1. מבוא

כציוד הליבה המרכזי של מערכת הובלת המכרות, מנוף המכרות אחראי על הרמה והורדה של כוח אדם, עפרות, חומרים וכו'. הבטיחות, האמינות והיעילות של פעולתו קשורות ישירות ליעילות הייצור של המכרה ולבטיחות החיים והרכוש של הצוות. עם ההתפתחות המתמשכת של המדע והטכנולוגיה המודרניים, יישום טכנולוגיית המגנט הקבוע בתחום מנוף המכרות הפך בהדרגה למוקד מחקר.

למנועי מגנט קבוע יתרונות רבים כגון צפיפות הספק גבוהה, יעילות גבוהה ורעש נמוך. יישומם על מנופי מכרות צפוי לשפר משמעותית את ביצועי הציוד, ובמקביל להביא הזדמנויות ואתגרים חדשים מבחינת אבטחת בטיחות.

2. יישום טכנולוגיית מגנט קבוע במערכת הנעה להניף מכרות

(1). עקרון העבודה של מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע

מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע פועלים על סמך חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית. העיקרון המרכזי הוא שכאשר זרם חילופין תלת פאזי עובר דרך סליל הסטטור, נוצר שדה מגנטי מסתובב, אשר מקיים אינטראקציה עם השדה המגנטי של המגנט הקבוע על הרוטור, ובכך מייצר מומנט אלקטרומגנטי כדי להניע את המנוע לסיבוב. המגנטים הקבועים על הרוטור מספקים מקור שדה מגנטי יציב ללא צורך בזרם עירור נוסף, מה שהופך את מבנה המנוע לפשוט יחסית ומשפר את יעילות המרת האנרגיה. בתרחישי יישומי הרמה במכרות, המנוע צריך לעבור לעתים קרובות בין תנאי הפעלה שונים כגון עומס כבד, מהירות נמוכה ועומס קל, מהירות גבוהה. מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע יכול להגיב במהירות עם מאפייני המומנט המצוינים שלו כדי להבטיח פעולה חלקה של המנוע.

(2). התקדמות טכנולוגית בהשוואה למערכות הנעה מסורתיות

1. ניתוח השוואת יעילות

מנוף מכרות מסורתי מונעים בעיקר על ידי מנועים אסינכרוניים בעלי רוטור מלופף, בעלי יעילות נמוכה יחסית. ההפסדים של מנועים אסינכרוניים כוללים בעיקר אובדן נחושת בסטטור, אובדן נחושת ברוטור, אובדן ברזל, אובדן מכני ואובדן תועה. מכיוון שאין זרם עירור במנוע הסינכרוני בעל מגנט קבוע, אובדן הנחושת ברוטור שלו כמעט אפס, וגם אובדן הברזל מצטמצם עקב מאפייני השדה המגנטי היציבים יחסית. באמצעות השוואה של נתוני בדיקה בפועל (כפי שמוצג באיור 1), תחת קצב עומס שונה, יעילות המנוע הסינכרוני בעל מגנט קבוע גבוהה משמעותית מזו של המנוע האסינכרוני בעל רוטור מלופף. בטווח קצב עומס של 50% - 100%, יעילות המנוע הסינכרוני בעל מגנט קבוע יכולה להיות גבוהה בכ-10% - 20% מזו של מנוע אסינכרוני בעל רוטור מלופף, מה שיכול להפחית משמעותית את עלויות צריכת האנרגיה עבור הפעלה ארוכת טווח של מנוף מכרות.

איור 1: עקומת השוואת יעילות של מנוע סינכרוני עם מגנט קבוע ומנוע אסינכרוני עם רוטור מלופף

2. שיפור גורם ההספק

כאשר מנוע אסינכרוני בעל רוטור מלופף פועל, גורם ההספק שלו הוא בדרך כלל בין 0.7 ל-0.85, ונדרשים התקני פיצוי הספק ריאקטיביים נוספים כדי לעמוד בדרישות הרשת. גורם ההספק של מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע יכול להיות גבוה עד 0.96 ומעלה, קרוב ל-1. הסיבה לכך היא שהשדה המגנטי שנוצר על ידי המגנט הקבוע מפחית מאוד את הביקוש להספק ריאקטיבי במהלך פעולת המנוע. גורם הספק גבוה לא רק מפחית את נטל ההספק הריאקטיבי של רשת החשמל ומשפר את איכות החשמל של רשת החשמל, אלא גם מפחית את עלות החשמל של מפעלי כרייה ומפחית את עלויות ההשקעה והתחזוקה של ציוד פיצוי ריאקטיבי.

