1.Введение

Будучи ключевым основным оборудованием шахтной транспортной системы, шахтный подъемник отвечает за подъем и спуск персонала, руды, материалов и т. д. Безопасность, надежность и эффективность его работы напрямую связаны с эффективностью производства на руднике, а также безопасностью жизни и имущества персонала. Благодаря непрерывному развитию современной науки и техники применение технологии постоянных магнитов в области шахтных подъемников постепенно стало горячей точкой исследований.

Двигатели с постоянными магнитами имеют много преимуществ, таких как высокая плотность мощности, высокая эффективность и низкий уровень шума. Ожидается, что их применение в шахтных подъемниках значительно улучшит производительность оборудования, а также принесет новые возможности и вызовы с точки зрения обеспечения безопасности.

2. Применение технологии постоянных магнитов в системе привода шахтного подъемника

(1).Принцип работы синхронного двигателя с постоянными магнитами

Синхронные двигатели с постоянными магнитами работают на основе закона электромагнитной индукции. Основной принцип заключается в том, что при прохождении трехфазного переменного тока через обмотку статора создается вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита на роторе, тем самым создавая электромагнитный крутящий момент для вращения двигателя. Постоянные магниты на роторе обеспечивают стабильный источник магнитного поля без необходимости в дополнительном токе возбуждения, что делает конструкцию двигателя относительно простой и повышает эффективность преобразования энергии. В сценариях применения шахтного подъемника двигатель должен часто переключаться между различными рабочими условиями, такими как большая нагрузка, низкая скорость и небольшая нагрузка, высокая скорость. Синхронный двигатель с постоянными магнитами может быстро реагировать благодаря своим превосходным характеристикам крутящего момента, обеспечивая плавную работу подъемника.

(2) Технологический прогресс по сравнению с традиционными системами привода

1. Сравнительный анализ эффективности

Традиционные шахтные подъемники в основном приводятся в действие асинхронными двигателями с фазным ротором, которые имеют относительно низкий КПД. Потери асинхронных двигателей в основном включают потери в меди статора, потери в меди ротора, потери в стали, механические потери и паразитные потери. Поскольку в синхронном двигателе с постоянными магнитами отсутствует ток возбуждения, потери в меди ротора практически равны нулю, а потери в стали также уменьшаются из-за относительно стабильных характеристик магнитного поля. Сравнивая фактические данные испытаний (как показано на рисунке 1), при различных скоростях нагрузки эффективность синхронного двигателя с постоянными магнитами значительно выше, чем у асинхронного двигателя с фазным ротором. В диапазоне скоростей нагрузки 50% - 100% эффективность синхронного двигателя с постоянными магнитами может быть примерно на 10% - 20% выше, чем у асинхронного двигателя с фазным ротором, что может значительно снизить затраты на потребление энергии при длительной эксплуатации шахтных подъемников.

Рисунок 1: Кривая сравнения эффективности синхронного двигателя с постоянными магнитами и асинхронного двигателя с фазным ротором

2. Улучшение коэффициента мощности

При работе асинхронного двигателя с фазным ротором его коэффициент мощности обычно составляет от 0,7 до 0,85, и для удовлетворения требований сети требуются дополнительные устройства компенсации реактивной мощности. Коэффициент мощности синхронного двигателя с постоянными магнитами может достигать 0,96 или выше, что близко к 1. Это связано с тем, что магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, значительно снижает потребность в реактивной мощности во время работы двигателя. Высокий коэффициент мощности не только снижает реактивную нагрузку на электросеть и улучшает качество электроэнергии в электросети, но и снижает стоимость электроэнергии горнодобывающих предприятий и снижает инвестиции и расходы на техническое обслуживание оборудования для компенсации реактивной мощности.

(3) Влияние на безопасную эксплуатацию шахтных подъемников

1.Характеристики пуска и торможения

Пусковой момент синхронных двигателей с постоянными магнитами плавный и точно контролируемый. В момент запуска шахтного подъемника он может избежать таких проблем, как встряхивание троса и повышенный износ шкива, вызванные чрезмерным воздействием крутящего момента при запуске традиционных двигателей. Его пусковой ток невелик и не вызовет больших колебаний напряжения в электросети, обеспечивая нормальную работу другого электрооборудования в шахте.

