1. Úvod

Jako klíčové zařízení důlního dopravního systému je důlní zvedák zodpovědný za zvedání a spouštění personálu, rud, materiálů atd. Bezpečnost, spolehlivost a efektivita jeho provozu přímo souvisí s efektivitou výroby v dole a bezpečností života a majetku personálu. S neustálým rozvojem moderní vědy a techniky se aplikace technologie permanentních magnetů v oblasti důlních zvedáků postupně stala výzkumným centrem.

Motory s permanentními magnety mají mnoho výhod, jako je vysoká hustota výkonu, vysoká účinnost a nízká hlučnost. Očekává se, že jejich použití v důlních výtahech výrazně zlepší výkon zařízení a zároveň přinese nové příležitosti a výzvy z hlediska zajištění bezpečnosti.

2. Aplikace technologie permanentních magnetů v pohonném systému důlních výtahů

(1). Princip činnosti synchronního motoru s permanentními magnety

Synchronní motory s permanentními magnety fungují na základě zákona elektromagnetické indukce. Základním principem je, že když statorovým vinutím prochází třífázový střídavý proud, generuje se rotující magnetické pole, které interaguje s magnetickým polem permanentního magnetu na rotoru, čímž generuje elektromagnetický moment pro otáčení motoru. Permanentní magnety na rotoru poskytují stabilní zdroj magnetického pole bez nutnosti dodatečného budicího proudu, což konstrukci motoru relativně zjednodušuje a zlepšuje účinnost přeměny energie. V důlních aplikacích s výtahy musí motor často přepínat mezi různými provozními podmínkami, jako je vysoké zatížení, nízká rychlost a nízké zatížení, vysoká rychlost. Synchronní motor s permanentními magnety dokáže díky svým vynikajícím charakteristikám točivého momentu rychle reagovat a zajistit tak plynulý chod výtahu.

(2). Technologický pokrok ve srovnání s tradičními pohonnými systémy

1. Analýza srovnání účinnosti

Tradiční důlní výtahy jsou většinou poháněny asynchronními motory s vinutým rotorem, které mají relativně nízkou účinnost. Ztráty asynchronních motorů zahrnují především ztráty v mědi statoru, ztráty v mědi rotoru, ztráty v železe, mechanické ztráty a rozptylové ztráty. Protože v synchronním motoru s permanentními magnety neprobíhá budicí proud, ztráty v mědi rotoru jsou téměř nulové a ztráty v železe jsou také sníženy díky relativně stabilním charakteristikám magnetického pole. Porovnáním skutečných zkušebních dat (jak je znázorněno na obrázku 1) je při různých rychlostech zatížení účinnost synchronního motoru s permanentními magnety výrazně vyšší než účinnost asynchronního motoru s vinutým rotorem. V rozsahu rychlosti zatížení 50 % – 100 % může být účinnost synchronního motoru s permanentními magnety asi o 10 % – 20 % vyšší než účinnost asynchronního motoru s vinutým rotorem, což může výrazně snížit náklady na spotřebu energie při dlouhodobém provozu důlních výtahů.

Obrázek 1: Porovnávací křivka účinnosti synchronního motoru s permanentními magnety a asynchronního motoru s vinutým rotorem

2. Zlepšení účiníku

Když běží asynchronní motor s vinutým rotorem, jeho účiník se obvykle pohybuje mezi 0,7 a 0,85 a pro splnění požadavků sítě jsou vyžadována další zařízení pro kompenzaci jalového výkonu. Účiník synchronního motoru s permanentním magnetem může dosáhnout až 0,96 nebo vyššího, blíží se 1. Je to proto, že magnetické pole generované permanentním magnetem výrazně snižuje poptávku po jalovém výkonu během provozu motoru. Vysoký účiník nejen snižuje zátěž jalového výkonu elektrické sítě a zlepšuje kvalitu napájení, ale také snižuje náklady na elektřinu těžebních podniků a snižuje investiční a údržbové náklady na zařízení pro kompenzaci jalového výkonu.

(3). Dopad na bezpečný provoz důlních výtahů

1. Charakteristiky rozjezdu a brzdění

Rozběhový moment synchronních motorů s permanentními magnety je plynulý a přesně regulovatelný. V okamžiku spuštění důlního výtahu se lze vyhnout problémům, jako je chvění ocelového lana a zvýšené opotřebení kladky způsobené nadměrným rázem krouticího momentu při spouštění tradičních motorů. Jeho rozběhový proud je malý a nezpůsobuje velké kolísání napětí v elektrické síti, což zajišťuje normální provoz ostatních elektrických zařízení v dole.

