۱. مقدمه

بالابر معدن به عنوان تجهیزات اصلی سیستم حمل و نقل معدن، وظیفه بلند کردن و پایین آوردن پرسنل، سنگ معدن، مواد و غیره را بر عهده دارد. ایمنی، قابلیت اطمینان و کارایی عملکرد آن ارتباط مستقیمی با راندمان تولید معدن و ایمنی جان و مال پرسنل دارد. با توسعه مداوم علم و فناوری مدرن، کاربرد فناوری آهنربای دائمی در زمینه بالابرهای معدن به تدریج به یک کانون تحقیقاتی تبدیل شده است.

موتورهای آهنربای دائمی مزایای زیادی مانند چگالی توان بالا، راندمان بالا و صدای کم دارند. انتظار می‌رود استفاده از آنها در بالابرهای معدنی عملکرد تجهیزات را به طور قابل توجهی بهبود بخشد، ضمن اینکه فرصت‌ها و چالش‌های جدیدی را از نظر تضمین ایمنی به همراه خواهد داشت.

۲. کاربرد فناوری آهنربای دائمی در سیستم محرک بالابر معدن

(1). اصل کار موتور سنکرون آهنربای دائم

موتورهای سنکرون آهنربای دائم بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی کار می‌کنند. اصل اساسی این است که وقتی جریان متناوب سه فاز از سیم‌پیچ استاتور عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی دوار تولید می‌شود که با میدان مغناطیسی آهنربای دائم روی روتور تعامل دارد و در نتیجه گشتاور الکترومغناطیسی برای چرخاندن موتور ایجاد می‌کند. آهنرباهای دائم روی روتور یک منبع میدان مغناطیسی پایدار بدون نیاز به جریان تحریک اضافی فراهم می‌کنند که ساختار موتور را نسبتاً ساده می‌کند و راندمان تبدیل انرژی را بهبود می‌بخشد. در سناریوهای کاربرد بالابر معدن، موتور باید مرتباً بین شرایط عملیاتی مختلف مانند بار سنگین، سرعت کم و بار سبک، سرعت بالا تغییر کند. موتور سنکرون آهنربای دائم می‌تواند با ویژگی‌های گشتاور عالی خود به سرعت پاسخ دهد تا عملکرد روان بالابر را تضمین کند.

(2). پیشرفت تکنولوژیکی در مقایسه با سیستم‌های درایو سنتی

۱. تحلیل مقایسه‌ای کارایی

بالابرهای معدنی سنتی عمدتاً توسط موتورهای آسنکرون روتور سیم‌پیچی شده هدایت می‌شوند که راندمان نسبتاً پایینی دارند. تلفات موتورهای آسنکرون عمدتاً شامل تلفات مس استاتور، تلفات مس روتور، تلفات آهن، تلفات مکانیکی و تلفات سرگردان است. از آنجایی که هیچ جریان تحریکی در موتور سنکرون آهنربای دائم وجود ندارد، تلفات مس روتور آن تقریباً صفر است و تلفات آهن نیز به دلیل ویژگی‌های نسبتاً پایدار میدان مغناطیسی کاهش می‌یابد. از طریق مقایسه داده‌های آزمایش واقعی (مطابق شکل 1)، تحت نرخ‌های بار مختلف، راندمان موتور سنکرون آهنربای دائم به طور قابل توجهی بالاتر از موتور آسنکرون روتور سیم‌پیچی شده است. در محدوده نرخ بار 50٪ تا 100٪، راندمان موتور سنکرون آهنربای دائم می‌تواند حدود 10٪ تا 20٪ بیشتر از موتور آسنکرون روتور سیم‌پیچی شده باشد که می‌تواند هزینه‌های مصرف انرژی را برای عملکرد طولانی مدت بالابرهای معدنی به طور قابل توجهی کاهش دهد.

شکل ۱: منحنی مقایسه راندمان موتور سنکرون آهنربای دائم و موتور آسنکرون روتور سیم‌پیچی شده

۲. بهبود ضریب توان

هنگامی که یک موتور آسنکرون روتور سیم‌پیچی شده در حال کار است، ضریب توان آن معمولاً بین 0.7 تا 0.85 است و برای برآورده کردن الزامات شبکه، به دستگاه‌های جبران توان راکتیو اضافی نیاز است. ضریب توان یک موتور سنکرون آهنربای دائم می‌تواند تا 0.96 یا بالاتر، نزدیک به 1، باشد. این به این دلیل است که میدان مغناطیسی تولید شده توسط آهنربای دائم، تقاضای توان راکتیو را در طول عملکرد موتور تا حد زیادی کاهش می‌دهد. ضریب توان بالا نه تنها بار توان راکتیو شبکه برق را کاهش می‌دهد و کیفیت برق شبکه برق را بهبود می‌بخشد، بلکه هزینه برق شرکت‌های معدنی را نیز کاهش می‌دهد و هزینه‌های سرمایه‌گذاری و نگهداری تجهیزات جبران توان راکتیو را نیز کاهش می‌دهد.