Что касается торможения, синхронные двигатели с постоянными магнитами можно комбинировать с передовой технологией векторного управления для достижения точного регулирования тормозного момента. Например, на этапе замедления подъемника, контролируя величину и фазу тока статора, двигатель переходит в состояние торможения выработки электроэнергии, преобразуя кинетическую энергию подъемника в электрическую энергию и возвращая ее в электросеть, тем самым достигая энергосберегающего торможения. По сравнению с традиционными методами торможения, этот метод торможения снижает износ механических компонентов тормоза, продлевает срок службы тормозной системы, снижает риск отказа тормоза из-за перегрева тормоза и повышает безопасность и надежность торможения подъемника.

2. Резервирование отказов и отказоустойчивость

Некоторые синхронные двигатели с постоянными магнитами используют конструкцию многофазной обмотки, например, шестифазный синхронный двигатель с постоянными магнитами. При выходе из строя фазной обмотки двигателя оставшиеся фазные обмотки все еще могут поддерживать основную работу двигателя, но выходная мощность будет соответственно снижена. Такая конструкция с избыточностью отказов позволяет шахтному подъемнику безопасно поднимать подъемный контейнер к устью скважины или дну скважины даже в случае частичного отказа двигателя, избегая зависания подъемника в середине шахты из-за отказа двигателя, тем самым обеспечивая безопасность персонала и оборудования. Если взять в качестве примера шестифазный синхронный двигатель с постоянными магнитами, предположив, что одна из фазных обмоток разомкнута, то согласно теории распределения крутящего момента двигателя оставшиеся пятифазные обмотки все еще могут обеспечивать около 80% номинального крутящего момента (конкретное значение связано с параметрами двигателя), что достаточно для поддержания медленной работы лифта и обеспечения безопасности.

3. Анализ фактического случая

(1) Примеры применения в металлических рудниках

Крупная шахта по добыче металла использует синхронный двигатель с постоянными магнитами для привода синхронного двигателя с постоянными магнитами с номинальной мощностью P=3000 кВт. После использования этого двигателя, по сравнению с исходным асинхронным двигателем с обмоткой, при той же подъемной задаче годовое потребление электроэнергии снижается примерно на 18%

Благодаря мониторингу и анализу данных эксплуатации двигателя эффективность синхронных двигателей с постоянными магнитами остается на высоком уровне в различных условиях эксплуатации, особенно при средних и высоких нагрузках, где преимущество в эффективности наиболее очевидно.

(2) Примеры применения в угольных шахтах

На угольной шахте установлен шахтный подъемник с использованием технологии постоянных магнитов. Его синхронный двигатель с постоянными магнитами имеет мощность 800 кВт и в основном используется для подъема и транспортировки персонала и угля. В связи с ограниченной пропускной способностью электросети угольной шахты высокий коэффициент мощности синхронного двигателя с постоянными магнитами эффективно снижает нагрузку на электросеть. Во время эксплуатации не было значительных колебаний напряжения электросети из-за пуска или работы подъемника, что обеспечивало нормальную работу другого электрооборудования угольной шахты.

4.Перспективы развития двигателей с постоянными магнитами для шахтных подъемников

(1) Исследования, разработки и применение высокоэффективных постоянных магнитных материалов.

Благодаря непрерывному развитию материаловедения, исследования и разработки новых высокопроизводительных постоянных магнитных материалов стали важным направлением развития технологии постоянных магнитов для шахтных подъемников. Например, ожидается, что новое поколение редкоземельных постоянных магнитных материалов достигнет прорыва в магнитном энергетическом произведении, коэрцитивной силе, температурной стабильности и т. д. Более высокое магнитное энергетическое произведение позволит двигателям с постоянными магнитами выдавать большую мощность при меньшем объеме и весе, что еще больше повысит удельную мощность шахтных подъемников; лучшая температурная стабильность позволит двигателям с постоянными магнитами адаптироваться к более суровым условиям шахт, таким как высокотемпературные глубокие шахты; более высокая коэрцитивная сила повысит антиразмагничивающую способность постоянного магнита и увеличит надежность и срок службы двигателя.

(2) Интеграция интеллектуальной технологии управления

В будущем технология постоянных магнитов шахтных подъемников будет глубоко интегрирована с технологией интеллектуального управления. С помощью искусственного интеллекта, больших данных, Интернета вещей и других передовых технологий будет реализована интеллектуальная эксплуатация и обслуживание подъемников. Например, путем установки большого количества датчиков на ключевых компонентах двигателей с постоянными магнитами и подъемников можно собирать эксплуатационные данные в режиме реального времени, а также анализировать и обрабатывать данные с использованием алгоритмов искусственного интеллекта для достижения раннего прогнозирования и диагностики отказов оборудования, заблаговременной организации планов технического обслуживания, снижения частоты отказов оборудования и повышения эксплуатационной надежности. В то же время интеллектуальная система управления может автоматически оптимизировать рабочие параметры двигателя, такие как скорость, крутящий момент и т. д., в соответствии с фактическими производственными потребностями шахты и рабочим состоянием подъемника, чтобы достичь цели энергосбережения и повышения эффективности, а также повысить эффективность производства и экономические выгоды шахты.

