1.Εισαγωγή

Ως βασικός βασικός εξοπλισμός του συστήματος μεταφοράς ορυχείων, ο ανυψωτήρας ορυχείων είναι υπεύθυνος για την ανύψωση και την καθέλκυση προσωπικού, μεταλλευμάτων, υλικών κ.λπ. Η ασφάλεια, η αξιοπιστία και η αποτελεσματικότητα της λειτουργίας του σχετίζονται άμεσα με την παραγωγική αποδοτικότητα του ορυχείου και την ασφάλεια της ζωής και της περιουσίας του προσωπικού. Με τη συνεχή ανάπτυξη της σύγχρονης επιστήμης και τεχνολογίας, η εφαρμογή της τεχνολογίας μόνιμων μαγνητών στον τομέα των ανυψωτικών ορυχείων έχει σταδιακά γίνει ένα ερευνητικό hotspot.

Οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν πολλά πλεονεκτήματα, όπως υψηλή πυκνότητα ισχύος, υψηλή απόδοση και χαμηλό θόρυβο. Η εφαρμογή τους σε ανυψωτικά μηχανήματα ορυχείων αναμένεται να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση του εξοπλισμού, ενώ παράλληλα θα φέρει νέες ευκαιρίες και προκλήσεις όσον αφορά τη διασφάλιση της ασφάλειας.

2. Εφαρμογή τεχνολογίας μόνιμων μαγνητών στο σύστημα κίνησης ανυψωτικών μηχανημάτων ορυχείου

(1). Αρχή λειτουργίας σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη

Οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη λειτουργούν με βάση τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Η βασική αρχή είναι ότι όταν διέρχεται τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα μέσω της περιέλιξης του στάτη, παράγεται ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο του μόνιμου μαγνήτη στον ρότορα, παράγοντας έτσι ηλεκτρομαγνητική ροπή για να ωθήσει τον κινητήρα να περιστραφεί. Οι μόνιμοι μαγνήτες στον ρότορα παρέχουν μια σταθερή πηγή μαγνητικού πεδίου χωρίς την ανάγκη για πρόσθετο ρεύμα διέγερσης, γεγονός που καθιστά τη δομή του κινητήρα σχετικά απλή και βελτιώνει την απόδοση μετατροπής ενέργειας. Σε σενάρια εφαρμογής ανυψωτικών ορυχείων, ο κινητήρας πρέπει να εναλλάσσεται συχνά μεταξύ διαφορετικών συνθηκών λειτουργίας, όπως βαρύ φορτίο, χαμηλή ταχύτητα και ελαφρύ φορτίο, υψηλή ταχύτητα. Ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη μπορεί να ανταποκριθεί γρήγορα με τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά ροπής του για να εξασφαλίσει την ομαλή λειτουργία του ανυψωτικού.

(2). Τεχνολογική πρόοδος σε σύγκριση με τα παραδοσιακά συστήματα κίνησης

1. Ανάλυση σύγκρισης αποδοτικότητας

Τα παραδοσιακά ανυψωτικά μηχανήματα ορυχείων κινούνται κυρίως από ασύγχρονους κινητήρες με τυλιγμένο ρότορα, οι οποίοι έχουν σχετικά χαμηλή απόδοση. Οι απώλειες των ασύγχρονων κινητήρων περιλαμβάνουν κυρίως απώλειες χαλκού στον στάτορα, απώλειες χαλκού στον ρότορα, απώλειες σιδήρου, μηχανικές απώλειες και απώλειες αδέσποτων. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει ρεύμα διέγερσης στον σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη, οι απώλειες χαλκού στον ρότορα είναι σχεδόν μηδενικές και η απώλεια σιδήρου μειώνεται επίσης λόγω των σχετικά σταθερών χαρακτηριστικών του μαγνητικού πεδίου. Μέσω της σύγκρισης των πραγματικών δεδομένων δοκιμών (όπως φαίνεται στο Σχήμα 1), υπό διαφορετικούς ρυθμούς φορτίου, η απόδοση του σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή του ασύγχρονου κινητήρα με τυλιγμένο ρότορα. Στο εύρος ρυθμού φορτίου 50% - 100%, η απόδοση του σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη μπορεί να είναι περίπου 10% - 20% υψηλότερη από αυτή του ασύγχρονου κινητήρα με τυλιγμένο ρότορα, γεγονός που μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος κατανάλωσης ενέργειας για τη μακροχρόνια λειτουργία των ανυψωτικών μηχανημάτων ορυχείων.

