1. Inleiding

Als belangrijkste uitrusting van het transportsysteem in de mijn is de mijnlift verantwoordelijk voor het heffen en laten zakken van personeel, ertsen, materialen, enz. De veiligheid, betrouwbaarheid en efficiëntie van de werking ervan hangen rechtstreeks samen met de productie-efficiëntie van de mijn en de veiligheid van leven en eigendommen van personeel. Met de voortdurende ontwikkeling van moderne wetenschap en technologie is de toepassing van permanente magneettechnologie op het gebied van mijnliften geleidelijk aan een hotspot voor onderzoek geworden.

Permanente magneetmotoren bieden vele voordelen, zoals een hoge vermogensdichtheid, een hoog rendement en een laag geluidsniveau. De toepassing ervan in mijnliften zal naar verwachting de prestaties van de apparatuur aanzienlijk verbeteren en tegelijkertijd nieuwe kansen en uitdagingen bieden op het gebied van veiligheidsborging.

2. Toepassing van permanente magneettechnologie in het aandrijfsysteem van mijnhijstoestellen

(1). Werkingsprincipe van een synchrone permanente magneetmotor

Synchrone motoren met permanente magneten werken op basis van de wet van elektromagnetische inductie. Het basisprincipe is dat wanneer driefasige wisselstroom door de statorwikkeling wordt geleid, een roterend magnetisch veld wordt gegenereerd. Dit veld interageert met het magnetische veld van de permanente magneet op de rotor en genereert zo een elektromagnetisch koppel dat de motor aanzet tot draaien. De permanente magneten op de rotor vormen een stabiele bron van magnetisch veld zonder dat er extra bekrachtigingsstroom nodig is, wat de motorstructuur relatief eenvoudig maakt en de energieomzettingsefficiëntie verbetert. In mijnbouwtoepassingen moet de motor frequent schakelen tussen verschillende bedrijfsomstandigheden, zoals zware belasting, lage snelheid en lichte belasting, hoge snelheid. De synchrone motor met permanente magneet reageert snel en dankzij zijn uitstekende koppelkarakteristieken zorgt dit voor een soepele werking van de hijsinstallatie.

(2). Technologische vooruitgang vergeleken met traditionele aandrijfsystemen

1. Efficiëntievergelijkende analyse

Traditionele mijnliften worden meestal aangedreven door asynchrone motoren met wikkelrotor, die een relatief laag rendement hebben. De verliezen van asynchrone motoren omvatten voornamelijk statorkoperverlies, rotorkoperverlies, ijzerverlies, mechanisch verlies en strooiverlies. Omdat er geen excitatiestroom is in de synchrone permanente magneetmotor, is het koperverlies in de rotor bijna nul en wordt het ijzerverlies ook verminderd vanwege de relatief stabiele magnetische veldeigenschappen. Door de vergelijking van werkelijke testgegevens (zoals weergegeven in afbeelding 1), onder verschillende belastingtarieven, is het rendement van de synchrone permanente magneetmotor aanzienlijk hoger dan dat van de asynchrone motor met wikkelrotor. In het belastingsbereik van 50% - 100% kan het rendement van de synchrone permanente magneetmotor ongeveer 10% - 20% hoger zijn dan dat van de asynchrone motor met wikkelrotor, wat de energieverbruikkosten voor de lange termijnwerking van mijnliften aanzienlijk kan verlagen.

Figuur 1: Vergelijking van de efficiëntie van een synchrone permanente magneetmotor en een asynchrone motor met wikkelrotor

2. Verbetering van de vermogensfactor

Wanneer een asynchrone motor met wikkelrotor draait, ligt de vermogensfactor doorgaans tussen 0,7 en 0,85. Om aan de netvereisten te voldoen, zijn extra apparaten voor reactieve vermogenscompensatie nodig. De vermogensfactor van een synchrone permanente magneetmotor kan oplopen tot 0,96 of hoger, dicht bij 1. Dit komt doordat het magnetische veld dat door de permanente magneet wordt gegenereerd de vraag naar reactief vermogen tijdens de werking van de motor aanzienlijk vermindert. Een hoge vermogensfactor vermindert niet alleen de belasting van het reactieve vermogen van het elektriciteitsnet en verbetert de stroomkwaliteit, maar verlaagt ook de elektriciteitskosten van mijnbouwbedrijven en de investerings- en onderhoudskosten van reactieve vermogenscompensatieapparatuur.