Pokud jde o brzdění, synchronní motory s permanentními magnety lze kombinovat s pokročilou technologií vektorového řízení pro dosažení přesné regulace brzdného momentu. Například během fáze zpomalování kladkostroje se řízením velikosti a fáze statorového proudu motor přepne do stavu brzdění generujícího energii, přemění kinetickou energii kladkostroje na elektrickou energii a dodá ji zpět do elektrické sítě, čímž se dosáhne energeticky úsporného brzdění. Ve srovnání s tradičními metodami brzdění tato metoda brzdění snižuje opotřebení mechanických brzdových součástí, prodlužuje životnost brzdového systému, snižuje riziko selhání brzdy v důsledku přehřátí brzdy a zlepšuje bezpečnost a spolehlivost brzdění kladkostroje.

2. Redundance poruch a tolerance poruch

Některé synchronní motory s permanentními magnety používají vícefázovou konstrukci vinutí, například šestifázový synchronní motor s permanentními magnety. Pokud dojde k selhání fázového vinutí motoru, zbývající fázová vinutí mohou stále udržovat základní provoz motoru, ale výstupní výkon se odpovídajícím způsobem sníží. Tato konstrukce redundance poruch umožňuje důlnímu výtahu bezpečně zvednout zvedací kontejner k ústí vrtu nebo ke dnu vrtu i v případě částečné poruchy motoru, čímž se zabrání vznášení výtahu uprostřed šachty v důsledku poruchy motoru, čímž se zajistí bezpečnost personálu a zařízení. Vezměme si jako příklad šestifázový synchronní motor s permanentními magnety, za předpokladu, že jedno z fázových vinutí je rozpojené, pak podle teorie rozložení momentu motoru mohou zbývající pětifázová vinutí stále poskytovat asi 80 % jmenovitého momentu (konkrétní hodnota souvisí s parametry motoru), což je dostatečné k udržení pomalého chodu výtahu a zajištění bezpečnosti.

3. Analýza konkrétního případu

(1). Případy použití v dolech na kovy

Velký kovový důl používá synchronní motor s permanentními magnety k pohonu synchronního motoru s permanentními magnety o jmenovitém výkonu P=3000 kW. Po použití tohoto motoru se ve srovnání s původním asynchronním motorem s vinutím při stejném zdvihacím úkolu sníží roční spotřeba energie přibližně o 18 %.

Díky monitorování a analýze provozních dat motoru zůstává účinnost synchronních motorů s permanentními magnety na vysoké úrovni za různých provozních podmínek, zejména při středním a vysokém zatížení, kde je výhoda v účinnosti zřetelnější.

(2). Případy žádostí o uhelné doly

V uhelném dole byl instalován důlní zvedák využívající technologii permanentních magnetů. Jeho synchronní motor s permanentními magnety má výkon 800 kW a používá se hlavně ke zvedání a přepravě osob a uhlí. Vzhledem k omezené kapacitě elektrické sítě uhelného dolu vysoký účiník synchronního motoru s permanentními magnety účinně snižuje zátěž elektrické sítě. Během provozu nedocházelo k žádným významným výkyvům napětí v elektrické síti v důsledku spouštění nebo provozu zvedáku, což zajistilo normální provoz ostatních elektrických zařízení v uhelném dole.

4. Trend budoucího vývoje motoru s permanentními magnety pro důlní zvedák

(1). Výzkum, vývoj a aplikace vysoce výkonných permanentních magnetických materiálů

S neustálým pokrokem v materiálové vědě se výzkum a vývoj nových vysoce výkonných materiálů s permanentními magnety stal důležitým směrem pro rozvoj technologie permanentních magnetů pro důlní výtahy. Například se očekává, že nová generace materiálů s permanentními magnety ze vzácných zemin dosáhne průlomů v oblasti magnetického energetického produktu, koercitivní síly, teplotní stability atd. Vyšší magnetický energetický produkt umožní motorům s permanentními magnety dosahovat vyššího výkonu při menším objemu a hmotnosti, což dále zlepší hustotu výkonu důlních výtahů; lepší teplotní stabilita umožní motorům s permanentními magnety přizpůsobit se drsnějším důlním prostředím, jako jsou hluboké doly s vysokými teplotami; silnější koercitivní síla zvýší schopnost permanentního magnetu bránit demagnetizaci a zlepší spolehlivost a životnost motoru.