Σχήμα 1: Καμπύλη σύγκρισης απόδοσης σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη και ασύγχρονου κινητήρα με περιελιγμένο ρότορα

2. Βελτίωση συντελεστή ισχύος

Όταν λειτουργεί ένας ασύγχρονος κινητήρας με ρότορα περιέλιξης, ο συντελεστής ισχύος του είναι συνήθως μεταξύ 0,7 και 0,85 και απαιτούνται πρόσθετες συσκευές αντιστάθμισης άεργου ισχύος για την κάλυψη των απαιτήσεων του δικτύου. Ο συντελεστής ισχύος ενός σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη μπορεί να φτάσει έως και 0,96 ή περισσότερο, κοντά στο 1. Αυτό συμβαίνει επειδή το μαγνητικό πεδίο που παράγεται από τον μόνιμο μαγνήτη μειώνει σημαντικά τη ζήτηση για άεργο ισχύ κατά τη λειτουργία του κινητήρα. Ο υψηλός συντελεστής ισχύος όχι μόνο μειώνει το φορτίο άεργου ισχύος του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας και βελτιώνει την ποιότητα ισχύος του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά μειώνει επίσης το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας των επιχειρήσεων εξόρυξης και μειώνει το κόστος επένδυσης και συντήρησης του εξοπλισμού άεργου αντιστάθμισης.

(3). Επιπτώσεις στην ασφαλή λειτουργία των ανυψωτικών μηχανημάτων ορυχείου

1. Χαρακτηριστικά εκκίνησης και πέδησης

Η ροπή εκκίνησης των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη είναι ομαλή και ελεγχόμενη με ακρίβεια. Κατά την εκκίνηση του ανυψωτικού ορυχείου, μπορούν να αποφευχθούν προβλήματα όπως η δόνηση του συρματόσχοινου και η αυξημένη φθορά της τροχαλίας που προκαλείται από την υπερβολική πρόσκρουση ροπής κατά την εκκίνηση των παραδοσιακών κινητήρων. Το ρεύμα εκκίνησης είναι μικρό και δεν θα προκαλέσει μεγάλες διακυμάνσεις τάσης στο ηλεκτρικό δίκτυο, διασφαλίζοντας την κανονική λειτουργία άλλου ηλεκτρικού εξοπλισμού στο ορυχείο.

Όσον αφορά το φρενάρισμα, οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη μπορούν να συνδυαστούν με προηγμένη τεχνολογία ελέγχου διανύσματος για να επιτευχθεί ακριβής ρύθμιση της ροπής φρεναρίσματος. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια του σταδίου επιβράδυνσης του ανυψωτήρα, ελέγχοντας το μέγεθος και τη φάση του ρεύματος του στάτη, ο κινητήρας εισέρχεται στην κατάσταση πέδησης παραγωγής ενέργειας, μετατρέποντας την κινητική ενέργεια του ανυψωτήρα σε ηλεκτρική ενέργεια και τροφοδοτώντας την πίσω στο ηλεκτρικό δίκτυο, επιτυγχάνοντας έτσι πέδηση εξοικονόμησης ενέργειας. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους πέδησης, αυτή η μέθοδος πέδησης μειώνει τη φθορά των μηχανικών εξαρτημάτων φρένων, παρατείνει τη διάρκεια ζωής του συστήματος πέδησης, μειώνει τον κίνδυνο βλάβης των φρένων λόγω υπερθέρμανσης των φρένων και βελτιώνει την ασφάλεια και την αξιοπιστία του φρεναρίσματος του ανυψωτήρα.