(3). Impact op de veilige bediening van mijnliften

1. Start- en remkarakteristieken

Het startkoppel van synchrone motoren met permanente magneet is soepel en nauwkeurig regelbaar. Bij het opstarten van de mijnlift kunnen problemen zoals trillingen van de staalkabel en verhoogde slijtage van de schijf, veroorzaakt door een te hoog koppel bij het starten van traditionele motoren, worden vermeden. De startstroom is laag en veroorzaakt geen grote spanningsschommelingen in het elektriciteitsnet, waardoor de normale werking van andere elektrische apparatuur in de mijn wordt gegarandeerd.

Wat betreft remmen kunnen synchrone motoren met permanente magneten worden gecombineerd met geavanceerde vectorregeltechnologie om een ​​nauwkeurige regeling van het remkoppel te bereiken. Zo schakelt de motor tijdens de vertragingsfase van de hijsinrichting over naar de energieopwekkende remstand door de grootte en fase van de statorstroom te regelen. De kinetische energie van de hijsinrichting wordt omgezet in elektrische energie en teruggevoerd naar het elektriciteitsnet, wat resulteert in energiebesparend remmen. Vergeleken met traditionele remmethoden vermindert deze remmethode de slijtage van mechanische remcomponenten, verlengt het de levensduur van het remsysteem, vermindert het de kans op remfalen door oververhitting en verbetert het de veiligheid en betrouwbaarheid van het remmen van de hijsinrichting.

2. Foutredundantie en fouttolerantie

Sommige permanent magneet synchrone motoren maken gebruik van een meerfasenwikkeling, zoals een zesfasen permanent magneet synchrone motor. Wanneer een fasewikkeling van een motor uitvalt, kunnen de resterende fasewikkelingen de basiswerking van de motor nog steeds handhaven, maar het uitgangsvermogen zal dienovereenkomstig afnemen. Dit ontwerp met redundante fouten zorgt ervoor dat de mijnlift de hijscontainer veilig naar de putkop of putbodem kan hijsen, zelfs in geval van een gedeeltelijke motorstoring. Dit voorkomt dat de lift midden in de schacht blijft hangen vanwege een motorstoring, waardoor de veiligheid van personeel en apparatuur wordt gewaarborgd. Als we een zesfasen permanent magneet synchrone motor als voorbeeld nemen, ervan uitgaande dat een van de fasewikkelingen open is, kunnen volgens de koppelverdelingstheorie van de motor de resterende vijf fasewikkelingen nog steeds ongeveer 80% van het nominale koppel leveren (de specifieke waarde is gerelateerd aan de motorparameters), wat voldoende is om de langzame werking van de lift te handhaven en de veiligheid te garanderen.

3. Analyse van de werkelijke zaak

(1). Toepassingsgevallen in metaalmijnen

Een grote metaalmijn gebruikt een synchrone permanente magneetmotor om de motor met een nominaal vermogen van P=3000 kW aan te drijven. Na gebruik van deze motor, vergeleken met de originele asynchrone motor met wikkeling, bij dezelfde hijstaak, daalt het jaarlijkse energieverbruik met ongeveer 18%.

Door monitoring en analyse van motorbedrijfsgegevens blijft het rendement van synchrone permanente magneetmotoren op een hoog niveau onder verschillende bedrijfsomstandigheden, met name bij gemiddelde en hoge belasting, waarbij het rendementsvoordeel duidelijker is.

