje a zlepšuje sa kontinuita výroby v bani.

5. Technické výhody motora s permanentným magnetom Anhui Mingteng

Spoločnosť Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery & Electrical Equipment Co., Ltd. (alebo: Spoločnosť Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery & Electrical Equipment Co., Ltd.)https://www.mingtengmotor.com/）.bola založená v roku 2007. Spoločnosť Mingteng má v súčasnosti viac ako 280 zamestnancov, vrátane viac ako 50 odborných a technických pracovníkov. Špecializuje sa na výskum a vývoj, výrobu a predaj synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi s ultra vysokou účinnosťou. Jej produkty pokrývajú celú škálu vysokonapäťových, nízkonapäťových, motorov s konštantnou frekvenciou, motorov s premenlivou frekvenciou, konvenčných, nevýbušných, s priamym pohonom, elektrických valcov, strojov typu „všetko v jednom“ atď. Po 17 rokoch technickej akumulácie je schopná vyvinúť celú škálu motorov s permanentnými magnetmi. Jej produkty pokrývajú rôzne odvetvia, ako je oceliarsky, cementárenský a banícky priemysel, a dokážu splniť potreby rôznych pracovných podmienok a zariadení.

Spoločnosť Ming Teng využíva modernú teóriu návrhu motorov, profesionálny návrhový softvér a vlastnoručne vyvinutý program na návrh motorov s permanentnými magnetmi na simuláciu elektromagnetického poľa, fluidného poľa, teplotného poľa, napäťového poľa atď. motora s permanentnými magnetmi, optimalizáciu štruktúry magnetického obvodu, zlepšenie energetickej účinnosti motora a riešenie problémov s výmenou ložísk veľkých motorov s permanentnými magnetmi na mieste a problém demagnetizácie permanentných magnetov, čím sa zásadne zabezpečuje spoľahlivé používanie motorov s permanentnými magnetmi.

6. Záver

Použitie motorov s permanentnými magnetmi v banských výťahoch preukázalo vynikajúci výkon z hľadiska bezpečnosti a technologického pokroku. V pohonnom systéme poskytuje vysoká účinnosť, vysoký účinník a dobré krútiace momenty synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi pevný základ pre bezpečnú a stabilnú prevádzku výťahu.

Analýzou skutočných prípadov je zrejmé, že motory s permanentnými magnetmi dosiahli pozoruhodné výsledky v aplikácii banských kladkostrojov v rôznych typoch baní, či už ide o zníženie spotreby energie, zníženie nákladov na údržbu alebo zabezpečenie bezpečnosti personálu a zariadení. S výhľadom do budúcnosti, s vývojom vysokovýkonných materiálov s permanentnými magnetmi, integráciou inteligentnej riadiacej technológie a pokrokom v systémovej integrácii a modulárnom dizajne, motory s permanentnými magnetmi pre banské kladkostroje otvoria širšiu perspektívu rozvoja a vnesú silný impulz do bezpečnej výroby a efektívnej prevádzky ťažobného priemyslu. Pri zvažovaní modernizácie zdvíhacej technológie alebo nákupu nových zariadení by si zákazníci v ťažobnom priemysle mali plne uvedomiť obrovský potenciál motorov s permanentnými magnetmi a rozumne ich používať v kombinácii so skutočnými pracovnými podmienkami, výrobnými potrebami a ekonomickou silou svojich vlastných baní, aby sa dosiahol udržateľný rozvoj ťažobných podnikov.

Autorské práva: Tento článok je dotlačou pôvodného odkazu:

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

Tento článok nepredstavuje názory našej spoločnosti. Ak máte iné názory alebo pohľady, opravte nás!