(3) Системная интеграция и модульная конструкция

Для повышения удобства и ремонтопригодности применения технологии постоянных магнитов в шахтных подъемниках системная интеграция и модульная конструкция станут тенденцией развития. Различные подсистемы, такие как двигатели с постоянными магнитами, тормозные системы и системы контроля безопасности, высоко интегрированы для формирования стандартизированных функциональных модулей. При строительстве шахты или реконструкции оборудования вам нужно только выбрать соответствующие модули для сборки и установки в соответствии с фактическими потребностями, что значительно сокращает цикл установки и ввода оборудования в эксплуатацию и снижает затраты на инженерное строительство. Кроме того, модульная конструкция облегчает обслуживание и модернизацию оборудования. В случае выхода из строя модуля его можно быстро заменить, что сокращает время простоя и улучшает непрерывность производства на шахте.

5.Технические преимущества двигателя с постоянными магнитами Anhui Mingteng

Аньхой Минтэн Перманентно-магнитные машины и электротехническое оборудование Co., Ltd（https://www.mingtengmotor.com/）.была основана в 2007 году. В настоящее время в Mingteng работает более 280 сотрудников, в том числе более 50 специалистов и технических специалистов. Компания специализируется на исследованиях и разработках, производстве и продаже сверхвысокоэффективных синхронных двигателей с постоянными магнитами. Ее продукция охватывает полный спектр высоковольтных, низковольтных, постоянной частоты, переменной частоты, обычных, взрывозащищенных, прямого привода, электрических роликов, универсальных машин и т. д. После 17 лет технического накопления она имеет возможность разрабатывать полный спектр двигателей с постоянными магнитами. Ее продукция охватывает различные отрасли промышленности, такие как сталелитейная, цементная и горнодобывающая, и может удовлетворить потребности различных рабочих условий и оборудования.

Компания Ming Teng использует современную теорию проектирования двигателей, профессиональное программное обеспечение для проектирования и собственную программу проектирования двигателей с постоянными магнитами для моделирования электромагнитного поля, поля жидкости, температурного поля, поля напряжений и т. д. двигателей с постоянными магнитами, оптимизирует структуру магнитной цепи, повышает энергоэффективность двигателя и решает трудности, связанные с заменой подшипников на месте в крупных двигателях с постоянными магнитами, а также проблему размагничивания постоянных магнитов, что в конечном итоге обеспечивает надежное использование двигателей с постоянными магнитами.

6. Заключение

Применение двигателей с постоянными магнитами в шахтных подъемниках продемонстрировало превосходные показатели с точки зрения безопасности и технологического прогресса. В системе привода высокая эффективность, высокий коэффициент мощности и хорошие характеристики крутящего момента синхронных двигателей с постоянными магнитами обеспечивают прочную основу для безопасной и стабильной работы подъемника.

Благодаря фактическому анализу случаев можно увидеть, что двигатели с постоянными магнитами достигли замечательных результатов в применении шахтных подъемников в различных типах шахт, будь то снижение потребления энергии, снижение затрат на техническое обслуживание или обеспечение безопасности персонала и оборудования. Заглядывая в будущее, с разработкой высокопроизводительных материалов с постоянными магнитами, интеграцией интеллектуальной технологии управления и развитием системной интеграции и модульной конструкции, двигатели с постоянными магнитами для шахтных подъемников откроют более широкую перспективу развития, придав мощный импульс безопасному производству и эффективной работе горнодобывающей промышленности. При рассмотрении вопроса об обновлении технологии подъема или приобретении нового оборудования заказчики горнодобывающей промышленности должны в полной мере осознать огромный потенциал двигателей с постоянными магнитами и разумно применять двигатели с постоянными магнитами в сочетании с фактическими условиями работы, производственными потребностями и экономической мощью своих собственных шахт для достижения устойчивого развития горнодобывающих предприятий.

Авторские права: Эта статья является перепечаткой оригинальной ссылки:

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

Эта статья не отражает точку зрения нашей компании. Если у вас другие мнения или взгляды, пожалуйста, поправьте нас!