(2). Toepassingsgevallen in steenkoolmijnen

Een kolenmijn installeerde een hijsinstallatie met permanente magneettechnologie. De synchrone permanente magneetmotor heeft een vermogen van 800 kW en wordt voornamelijk gebruikt voor het hijsen en transporteren van personeel en kolen. Vanwege de beperkte capaciteit van het elektriciteitsnet in de kolenmijn vermindert de hoge vermogensfactor van de synchrone permanente magneetmotor de belasting van het elektriciteitsnet effectief. Tijdens bedrijf waren er geen significante schommelingen in de netspanning als gevolg van het opstarten of bedienen van de hijsinstallatie, waardoor de normale werking van andere elektrische apparatuur in de kolenmijn werd gewaarborgd.

4. Toekomstige ontwikkelingstrend van permanente magneetmotoren voor mijnhijstoestellen

(1). Onderzoek, ontwikkeling en toepassing van hoogwaardige permanente magnetische materialen

Dankzij de voortdurende vooruitgang in de materiaalkunde is onderzoek en ontwikkeling van nieuwe hoogwaardige permanente magneetmaterialen een belangrijke richting geworden voor de ontwikkeling van permanente magneettechnologie voor mijnliften. Zo wordt bijvoorbeeld verwacht dat de nieuwe generatie permanente magneetmaterialen van zeldzame aardmetalen doorbraken zal bereiken op het gebied van magnetisch energieproduct, coërcitiekracht, temperatuurstabiliteit, enz. Een hoger magnetisch energieproduct zorgt ervoor dat permanente magneetmotoren meer vermogen kunnen leveren met een kleiner volume en gewicht, waardoor de vermogensdichtheid van mijnliften verder wordt verbeterd. Een betere temperatuurstabiliteit zorgt ervoor dat permanente magneetmotoren geschikt zijn voor zwaardere mijnomgevingen, zoals diepe mijnen met hoge temperaturen. Een sterkere coërcitiekracht verbetert het anti-demagnetiseringsvermogen van de permanente magneet en verbetert de betrouwbaarheid en levensduur van de motor.

(2). Integratie van intelligente regeltechnologie

In de toekomst zal de permanente magneettechnologie van mijnliften nauw worden geïntegreerd met intelligente besturingstechnologie. Met behulp van kunstmatige intelligentie, big data, het internet der dingen en andere geavanceerde technologieën zal de intelligente bediening en het onderhoud van liften worden gerealiseerd. Door bijvoorbeeld een groot aantal sensoren te installeren op belangrijke componenten van permanente magneetmotoren en liften, kunnen bedrijfsgegevens in realtime worden verzameld en kunnen de gegevens worden geanalyseerd en verwerkt met behulp van kunstmatige intelligentiealgoritmen om apparatuurstoringen vroegtijdig te voorspellen en te diagnosticeren, onderhoudsplannen vooraf op te stellen, het aantal uitval van apparatuur te verminderen en de operationele betrouwbaarheid te verbeteren. Tegelijkertijd kan het intelligente besturingssysteem automatisch de bedrijfsparameters van de motor optimaliseren, zoals snelheid, koppel, enz., op basis van de werkelijke productiebehoeften van de mijn en de bedrijfsstatus van de lift, om zo het doel van energiebesparing en efficiëntieverbetering te bereiken en de productie-efficiëntie en economische voordelen van de mijn te verbeteren.

(3). Systeemintegratie en modulair ontwerp

Om het gebruiksgemak en de onderhoudbaarheid van de toepassing van permanente magneettechnologie in mijnliften te verbeteren, zullen systeemintegratie en modulair ontwerp de ontwikkelingstrend worden. De verschillende subsystemen, zoals permanente magneetmotoren, remsystemen en veiligheidsmonitoringsystemen, zijn sterk geïntegreerd tot gestandaardiseerde functionele modules. Bij de bouw van een mijn of de renovatie van apparatuur hoeft u alleen de juiste modules te selecteren voor montage en installatie op basis van de werkelijke behoeften. Dit verkort de installatie- en inbedrijfstellingscyclus van de apparatuur aanzienlijk en verlaagt de bouwkosten. Bovendien vergemakkelijkt het modulaire ontwerp het onderhoud en de upgrades van de apparatuur. Wanneer een module defect raakt, kan deze snel worden vervangen, wat de downtime vermindert en de productiecontinuïteit van de mijn verbetert.