(3). تأثیر بر عملکرد ایمن بالابرهای معدن

۱. ویژگی‌های شروع و ترمز

گشتاور شروع موتورهای سنکرون آهنربای دائم روان و دقیقاً قابل کنترل است. در لحظه شروع به کار بالابر معدن، می‌تواند از مشکلاتی مانند لرزش طناب سیمی و افزایش ساییدگی قرقره ناشی از ضربه گشتاور بیش از حد هنگام شروع به کار موتورهای سنتی جلوگیری کند. جریان شروع آن کوچک است و باعث نوسانات ولتاژ زیاد در شبکه برق نمی‌شود و عملکرد طبیعی سایر تجهیزات الکتریکی در معدن را تضمین می‌کند.

از نظر ترمز، موتورهای سنکرون آهنربای دائم می‌توانند با فناوری پیشرفته کنترل برداری ترکیب شوند تا به تنظیم دقیق گشتاور ترمز دست یابند. به عنوان مثال، در مرحله کاهش سرعت بالابر، با کنترل مقدار و فاز جریان استاتور، موتور وارد حالت ترمز تولید برق می‌شود و انرژی جنبشی بالابر را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و آن را به شبکه برق بازمی‌گرداند و در نتیجه به ترمزگیری با صرفه‌جویی در مصرف انرژی دست می‌یابد. در مقایسه با روش‌های سنتی ترمز، این روش ترمزگیری، سایش اجزای ترمز مکانیکی را کاهش می‌دهد، عمر مفید سیستم ترمز را افزایش می‌دهد، خطر خرابی ترمز به دلیل داغ شدن بیش از حد ترمز را کاهش می‌دهد و ایمنی و قابلیت اطمینان ترمز بالابر را بهبود می‌بخشد.

۲. افزونگی خطا و تحمل خطا

برخی از موتورهای سنکرون آهنربای دائم از طراحی سیم‌پیچ چند فازی، مانند موتور سنکرون آهنربای دائم شش فاز، استفاده می‌کنند. هنگامی که یک سیم‌پیچ فاز موتور دچار مشکل می‌شود، سیم‌پیچ‌های فاز باقی‌مانده همچنان می‌توانند عملکرد اصلی موتور را حفظ کنند، اما توان خروجی به طور متناسب کاهش می‌یابد. این طراحی افزونگی خطا، بالابر معدن را قادر می‌سازد تا حتی در صورت خرابی جزئی موتور، با خیال راحت کانتینر بالابر را به سمت سر چاه یا کف چاه بلند کند و از معلق ماندن بالابر در وسط شفت به دلیل خرابی موتور جلوگیری کند و در نتیجه ایمنی پرسنل و تجهیزات را تضمین کند. به عنوان مثال، یک موتور سنکرون آهنربای دائم شش فاز را در نظر بگیرید، با فرض اینکه یکی از سیم‌پیچ‌های فاز باز است، طبق نظریه توزیع گشتاور موتور، سیم‌پیچ‌های پنج فاز باقی‌مانده هنوز می‌توانند حدود ۸۰٪ از گشتاور نامی (مقدار خاص مربوط به پارامترهای موتور است) را فراهم کنند، که برای حفظ عملکرد آهسته آسانسور و تضمین ایمنی کافی است.

۳. تحلیل موردی واقعی

(1). موارد کاربرد در معادن فلزی

یک معدن فلزی بزرگ از یک موتور سنکرون آهنربای دائم برای به حرکت درآوردن موتور سنکرون آهنربای دائم با توان نامی P=3000kw استفاده می‌کند. پس از استفاده از این موتور، در مقایسه با موتور آسنکرون سیم‌پیچی شده اصلی، تحت همان وظیفه بلند کردن، مصرف برق سالانه حدود 18٪ کاهش می‌یابد.

از طریق پایش و تحلیل داده‌های عملیاتی موتور، راندمان موتورهای سنکرون آهنربای دائم در شرایط عملیاتی مختلف، به ویژه در نرخ‌های بار متوسط ​​و بالا، که در آنها مزیت راندمان آشکارتر است، در سطح بالایی باقی می‌ماند.