(3). השפעה על הפעלה בטוחה של מנופי מכרות

1. מאפייני התנעה ובלימה

מומנט ההתנעה של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע הוא חלק וניתן לשליטה מדויקת. ברגע הפעלת מנוף המכרה, זה יכול למנוע בעיות כגון רעידות של חבל תיל ובלאי מוגבר של הגלגלת הנגרמות כתוצאה מפגיעת מומנט מוגזמת בעת הפעלת מנועים מסורתיים. זרם ההתנעה שלו קטן ולא יגרום לתנודות מתח גדולות ברשת החשמל, מה שמבטיח את הפעולה התקינה של ציוד חשמלי אחר במכרה.

מבחינת בלימה, ניתן לשלב מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע עם טכנולוגיית בקרת וקטור מתקדמת כדי להשיג ויסות מדויק של מומנט בלימה. לדוגמה, בשלב ההאטה של ​​המנוף, על ידי שליטה על גודל ומופע זרם הסטטור, המנוע נכנס למצב בלימה לייצור חשמל, ממיר את האנרגיה הקינטית של המנוף לאנרגיה חשמלית ומזין אותה בחזרה לרשת החשמל, ובכך משיג בלימה חוסכת אנרגיה. בהשוואה לשיטות בלימה מסורתיות, שיטת בלימה זו מפחיתה את הבלאי של רכיבי בלם מכניים, מאריכה את חיי מערכת הבלימה, מפחיתה את הסיכון לכשל בלמים עקב התחממות יתר של הבלם, ומשפרת את הבטיחות והאמינות של בלימת המנוף.

2. יתירות תקלות וסבילות לתקלות

חלק מהמנועים הסינכרוניים בעלי מגנט קבוע משתמשים בתכנון סלילים רב-פאזי, כגון מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע בעל שישה פאזות. כאשר סליל פאזה של מנוע נכשל, סלילי הפאזה הנותרים עדיין יכולים לשמור על הפעולה הבסיסית של המנוע, אך הספק המוצא יופחת בהתאם. תכנון יתירות תקלות זה מאפשר למנוף המכרה להרים בבטחה את מיכל ההרמה לראש הבאר או לתחתית הבאר גם במקרה של כשל חלקי במנוע, תוך הימנעות מהמנוף לרחף באמצע הפיר עקב כשל במנוע, ובכך להבטיח את בטיחותם של אנשי הצוות והציוד. אם ניקח לדוגמה מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע בעל שישה פאזות, בהנחה שאחד מסלילי הפאזה פתוח, על פי תיאוריית התפלגות המומנט של המנוע, סלילי חמשת הפאזות הנותרים עדיין יכולים לספק כ-80% מהמומנט המדורג (הערך הספציפי קשור לפרמטרי המנוע), וזה מספיק כדי לשמור על פעולה איטית של המעלית ולהבטיח בטיחות.

3. ניתוח מקרה בפועל

(1). מקרי יישום במכרות מתכות

מכרה מתכות גדול משתמש במנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע כדי להניע את המנוע הסינכרוני בעל המגנט הקבוע בהספק מדורג של P=3000kw. לאחר השימוש במנוע זה, בהשוואה למנוע האסינכרוני המקורי, תחת אותה משימת הרמה, צריכת החשמל השנתית מופחתת בכ-18%.

באמצעות ניטור וניתוח של נתוני הפעולה של המנוע, יעילותם של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע נשארת ברמה גבוהה בתנאי הפעלה שונים, במיוחד בקצבי עומס בינוניים וגבוהים, שבהם יתרון היעילות בולט יותר.