2. Πλεονασμός σφαλμάτων και ανοχή σφαλμάτων

Ορισμένοι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη χρησιμοποιούν σχεδιασμό πολυφασικής περιέλιξης, όπως ένας σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη έξι φάσεων. Όταν μια περιέλιξη φάσης ενός κινητήρα αποτύχει, οι υπόλοιπες περιελίξεις φάσης μπορούν να διατηρήσουν τη βασική λειτουργία του κινητήρα, αλλά η ισχύς εξόδου θα μειωθεί ανάλογα. Αυτός ο σχεδιασμός πλεονασμού σφάλματος επιτρέπει στον ανυψωτήρα ορυχείου να ανυψώσει με ασφάλεια το δοχείο ανύψωσης στην κεφαλή του φρέατος ή στον πυθμένα του φρέατος, ακόμη και σε περίπτωση μερικής βλάβης του κινητήρα, αποφεύγοντας την αιώρηση του ανυψωτήρα στη μέση του άξονα λόγω βλάβης του κινητήρα, εξασφαλίζοντας έτσι την ασφάλεια του προσωπικού και του εξοπλισμού. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα έναν σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη έξι φάσεων, υποθέτοντας ότι μία από τις περιελίξεις φάσης είναι ανοιχτή, σύμφωνα με τη θεωρία κατανομής ροπής του κινητήρα, οι υπόλοιπες πενταφασικές περιελίξεις μπορούν ακόμα να παρέχουν περίπου το 80% της ονομαστικής ροπής (η συγκεκριμένη τιμή σχετίζεται με τις παραμέτρους του κινητήρα), η οποία είναι αρκετή για να διατηρήσει την αργή λειτουργία του ανυψωτήρα και να εξασφαλίσει ασφάλεια.

3. Ανάλυση πραγματικής περίπτωσης

(1). Περιπτώσεις εφαρμογής σε μεταλλεία μετάλλων

Ένα μεγάλο μεταλλωρυχείο χρησιμοποιεί έναν σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη για να κινήσει τον σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη με ονομαστική ισχύ P=3000kw. Μετά τη χρήση αυτού του κινητήρα, σε σύγκριση με τον αρχικό ασύγχρονο κινητήρα, υπό την ίδια εργασία ανύψωσης, η ετήσια κατανάλωση ενέργειας μειώνεται κατά περίπου 18%.

Μέσω της παρακολούθησης και της ανάλυσης των δεδομένων λειτουργίας του κινητήρα, η απόδοση των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη παραμένει σε υψηλό επίπεδο υπό διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας, ειδικά σε μεσαίους και υψηλούς ρυθμούς φορτίου, όπου το πλεονέκτημα απόδοσης είναι πιο εμφανές.

(2). Περιπτώσεις εφαρμογής σε ανθρακωρυχεία

Ένα ανθρακωρυχείο εγκατέστησε έναν ανυψωτήρα ορυχείου χρησιμοποιώντας τεχνολογία μόνιμου μαγνήτη. Ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη έχει ισχύ 800kw και χρησιμοποιείται κυρίως για την ανύψωση και μεταφορά προσωπικού και άνθρακα. Λόγω της περιορισμένης χωρητικότητας του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας του ανθρακωρυχείου, ο υψηλός συντελεστής ισχύος του σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη μειώνει αποτελεσματικά την επιβάρυνση του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Κατά τη λειτουργία, δεν υπήρξε σημαντική διακύμανση στην τάση του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας λόγω της εκκίνησης ή της λειτουργίας του ανυψωτήρα, γεγονός που διασφάλισε την κανονική λειτουργία άλλου ηλεκτρικού εξοπλισμού στο ανθρακωρυχείο.

4. Μελλοντική τάση ανάπτυξης κινητήρα μόνιμου μαγνήτη για ανυψωτήρα ορυχείου

(1). Έρευνα και ανάπτυξη και εφαρμογή υλικών μόνιμου μαγνητισμού υψηλής απόδοσης

Με τη συνεχή πρόοδο της επιστήμης των υλικών, η έρευνα και ανάπτυξη νέων μόνιμων μαγνητικών υλικών υψηλής απόδοσης έχει γίνει μια σημαντική κατεύθυνση για την ανάπτυξη της τεχνολογίας μόνιμου μαγνητισμού για ανυψωτικά ορυχείων. Για παράδειγμα, η νέα γενιά υλικών μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών αναμένεται να επιτύχει σημαντικές ανακαλύψεις στο προϊόν μαγνητικής ενέργειας, τη δύναμη απομάστευσης, τη σταθερότητα θερμοκρασίας κ.λπ. Το προϊόν υψηλότερης μαγνητικής ενέργειας θα επιτρέψει στους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη να παράγουν μεγαλύτερη ισχύ με μικρότερο όγκο και βάρος, βελτιώνοντας περαιτέρω την πυκνότητα ισχύος των ανυψωτικών ορυχείων. Η καλύτερη σταθερότητα θερμοκρασίας θα επιτρέψει στους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη να προσαρμόζονται σε σκληρότερα περιβάλλοντα ορυχείων, όπως τα ορυχεία μεγάλου βάθους υψηλής θερμοκρασίας. Η ισχυρότερη δύναμη απομάστευσης θα ενισχύσει την ικανότητα αντι-απομαγνήτισης του μόνιμου μαγνήτη και θα βελτιώσει την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής του κινητήρα.