(2). Integrace inteligentní řídicí technologie

V budoucnu bude technologie permanentních magnetů důlních výtahů hluboce integrována s inteligentní řídicí technologií. S pomocí umělé inteligence, velkých dat, internetu věcí a dalších pokročilých technologií bude realizován inteligentní provoz a údržba výtahů. Například instalací velkého počtu senzorů na klíčové komponenty motorů a výtahů s permanentními magnety lze shromažďovat provozní data v reálném čase a tato data lze analyzovat a zpracovávat pomocí algoritmů umělé inteligence, aby se dosáhlo včasné predikce a diagnostiky poruch zařízení, aby se předem sestavily plány údržby, snížila se poruchovost zařízení a zlepšila se provozní spolehlivost. Inteligentní řídicí systém zároveň dokáže automaticky optimalizovat provozní parametry motoru, jako jsou otáčky, točivý moment atd., podle skutečných výrobních potřeb dolu a provozního stavu výtahu, aby se dosáhlo cíle úspory energie a zlepšení účinnosti a zlepšila se efektivita výroby a ekonomické přínosy dolu.

(3). Systémová integrace a modulární design

Aby se zlepšilo pohodlí a údržba technologie permanentních magnetů v důlních výtahech, stane se vývojovým trendem systémová integrace a modulární konstrukce. Různé subsystémy, jako jsou motory s permanentními magnety, brzdové systémy a systémy bezpečnostního monitorování, jsou vysoce integrovány a tvoří standardizované funkční moduly. Při stavbě dolu nebo rekonstrukci zařízení stačí vybrat vhodné moduly pro montáž a instalaci podle skutečných potřeb, což výrazně zkracuje cyklus instalace a uvedení zařízení do provozu a snižuje náklady na inženýrské stavby. Modulární konstrukce navíc usnadňuje údržbu a modernizaci zařízení. Když modul selže, lze jej rychle vyměnit, což zkracuje prostoje a zlepšuje kontinuitu výroby v dole.

5. Technické výhody motoru s permanentními magnety Anhui Mingteng

Společnost Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery & Electrical Equipment Co., Ltd. (výrobce permanentních magnetických strojů a elektrických zařízení)https://www.mingtengmotor.com/）. byla založena v roce 2007. Společnost Mingteng má v současné době více než 280 zaměstnanců, včetně více než 50 odborných a technických pracovníků. Specializuje se na výzkum a vývoj, výrobu a prodej synchronních motorů s permanentními magnety s vysokou účinností. Její produkty pokrývají celou řadu vysokonapěťových, nízkonapěťových, konstantní frekvence, proměnné frekvence, konvenčních, nevýbušných, s přímým pohonem, elektrických válců, strojů typu „vše v jednom“ atd. Po 17 letech technické akumulace je schopna vyvinout celou řadu motorů s permanentními magnety. Její produkty zahrnují různá průmyslová odvětví, jako je ocelářský, cementářský a těžební průmysl, a mohou splňovat potřeby různých pracovních podmínek a zařízení.

Společnost Ming Teng využívá moderní teorii návrhu motorů, profesionální návrhový software a vlastní vývojový program pro návrh motorů s permanentními magnety k simulaci elektromagnetického pole, pole kapaliny, teplotního pole, pole napětí atd. motoru s permanentními magnety, optimalizaci struktury magnetického obvodu, zlepšení energetické účinnosti motoru a řešení problémů s výměnou ložisek na místě u velkých motorů s permanentními magnety a problému demagnetizace permanentních magnetů, čímž zásadně zajišťuje spolehlivé používání motorů s permanentními magnety.

6. Závěr

Použití motorů s permanentními magnety v důlních výtahech prokázalo vynikající výkon z hlediska bezpečnosti a technologického pokroku. V pohonném systému poskytuje vysoká účinnost, vysoký účiník a dobré charakteristiky krouticího momentu synchronních motorů s permanentními magnety pevný základ pro bezpečný a stabilní provoz výtahu.

Z analýzy skutečných případů vyplývá, že motory s permanentními magnety dosáhly pozoruhodných výsledků v aplikaci důlních výtahů v různých typech dolů, ať už ve snižování spotřeby energie, snižování nákladů na údržbu nebo zajištění bezpečnosti personálu a zařízení. S výhledem do budoucna, s vývojem vysoce výkonných materiálů s permanentními magnety, integrací inteligentní řídicí technologie a pokrokem v systémové integraci a modulární konstrukci, otevřou motory s permanentními magnety pro důlní výtahy širší perspektivu rozvoje a vnesou silný impuls do bezpečné výroby a efektivního provozu těžebního průmyslu. Při zvažování modernizace technologie výtahů nebo nákupu nového zařízení by si zákazníci v těžebním průmyslu měli plně uvědomit obrovský potenciál motorů s permanentními magnety a rozumně používat motory s permanentními magnety v kombinaci s reálnými pracovními podmínkami, výrobními potřebami a ekonomickou silou svých vlastních dolů, aby dosáhli udržitelného rozvoje těžebních podniků.

Autorská práva: Tento článek je reprintem původního odkazu:

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

Tento článek nereprezentuje názory naší společnosti. Pokud máte jiné názory nebo postoje, opravte nás prosím!