(2). מקרים של יישומים במכרות פחם

מכרה פחם התקין מנוף מכרה באמצעות טכנולוגיית מגנט קבוע. מנוע הסינכרוני בעל המגנט הקבוע שלו בעל הספק של 800 קילוואט והוא משמש בעיקר להרמה והובלת אנשים ופחם. בשל הקיבולת המוגבלת של רשת החשמל של מכרה הפחם, מקדם ההספק הגבוה של מנוע הסינכרוני בעל המגנט הקבוע מפחית ביעילות את העומס על רשת החשמל. במהלך הפעולה, לא הייתה תנודה משמעותית במתח רשת החשמל עקב הפעלת המנוף, מה שהבטיח את הפעולה התקינה של ציוד חשמלי אחר במכרה הפחם.

4. מגמת פיתוח עתידית של מנוע מגנט קבוע להרמת מכרות

(1). מחקר, פיתוח ויישום של חומרים מגנטיים קבועים בעלי ביצועים גבוהים

עם ההתקדמות המתמשכת של מדע החומרים, המחקר והפיתוח של חומרים מגנטיים קבועים חדשים בעלי ביצועים גבוהים הפכו לכיוון חשוב בפיתוח טכנולוגיה מגנטית קבועה עבור מנופי מכרות. לדוגמה, הדור החדש של חומרי מגנט קבועים מסוג אדמה נדירה צפוי להשיג פריצות דרך בתוצר אנרגיה מגנטי, כוח כפייה, יציבות טמפרטורה וכו'. מוצר אנרגיה מגנטי גבוה יותר יאפשר למנועי מגנט קבוע להפיק הספק גדול יותר עם נפח ומשקל קטנים יותר, וישפר עוד יותר את צפיפות ההספק של מנופי מכרות; יציבות טמפרטורה טובה יותר תאפשר למנועי מגנט קבוע להסתגל לסביבות מכרות קשות יותר, כגון מכרות עמוקים בטמפרטורה גבוהה; כוח כפייה חזק יותר ישפר את יכולת האנטי-דה-מגנטיזציה של המגנט הקבוע וישפר את אמינות המנוע ואת חיי השירות שלו.

(2). שילוב טכנולוגיית בקרה חכמה

בעתיד, טכנולוגיית המגנט הקבוע של מנופי מכרות תשולב באופן עמוק עם טכנולוגיית בקרה חכמה. בעזרת בינה מלאכותית, ביג דאטה, האינטרנט של הדברים וטכנולוגיות מתקדמות אחרות, יתממשו תפעול ותחזוקה חכמות של מנופים. לדוגמה, על ידי התקנת מספר רב של חיישנים על רכיבים מרכזיים של מנועים ומנופים בעלי מגנט קבוע, ניתן לאסוף נתוני תפעול בזמן אמת, ולנתח ולעבד את הנתונים באמצעות אלגוריתמים של בינה מלאכותית כדי להשיג חיזוי ואבחון מוקדמים של כשלים בציוד, לתכנן תוכניות תחזוקה מראש, להפחית את שיעורי הכשל בציוד ולשפר את אמינות התפעול. במקביל, מערכת הבקרה החכמה יכולה לייעל אוטומטית את פרמטרי התפעול של המנוע, כגון מהירות, מומנט וכו', בהתאם לצורכי הייצור בפועל של המכרה ולמצב התפעולי של המנוף, על מנת להשיג את המטרה של חיסכון באנרגיה ושיפור יעילות ולשפר את יעילות הייצור והיתרונות הכלכליים של המכרה.

(3). שילוב מערכת ותכנון מודולרי

על מנת לשפר את הנוחות והתחזוקה של יישום טכנולוגיית מגנט קבוע במנופי מכרות, שילוב מערכות ועיצוב מודולרי יהפכו למגמת פיתוח. תת-מערכות שונות כגון מנועי מגנט קבוע, מערכות בלימה ומערכות ניטור בטיחות משולבות מאוד ליצירת מודולים פונקציונליים סטנדרטיים. בעת בניית מכרה או שיפוץ ציוד, צריך רק לבחור את המודולים המתאימים להרכבה והתקנה בהתאם לצרכים בפועל, מה שמקצר מאוד את מחזור ההתקנה וההפעלה של הציוד ומפחית את עלויות הבנייה ההנדסיות. בנוסף, העיצוב המודולרי מקל על תחזוקה ושדרוגים של ציוד. כאשר מודול נכשל, ניתן להחליפו במהירות, מה שמפחית את זמן ההשבתה ומשפר את המשכיות הייצור של המכרה.