(2). Ενσωμάτωση τεχνολογίας ευφυούς ελέγχου

Στο μέλλον, η τεχνολογία μόνιμων μαγνητών των ανυψωτικών μηχανημάτων ορυχείων θα ενσωματωθεί σε βάθος με την τεχνολογία ευφυούς ελέγχου. Με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης, των μεγάλων δεδομένων, του Διαδικτύου των Πραγμάτων και άλλων προηγμένων τεχνολογιών, θα επιτευχθεί η ευφυής λειτουργία και συντήρηση των ανυψωτικών μηχανημάτων. Για παράδειγμα, με την εγκατάσταση μεγάλου αριθμού αισθητήρων σε βασικά εξαρτήματα κινητήρων μόνιμων μαγνητών και ανυψωτικών μηχανημάτων, τα δεδομένα λειτουργίας μπορούν να συλλεχθούν σε πραγματικό χρόνο και τα δεδομένα μπορούν να αναλυθούν και να υποβληθούν σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης για την έγκαιρη πρόβλεψη και διάγνωση βλαβών εξοπλισμού, την εκ των προτέρων οργάνωση σχεδίων συντήρησης, τη μείωση των ποσοστών βλαβών εξοπλισμού και τη βελτίωση της λειτουργικής αξιοπιστίας. Ταυτόχρονα, το ευφυές σύστημα ελέγχου μπορεί να βελτιστοποιήσει αυτόματα τις παραμέτρους λειτουργίας του κινητήρα, όπως η ταχύτητα, η ροπή κ.λπ., σύμφωνα με τις πραγματικές ανάγκες παραγωγής του ορυχείου και την κατάσταση λειτουργίας του ανυψωτικού μηχανήματος, έτσι ώστε να επιτευχθεί ο στόχος της εξοικονόμησης ενέργειας και της βελτίωσης της αποδοτικότητας και να βελτιωθεί η αποδοτικότητα της παραγωγής και τα οικονομικά οφέλη του ορυχείου.

(3). Ενσωμάτωση συστήματος και σχεδιασμός αρθρωτών δομών

Προκειμένου να βελτιωθεί η ευκολία και η συντηρησιμότητα της εφαρμογής της τεχνολογίας μόνιμων μαγνητών σε ανυψωτικά ορυχείων, η ενσωμάτωση συστημάτων και ο αρθρωτός σχεδιασμός θα γίνουν η τάση ανάπτυξης. Τα διάφορα υποσυστήματα, όπως οι κινητήρες μόνιμων μαγνητών, τα συστήματα πέδησης και τα συστήματα παρακολούθησης ασφάλειας, είναι σε μεγάλο βαθμό ενσωματωμένα για να σχηματίσουν τυποποιημένες λειτουργικές ενότητες. Κατά την κατασκευή ενός ορυχείου ή την ανακαίνιση εξοπλισμού, χρειάζεται μόνο να επιλέξετε τις κατάλληλες ενότητες για συναρμολόγηση και εγκατάσταση σύμφωνα με τις πραγματικές ανάγκες, γεγονός που μειώνει σημαντικά τον κύκλο εγκατάστασης και θέσης σε λειτουργία του εξοπλισμού και μειώνει το κόστος μηχανικής κατασκευής. Επιπλέον, ο αρθρωτός σχεδιασμός διευκολύνει τη συντήρηση και τις αναβαθμίσεις του εξοπλισμού. Όταν μια ενότητα αποτύχει, μπορεί να αντικατασταθεί γρήγορα, μειώνοντας τον χρόνο διακοπής λειτουργίας και βελτιώνοντας τη συνέχεια της παραγωγής του ορυχείου.

5. Τεχνικά πλεονεκτήματα του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη Anhui Mingteng

