1. Вступ

Як ключове обладнання системи шахтного транспортування, шахтний підйомник відповідає за підйом та опускання персоналу, руд, матеріалів тощо. Безпека, надійність та ефективність його експлуатації безпосередньо пов'язані з ефективністю виробництва шахти та безпекою життя та майна персоналу. З постійним розвитком сучасної науки і техніки застосування технології постійних магнітів у галузі шахтних підйомників поступово стало актуальною темою досліджень.

Двигуни з постійними магнітами мають багато переваг, таких як висока щільність потужності, високий ККД та низький рівень шуму. Очікується, що їх застосування в шахтних підйомниках значно покращить продуктивність обладнання, а також створить нові можливості та створить нові виклики з точки зору забезпечення безпеки.

2. Застосування технології постійних магнітів у системі приводу шахтних підйомників

(1). Принцип роботи синхронного двигуна з постійними магнітами

Синхронні двигуни з постійними магнітами працюють на основі закону електромагнітної індукції. Основний принцип полягає в тому, що коли через обмотку статора пропускається трифазний змінний струм, генерується обертове магнітне поле, яке взаємодіє з магнітним полем постійного магніту на роторі, тим самим генеруючи електромагнітний крутний момент для обертання двигуна. Постійні магніти на роторі забезпечують стабільне джерело магнітного поля без потреби в додатковому струмі збудження, що робить конструкцію двигуна відносно простою та підвищує ефективність перетворення енергії. У сценаріях застосування шахтних підйомників двигун повинен часто перемикатися між різними робочими режимами, такими як велике навантаження, низька швидкість та мале навантаження, висока швидкість. Синхронний двигун з постійними магнітами може швидко реагувати завдяки своїм чудовим характеристикам крутного моменту, забезпечуючи безперебійну роботу підйомника.

(2). Технологічний прогрес у порівнянні з традиційними системами приводів

1. Порівняльний аналіз ефективності

Традиційні шахтні підйомники здебільшого приводяться в рух асинхронними двигунами з фазним ротором, які мають відносно низький ККД. Втрати асинхронних двигунів включають в основному втрати міді статора, втрати міді ротора, втрати в залізі, механічні втрати та втрати розсіювання. Оскільки в синхронному двигуні з постійними магнітами немає струму збудження, втрати в міді ротора практично дорівнюють нулю, а втрати в залізі також зменшуються завдяки відносно стабільним характеристикам магнітного поля. Порівняння фактичних даних випробувань (як показано на рисунку 1) показує, що при різних швидкостях навантаження ККД синхронного двигуна з постійними магнітами значно вищий, ніж у асинхронного двигуна з фазним ротором. У діапазоні швидкостей навантаження 50% – 100% ККД синхронного двигуна з постійними магнітами може бути приблизно на 10% – 20% вищим, ніж у асинхронного двигуна з фазним ротором, що може значно зменшити витрати на енергоспоживання для тривалої експлуатації шахтних підйомників.

Рисунок 1: Крива порівняння ефективності синхронного двигуна з постійними магнітами та асинхронного двигуна з фазним ротором

2. Покращення коефіцієнта потужності

Коли асинхронний двигун з фазним ротором працює, його коефіцієнт потужності зазвичай становить від 0,7 до 0,85, і для задоволення вимог мережі потрібні додаткові пристрої компенсації реактивної потужності. Коефіцієнт потужності синхронного двигуна з постійними магнітами може досягати 0,96 або вище, близький до 1. Це пояснюється тим, що магнітне поле, що генерується постійним магнітом, значно зменшує потребу в реактивній потужності під час роботи двигуна. Високий коефіцієнт потужності не тільки зменшує навантаження реактивної потужності на енергосистему та покращує її якість, але й знижує витрати на електроенергію гірничодобувних підприємств та зменшує інвестиційні та експлуатаційні витрати на обладнання для компенсації реактивної потужності.

(3). Вплив на безпечну експлуатацію шахтних підйомників

1. Характеристики запуску та гальмування

Пусковий момент синхронних двигунів з постійними магнітами є плавним та точно керованим. Під час запуску шахтного підйомника це дозволяє уникнути таких проблем, як тряска дротяного каната та підвищений знос шківа, спричинені надмірним крутним моментом під час запуску традиційних двигунів. Його пусковий струм невеликий і не спричиняє великих коливань напруги в електромережі, забезпечуючи нормальну роботу іншого електрообладнання в шахті.