(2). موارد کاربرد معدن زغال سنگ

یک معدن زغال سنگ، بالابر معدنی را با استفاده از فناوری آهنربای دائمی نصب کرد. موتور سنکرون آهنربای دائمی آن دارای قدرت ۸۰۰ کیلووات است و عمدتاً برای بلند کردن و حمل و نقل پرسنل و زغال سنگ استفاده می‌شود. با توجه به ظرفیت محدود شبکه برق معدن زغال سنگ، ضریب توان بالای موتور سنکرون آهنربای دائمی به طور موثری بار شبکه برق را کاهش می‌دهد. در طول عملیات، هیچ نوسان قابل توجهی در ولتاژ شبکه برق به دلیل راه اندازی یا عملکرد بالابر وجود نداشت که عملکرد عادی سایر تجهیزات الکتریکی در معدن زغال سنگ را تضمین می‌کرد.

۴. روند توسعه آینده موتور آهنربای دائمی برای بالابر معدن

(1). تحقیق و توسعه و کاربرد مواد مغناطیسی دائمی با کارایی بالا

با پیشرفت مداوم علم مواد، تحقیق و توسعه مواد مغناطیسی دائمی جدید با کارایی بالا به جهت‌گیری مهمی برای توسعه فناوری مغناطیسی دائمی برای بالابرهای معدنی تبدیل شده است. به عنوان مثال، انتظار می‌رود نسل جدید مواد مغناطیسی دائمی خاکی کمیاب به پیشرفت‌هایی در تولید انرژی مغناطیسی، نیروی وادارندگی، پایداری دما و غیره دست یابند. تولید انرژی مغناطیسی بالاتر، موتورهای آهنربای دائمی را قادر می‌سازد تا با حجم و وزن کمتر، قدرت بیشتری تولید کنند و چگالی توان بالابرهای معدنی را بیشتر بهبود بخشند. پایداری دمایی بهتر، موتورهای آهنربای دائمی را قادر می‌سازد تا با محیط‌های معدنی سخت‌تر، مانند معادن عمیق با دمای بالا، سازگار شوند. نیروی وادارندگی قوی‌تر، توانایی ضد مغناطیس‌زدایی آهنربای دائمی را افزایش داده و قابلیت اطمینان و عمر مفید موتور را بهبود می‌بخشد.

(2). ادغام فناوری کنترل هوشمند

در آینده، فناوری آهنربای دائم بالابرهای معدنی عمیقاً با فناوری کنترل هوشمند ادغام خواهد شد. با کمک هوش مصنوعی، کلان‌داده، اینترنت اشیا و سایر فناوری‌های پیشرفته، عملکرد و نگهداری هوشمند بالابرها محقق خواهد شد. به عنوان مثال، با نصب تعداد زیادی حسگر بر روی اجزای کلیدی موتورها و بالابرهای آهنربای دائم، می‌توان داده‌های عملیاتی را به صورت بلادرنگ جمع‌آوری کرد و داده‌ها را با استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی تجزیه و تحلیل و پردازش کرد تا به پیش‌بینی و تشخیص زودهنگام خرابی تجهیزات، تنظیم برنامه‌های تعمیر و نگهداری از قبل، کاهش نرخ خرابی تجهیزات و بهبود قابلیت اطمینان عملیاتی دست یافت. در عین حال، سیستم کنترل هوشمند می‌تواند به طور خودکار پارامترهای عملیاتی موتور، مانند سرعت، گشتاور و غیره را با توجه به نیازهای واقعی تولید معدن و وضعیت عملیاتی بالابر بهینه کند تا به هدف صرفه‌جویی در مصرف انرژی و بهبود بهره‌وری و بهبود بهره‌وری تولید و مزایای اقتصادی معدن دست یابد.

(3). یکپارچه‌سازی سیستم و طراحی ماژولار

به منظور بهبود راحتی و قابلیت نگهداری کاربرد فناوری آهنربای دائمی در بالابرهای معدنی، یکپارچه‌سازی سیستم و طراحی ماژولار به روند توسعه تبدیل خواهد شد. زیرسیستم‌های مختلف مانند موتورهای آهنربای دائمی، سیستم‌های ترمز و سیستم‌های نظارت ایمنی به شدت یکپارچه شده‌اند تا ماژول‌های عملکردی استاندارد را تشکیل دهند. هنگام ساخت معدن یا نوسازی تجهیزات، فقط باید ماژول‌های مناسب را برای مونتاژ و نصب بر اساس نیازهای واقعی انتخاب کنید، که چرخه نصب و راه‌اندازی تجهیزات را تا حد زیادی کوتاه می‌کند و هزینه‌های ساخت مهندسی را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، طراحی ماژولار، نگهداری و ارتقاء تجهیزات را تسهیل می‌کند. هنگامی که یک ماژول از کار می‌افتد، می‌توان آن را به سرعت جایگزین کرد، زمان از کار افتادگی را کاهش داد و تداوم تولید معدن را بهبود بخشید.