Anhui Mingteng Μόνιμα Μαγνητικά Μηχανήματα & Ηλεκτρικός Εξοπλισμός Co., Ltd (https://www.mingtengmotor.com/) ιδρύθηκε το 2007. Η Mingteng απασχολεί σήμερα περισσότερους από 280 υπαλλήλους, συμπεριλαμβανομένων περισσότερων από 50 επαγγελματιών και τεχνικών. Ειδικεύεται στην έρευνα και ανάπτυξη, παραγωγή και πώληση σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη εξαιρετικά υψηλής απόδοσης. Τα προϊόντα της καλύπτουν ένα πλήρες φάσμα κινητήρων υψηλής τάσης, χαμηλής τάσης, σταθερής συχνότητας, μεταβλητής συχνότητας, συμβατικών, αντιεκρηκτικών, άμεσης κίνησης, ηλεκτρικών κυλίνδρων, μηχανών "όλα σε ένα" κ.λπ. Μετά από 17 χρόνια τεχνικής συσσώρευσης, έχει την ικανότητα να αναπτύσσει ένα πλήρες φάσμα κινητήρων μόνιμου μαγνήτη. Τα προϊόντα της αφορούν διάφορους κλάδους όπως ο χάλυβας, το τσιμέντο και η εξόρυξη, και μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες διαφόρων συνθηκών εργασίας και εξοπλισμού.

Ο Ming Teng χρησιμοποιεί τη σύγχρονη θεωρία σχεδιασμού κινητήρων, επαγγελματικό λογισμικό σχεδιασμού και αυτοαναπτυγμένο πρόγραμμα σχεδιασμού κινητήρων μόνιμου μαγνήτη για να προσομοιώσει το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το πεδίο ρευστού, το πεδίο θερμοκρασίας, το πεδίο τάσης κ.λπ. του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη, να βελτιστοποιήσει τη δομή του μαγνητικού κυκλώματος, να βελτιώσει την ενεργειακή απόδοση του κινητήρα και να λύσει τις δυσκολίες στην αντικατάσταση ρουλεμάν μεγάλων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη επί τόπου και το πρόβλημα της απομαγνητισμού μόνιμου μαγνήτη, διασφαλίζοντας ουσιαστικά την αξιόπιστη χρήση κινητήρων μόνιμου μαγνήτη.

6. Συμπέρασμα

Η εφαρμογή κινητήρων μόνιμου μαγνήτη σε ανυψωτικά μηχανήματα ορυχείων έχει επιδείξει εξαιρετική απόδοση όσον αφορά την ασφάλεια και την τεχνολογική πρόοδο. Στο σύστημα κίνησης, η υψηλή απόδοση, ο υψηλός συντελεστής ισχύος και τα καλά χαρακτηριστικά ροπής των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη παρέχουν μια σταθερή βάση για την ασφαλή και σταθερή λειτουργία του ανυψωτικού μηχανήματος.

Μέσω της ανάλυσης πραγματικών περιπτώσεων, μπορεί να φανεί ότι οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν επιτύχει αξιοσημείωτα αποτελέσματα στην εφαρμογή ανυψωτικών μηχανημάτων ορυχείων σε διαφορετικούς τύπους ορυχείων, είτε στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, είτε στη μείωση του κόστους συντήρησης, είτε στη διασφάλιση της ασφάλειας του προσωπικού και του εξοπλισμού. Κοιτάζοντας προς το μέλλον, με την ανάπτυξη υλικών μόνιμου μαγνήτη υψηλής απόδοσης, την ενσωμάτωση της τεχνολογίας έξυπνου ελέγχου και την πρόοδο της ολοκλήρωσης συστημάτων και του αρθρωτού σχεδιασμού, οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη για ανυψωτικά μηχανήματα ορυχείων θα ανοίξουν τον δρόμο για μια ευρύτερη αναπτυξιακή προοπτική, δίνοντας ισχυρή ώθηση στην ασφαλή παραγωγή και την αποτελεσματική λειτουργία της μεταλλευτικής βιομηχανίας. Όταν εξετάζουν το ενδεχόμενο αναβάθμισης της τεχνολογίας ανυψωτικών μηχανημάτων ή αγοράς νέου εξοπλισμού, οι πελάτες της εξόρυξης θα πρέπει να αξιοποιήσουν πλήρως τις τεράστιες δυνατότητες των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη και να εφαρμόσουν εύλογα κινητήρες μόνιμου μαγνήτη σε συνδυασμό με τις πραγματικές συνθήκες εργασίας, τις ανάγκες παραγωγής και την οικονομική ισχύ των δικών τους ορυχείων, για να επιτύχουν βιώσιμη ανάπτυξη των μεταλλευτικών επιχειρήσεων.

Πνευματικά δικαιώματα: Αυτό το άρθρο είναι ανατύπωση του αρχικού συνδέσμου:

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

Αυτό το άρθρο δεν αντιπροσωπεύει τις απόψεις της εταιρείας μας. Εάν έχετε διαφορετικές γνώμες ή απόψεις, παρακαλούμε διορθώστε μας!