Що стосується гальмування, синхронні двигуни з постійними магнітами можна поєднувати з передовою технологією векторного керування для досягнення точного регулювання гальмівного моменту. Наприклад, під час етапу уповільнення підйомника, контролюючи величину та фазу струму статора, двигун переходить у стан гальмування з генерацією енергії, перетворюючи кінетичну енергію підйомника на електричну енергію та подаючи її назад в електромережу, таким чином досягаючи енергозберігаючого гальмування. Порівняно з традиційними методами гальмування, цей метод гальмування зменшує знос механічних компонентів гальма, подовжує термін служби гальмівної системи, зменшує ризик відмови гальм через перегрів гальм, а також підвищує безпеку та надійність гальмування підйомника.

2. Надмірність відмов та відмовостійкість

Деякі синхронні двигуни з постійними магнітами використовують багатофазну конструкцію обмотки, наприклад, шестифазний синхронний двигун з постійними магнітами. Коли фазна обмотка двигуна виходить з ладу, решта фазних обмоток все ще можуть підтримувати основну роботу двигуна, але вихідна потужність відповідно зменшується. Така конструкція резервування несправностей дозволяє шахтному підйомнику безпечно піднімати підйомний контейнер до гирла або дна свердловини навіть у разі часткового виходу з ладу двигуна, запобігаючи зависанню підйомника посередині шахти через вихід з ладу двигуна, тим самим забезпечуючи безпеку персоналу та обладнання. Взявши за приклад шестифазний синхронний двигун з постійними магнітами, припускаючи, що одна з фазних обмоток розімкнута, згідно з теорією розподілу крутного моменту двигуна, решта п'ятифазних обмоток все ще можуть забезпечувати близько 80% номінального крутного моменту (конкретне значення пов'язане з параметрами двигуна), чого достатньо для підтримки повільної роботи ліфта та забезпечення безпеки.

3. Аналіз фактичного випадку

(1). Випадки застосування в металевих шахтах

У великій металевій шахті використовується синхронний двигун з постійними магнітами для керування синхронним двигуном з номінальною потужністю P=3000 кВт. Після використання цього двигуна, порівняно з оригінальним асинхронним двигуном з обмоткою, при виконанні того ж завдання підйому річне споживання енергії зменшується приблизно на 18%.

Завдяки моніторингу та аналізу робочих даних двигуна, ефективність синхронних двигунів з постійними магнітами залишається на високому рівні за різних умов експлуатації, особливо при середніх та високих навантаженнях, де перевага в ефективності є більш очевидною.

(2). Випадки застосування у вугільних шахтах

На вугільній шахті встановлено шахтний підйомник з використанням технології постійних магнітів. Його синхронний двигун з постійними магнітами має потужність 800 кВт і в основному використовується для підйому та транспортування персоналу та вугілля. Через обмежену потужність електромережі вугільної шахти, високий коефіцієнт потужності синхронного двигуна з постійними магнітами ефективно зменшує навантаження на електромережу. Під час роботи не спостерігалося значних коливань напруги в електромережі через запуск або роботу підйомника, що забезпечувало нормальну роботу іншого електрообладнання у вугільній шахті.

4. Майбутня тенденція розвитку двигуна з постійними магнітами для шахтного підйомника

(1). Дослідження, розробка та застосування високоефективних постійних магнітних матеріалів

З постійним розвитком матеріалознавства, дослідження та розробка нових високопродуктивних постійних магнітних матеріалів стали важливим напрямком розвитку технології постійних магнітів для шахтних підйомників. Наприклад, очікується, що нове покоління рідкоземельних постійних магнітних матеріалів досягне проривів у добутку магнітної енергії, коерцитивній силі, температурній стабільності тощо. Вищий добуток магнітної енергії дозволить двигунам з постійними магнітами видавати більшу потужність при меншому об'ємі та вазі, що ще більше покращить щільність потужності шахтних підйомників; краща температурна стабільність дозволить двигунам з постійними магнітами адаптуватися до суворіших шахтних середовищ, таких як глибокі шахти з високою температурою; сильніша коерцитивна сила підвищить здатність постійних магнітів до розмагнічування та покращить надійність та термін служби двигуна.

(2). Інтеграція технології інтелектуального керування

У майбутньому технологія постійних магнітів шахтних підйомників буде глибоко інтегрована з технологією інтелектуального керування. За допомогою штучного інтелекту, великих даних, Інтернету речей та інших передових технологій буде реалізовано інтелектуальну експлуатацію та обслуговування підйомників. Наприклад, встановивши велику кількість датчиків на ключові компоненти двигунів та підйомників з постійними магнітами, можна буде збирати робочі дані в режимі реального часу, а також аналізувати та обробляти їх за допомогою алгоритмів штучного інтелекту для раннього прогнозування та діагностики несправностей обладнання, заздалегідь складати плани технічного обслуговування, знижувати рівень відмов обладнання та підвищувати експлуатаційну надійність. Водночас інтелектуальна система керування може автоматично оптимізувати робочі параметри двигуна, такі як швидкість, крутний момент тощо, відповідно до фактичних виробничих потреб шахти та робочого стану підйомника, щоб досягти мети енергозбереження та підвищення ефективності, а також підвищити ефективність виробництва та економічні вигоди шахти.