5. יתרונות טכניים של מנוע מגנט קבוע Anhui Mingteng

חברת Anhui Mingteng מכונות מגנטיות קבועות וציוד חשמלי בע"מ (בע"מ)https://www.mingtengmotor.com/）. הוקמה בשנת 2007. מינגטנג מעסיקה כיום יותר מ-280 עובדים, כולל יותר מ-50 אנשי מקצוע וטכניים. היא מתמחה במחקר ופיתוח, ייצור ומכירה של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע יעיל במיוחד. מוצריה מכסים מגוון רחב של מנועים בעלי מתח גבוה, מתח נמוך, תדר קבוע, תדר משתנה, קונבנציונליים, עמידים בפני פיצוץ, הנעה ישירה, גלילים חשמליים, מכונות הכל-באחד ועוד. לאחר 17 שנות צבירה טכנית, יש לה את היכולת לפתח מגוון רחב של מנועים בעלי מגנט קבוע. מוצריה כוללים תעשיות שונות כגון פלדה, מלט וכרייה, ויכולים לענות על הצרכים של תנאי עבודה וציוד שונים.

מינג טנג משתמש בתורת תכנון מנועים מודרנית, תוכנת תכנון מקצועית ותוכנית תכנון מנועים עם מגנט קבוע שפותחה בעצמה כדי לדמות את השדה האלקטרומגנטי, שדה הנוזל, שדה הטמפרטורה, שדה המאמץ וכו' של מנוע המגנט הקבוע, לייעל את מבנה המעגל המגנטי, לשפר את יעילות האנרגיה של המנוע ולפתור את הקשיים בהחלפת מיסבים באתר של מנועים גדולים עם מגנט קבוע ואת בעיית הדה-מגנטיזציה של מגנט קבוע, ובכך להבטיח באופן מהותי את השימוש האמין במנועים עם מגנט קבוע.

6. סיכום

השימוש במנועים בעלי מגנט קבוע במנופי מכרות הוכיח ביצועים מצוינים מבחינת בטיחות וקידמה טכנולוגית. במערכת ההנעה, היעילות הגבוהה, מקדם ההספק הגבוה ומאפייני המומנט הטובים של מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע מספקים בסיס איתן לפעולה בטוחה ויציבה של המנוף.

באמצעות ניתוח מקרים בפועל, ניתן לראות כי מנועי מגנט קבוע השיגו תוצאות יוצאות דופן ביישום מנופי מכרות בסוגים שונים של מכרות, בין אם בהפחתת צריכת אנרגיה, בהפחתת עלויות תחזוקה או בהבטחת בטיחותם של כוח אדם וציוד. במבט לעתיד, עם פיתוח חומרי מגנט קבוע בעלי ביצועים גבוהים, שילוב טכנולוגיית בקרה חכמה וקידום אינטגרציית מערכות ועיצוב מודולרי, מנועי מגנט קבוע עבור מנופי מכרות יביאו לסיכויי פיתוח רחבים יותר, ויזרקו תנופה חזקה לייצור בטוח ולתפעול יעיל של תעשיית הכרייה. כאשר שוקלים שדרוג טכנולוגיית מנוף או רכישת ציוד חדש, על לקוחות כרייה לממש את מלוא הפוטנציאל העצום של מנועי מגנט קבוע, וליישם באופן סביר מנועי מגנט קבוע בשילוב עם תנאי העבודה בפועל, צרכי הייצור והחוזק הכלכלי של המכרות שלהם כדי להשיג פיתוח בר-קיימא של מפעלי כרייה.

זכויות יוצרים: מאמר זה הוא הדפסה מחודשת של הקישור המקורי:

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

מאמר זה אינו מייצג את עמדות החברה שלנו. אם יש לכם דעות או השקפות שונות, אנא תקנו אותנו!