5. Technische voordelen van de Anhui Mingteng permanente magneetmotor

Anhui Mingteng Permanent-Magnetische Machines & Elektrische Apparatuur Co., Ltd（https://www.mingtengmotor.com/） werd opgericht in 2007. Mingteng heeft momenteel meer dan 280 werknemers, waaronder meer dan 50 professionele en technische medewerkers. Het bedrijf is gespecialiseerd in onderzoek en ontwikkeling, productie en verkoop van ultra-efficiënte synchrone permanente magneetmotoren. De producten omvatten een volledig assortiment van hoogspannings-, laagspannings-, constante frequentie-, variabele frequentie-, conventionele, explosieveilige, direct aangedreven, elektrische walsen-, alles-in-één-machines, enz. Na 17 jaar technische accumulatie heeft het bedrijf de mogelijkheid om een ​​volledig assortiment permanente magneetmotoren te ontwikkelen. De producten zijn afkomstig uit diverse industrieën, zoals de staal-, cement- en mijnbouwsector, en kunnen voldoen aan de behoeften van verschillende werkomstandigheden en apparatuur.

Ming Teng maakt gebruik van moderne motorontwerptheorie, professionele ontwerpsoftware en een zelfontwikkeld ontwerpprogramma voor permanente magneetmotoren om het elektromagnetische veld, vloeistofveld, temperatuurveld, spanningsveld, enz. van de permanente magneetmotor te simuleren, de magnetische circuitstructuur te optimaliseren, de energie-efficiëntie van de motor te verbeteren en de problemen bij het ter plaatse vervangen van lagers van grote permanente magneetmotoren en het probleem van demagnetisering van permanente magneten op te lossen, waardoor fundamenteel het betrouwbare gebruik van permanente magneetmotoren wordt gegarandeerd.

6. Conclusie

De toepassing van permanentmagneetmotoren in mijnhijsinstallaties heeft uitstekende prestaties op het gebied van veiligheid en technologische vooruitgang laten zien. In het aandrijfsysteem vormen de hoge efficiëntie, hoge vermogensfactor en goede koppelkarakteristieken van synchrone permanentmagneetmotoren een solide basis voor de veilige en stabiele werking van de hijsinstallatie.

Uit een praktijkgerichte analyse blijkt dat permanente magneetmotoren opmerkelijke resultaten hebben behaald bij de toepassing van mijnliften in verschillende soorten mijnen, of het nu gaat om het verminderen van energieverbruik, het verlagen van onderhoudskosten of het waarborgen van de veiligheid van personeel en apparatuur. Met het oog op de toekomst zullen permanente magneetmotoren voor mijnliften, met de ontwikkeling van hoogwaardige materialen met permanente magneten, de integratie van intelligente besturingstechnologie en de vooruitgang in systeemintegratie en modulair ontwerp, een breder ontwikkelingsperspectief inluiden en een sterke impuls geven aan de veilige productie en efficiënte werking van de mijnbouwsector. Bij het overwegen van het upgraden van hijstechnologie of de aanschaf van nieuwe apparatuur, dienen klanten in de mijnbouw zich ten volle te realiseren wat het enorme potentieel van permanente magneetmotoren is en deze motoren op een verstandige manier toe te passen in combinatie met de werkelijke werkomstandigheden, productiebehoeften en economische kracht van hun eigen mijnen om een ​​duurzame ontwikkeling van mijnbouwbedrijven te bereiken.

Copyright: Dit artikel is een herdruk van de originele link:

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

Dit artikel geeft niet de mening van ons bedrijf weer. Als u een andere mening of visie heeft, corrigeer ons dan!