(3). Системна інтеграція та модульна конструкція

Для покращення зручності та ремонтопридатності застосування технології постійних магнітів у шахтних підйомниках, системна інтеграція та модульна конструкція стануть тенденцією розвитку. Різні підсистеми, такі як двигуни з постійними магнітами, гальмівні системи та системи моніторингу безпеки, високо інтегровані для формування стандартизованих функціональних модулів. Під час будівництва шахти або реконструкції обладнання вам потрібно лише вибрати відповідні модулі для складання та встановлення відповідно до фактичних потреб, що значно скорочує цикл встановлення та введення обладнання в експлуатацію та зменшує витрати на інженерне будівництво. Крім того, модульна конструкція полегшує технічне обслуговування та модернізацію обладнання. Коли модуль виходить з ладу, його можна швидко замінити, що зменшує час простою та покращує безперервність виробництва шахти.

5. Технічні переваги двигуна з постійними магнітами Anhui Mingteng

ТОВ «Anhui Mingteng Permanent-Magnetic Machinery & Electrical Equipment» (Аньхой Мінтенг)https://www.mingtengmotor.com/）.була заснована у 2007 році. Наразі компанія Mingteng має понад 280 співробітників, включаючи понад 50 професійних та технічних працівників. Вона спеціалізується на дослідженнях, розробках, виробництві та продажу надвисокоефективних синхронних двигунів з постійними магнітами. Її продукція охоплює повний спектр високовольтних, низьковольтних, постійної частоти, змінної частоти, звичайних, вибухобезпечних, прямих приводів, електричних роликів, універсальних машин тощо. Після 17 років технічного накопичення компанія має можливість розробляти повний спектр двигунів з постійними магнітами. Її продукція охоплює різні галузі промисловості, такі як сталеливарна, цементна та гірничодобувна промисловість, і може задовольнити потреби різних умов праці та обладнання.

Компанія «Ming Teng» використовує сучасну теорію проектування двигунів, професійне програмне забезпечення для проектування та власну програму проектування двигунів з постійними магнітами для моделювання електромагнітного поля, поля рідини, температурного поля, поля напружень тощо двигуна з постійними магнітами, оптимізації структури магнітного кола, підвищення енергоефективності двигуна та вирішення труднощів із заміною підшипників великих двигунів з постійними магнітами на місці та проблеми розмагнічування постійних магнітів, що принципово забезпечує надійне використання двигунів з постійними магнітами.

6. Висновок

Застосування двигунів з постійними магнітами в шахтних підйомниках продемонструвало відмінні показники з точки зору безпеки та технологічного прогресу. У системі приводу високий ККД, високий коефіцієнт потужності та хороші характеристики крутного моменту синхронних двигунів з постійними магнітами забезпечують міцну основу для безпечної та стабільної роботи підйомника.

Завдяки аналізу реальних випадків можна побачити, що двигуни з постійними магнітами досягли вражаючих результатів у застосуванні шахтних підйомників у різних типах шахт, чи то у зниженні споживання енергії, чи то у зменшенні витрат на обслуговування, чи то у забезпеченні безпеки персоналу та обладнання. Дивлячись у майбутнє, з розвитком високопродуктивних матеріалів з постійними магнітами, інтеграцією інтелектуальних технологій керування та розвитком системної інтеграції та модульної конструкції, двигуни з постійними магнітами для шахтних підйомників відкриють ширші перспективи розвитку, надаючи потужний поштовх безпечному виробництву та ефективній роботі гірничодобувної промисловості. Розглядаючи питання модернізації технології підйомників або придбання нового обладнання, клієнти гірничодобувної промисловості повинні повністю усвідомити величезний потенціал двигунів з постійними магнітами та розумно застосовувати двигуни з постійними магнітами в поєднанні з фактичними умовами праці, виробничими потребами та економічною потужністю власних шахт для досягнення сталого розвитку гірничодобувних підприємств.

Авторське право: Ця стаття є передруком оригінального посилання:

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

Ця стаття не відображає погляди нашої компанії. Якщо у вас є інші думки чи погляди, будь ласка, виправте нас!