5. مزایای فنی موتور آهنربای دائمی آنهویی مینگتنگ

شرکت ماشین‌آلات و تجهیزات الکتریکی مغناطیسی دائمی آنهویی مینگ‌تنگ (با مسئولیت محدود)https://www.mingtengmotor.com/）. در سال ۲۰۰۷ تأسیس شد. مینگ‌تنگ در حال حاضر بیش از ۲۸۰ کارمند، از جمله بیش از ۵۰ پرسنل حرفه‌ای و فنی، دارد. این شرکت در تحقیق و توسعه، تولید و فروش موتورهای سنکرون آهنربای دائم با راندمان فوق العاده بالا تخصص دارد. محصولات آن طیف کاملی از موتورهای ولتاژ بالا، ولتاژ پایین، فرکانس ثابت، فرکانس متغیر، معمولی، ضد انفجار، درایو مستقیم، غلتک‌های برقی، ماشین‌های همه کاره و غیره را پوشش می‌دهد. پس از ۱۷ سال انباشت فنی، این شرکت توانایی توسعه طیف کاملی از موتورهای آهنربای دائم را دارد. محصولات آن شامل صنایع مختلفی مانند فولاد، سیمان و معدن می‌شود و می‌تواند نیازهای شرایط کاری و تجهیزات مختلف را برآورده کند.

مینگ تنگ با استفاده از تئوری طراحی موتور مدرن، نرم‌افزار طراحی حرفه‌ای و برنامه طراحی موتور آهنربای دائم خودساخته، میدان الکترومغناطیسی، میدان سیال، میدان دما، میدان تنش و غیره موتور آهنربای دائم را شبیه‌سازی می‌کند، ساختار مدار مغناطیسی را بهینه می‌کند، راندمان انرژی موتور را بهبود می‌بخشد و مشکلات تعویض یاتاقان موتورهای آهنربای دائم بزرگ در محل و مشکل مغناطیس‌زدایی آهنربای دائم را حل می‌کند و اساساً استفاده قابل اعتماد از موتورهای آهنربای دائم را تضمین می‌کند.

۶. نتیجه‌گیری

کاربرد موتورهای آهنربای دائم در بالابرهای معدنی، عملکرد بسیار خوبی را از نظر ایمنی و پیشرفت تکنولوژی نشان داده است. در سیستم محرک، راندمان بالا، ضریب توان بالا و ویژگی‌های گشتاور خوب موتورهای سنکرون آهنربای دائم، پایه محکمی برای عملکرد ایمن و پایدار بالابر فراهم می‌کند.

از طریق تجزیه و تحلیل موارد واقعی، می‌توان مشاهده کرد که موتورهای آهنربای دائمی در کاربرد بالابرهای معدنی در انواع مختلف معادن، چه در کاهش مصرف انرژی، چه در کاهش هزینه‌های نگهداری و چه در تضمین ایمنی پرسنل و تجهیزات، به نتایج قابل توجهی دست یافته‌اند. با نگاهی به آینده، با توسعه مواد آهنربای دائمی با کارایی بالا، ادغام فناوری کنترل هوشمند و پیشرفت یکپارچه‌سازی سیستم و طراحی ماژولار، موتورهای آهنربای دائمی برای بالابرهای معدنی، چشم‌انداز توسعه وسیع‌تری را آغاز خواهند کرد و انگیزه قوی به تولید ایمن و عملکرد کارآمد صنعت معدن تزریق خواهند کرد. هنگام بررسی ارتقاء فناوری بالابر یا خرید تجهیزات جدید، مشتریان معدنی باید پتانسیل عظیم موتورهای آهنربای دائمی را کاملاً درک کنند و به طور منطقی موتورهای آهنربای دائمی را در ترکیب با شرایط کاری واقعی، نیازهای تولید و قدرت اقتصادی معادن خود به کار گیرند تا به توسعه پایدار شرکت‌های معدنی دست یابند.

حق نشر: این مقاله بازنشری از لینک اصلی است:

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

این مقاله بیانگر دیدگاه‌های شرکت ما نیست. اگر نظرات یا دیدگاه‌های متفاوتی دارید، لطفاً ما را اصلاح کنید!