1. Giới thiệu

Là thiết bị cốt lõi của hệ thống vận chuyển trong mỏ, tời mỏ có nhiệm vụ nâng và hạ người, quặng, vật liệu, v.v. Sự an toàn, độ tin cậy và hiệu quả hoạt động của nó liên quan trực tiếp đến hiệu quả sản xuất của mỏ và sự an toàn về tính mạng và tài sản của người lao động. Với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ hiện đại, việc ứng dụng công nghệ nam châm vĩnh cửu trong lĩnh vực tời mỏ đã dần trở thành điểm nóng nghiên cứu.

Động cơ nam châm vĩnh cửu có nhiều ưu điểm như mật độ công suất cao, hiệu suất cao và tiếng ồn thấp. Việc áp dụng chúng vào tời khai thác mỏ dự kiến ​​sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất thiết bị, đồng thời cũng mang lại những cơ hội và thách thức mới về mặt đảm bảo an toàn.

2. Ứng dụng công nghệ nam châm vĩnh cửu trong hệ thống truyền động tời mỏ

(1). Nguyên lý hoạt động của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu hoạt động dựa trên định luật cảm ứng điện từ. Nguyên lý cốt lõi là khi dòng điện xoay chiều ba pha chạy qua cuộn dây stato, một từ trường quay được tạo ra, tương tác với từ trường của nam châm vĩnh cửu trên rôto, do đó tạo ra mô-men xoắn điện từ để dẫn động động cơ quay. Các nam châm vĩnh cửu trên rôto cung cấp nguồn từ trường ổn định mà không cần dòng điện kích thích bổ sung, giúp cấu trúc động cơ tương đối đơn giản và cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Trong các tình huống ứng dụng tời mỏ, động cơ cần thường xuyên chuyển đổi giữa các điều kiện vận hành khác nhau như tải nặng, tốc độ thấp và tải nhẹ, tốc độ cao. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể phản ứng nhanh với các đặc tính mô-men xoắn tuyệt vời của nó để đảm bảo hoạt động trơn tru của tời.

(2). Tiến bộ công nghệ so với hệ thống truyền động truyền thống

1. Phân tích so sánh hiệu quả

Tời mỏ truyền thống chủ yếu được dẫn động bằng động cơ không đồng bộ rôto quấn dây, có hiệu suất tương đối thấp. Tổn thất của động cơ không đồng bộ chủ yếu bao gồm tổn thất đồng stato, tổn thất đồng rôto, tổn thất sắt, tổn thất cơ học và tổn thất lạc. Vì không có dòng điện kích thích trong động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu nên tổn thất đồng rôto của nó gần như bằng không và tổn thất sắt cũng giảm do đặc tính từ trường tương đối ổn định. Thông qua việc so sánh dữ liệu thử nghiệm thực tế (như thể hiện trong Hình 1), ở các tỷ lệ tải khác nhau, hiệu suất của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cao hơn đáng kể so với động cơ không đồng bộ rôto quấn dây. Trong phạm vi tỷ lệ tải từ 50% - 100%, hiệu suất của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể cao hơn khoảng 10% - 20% so với động cơ không đồng bộ rôto quấn dây, có thể giảm đáng kể chi phí tiêu thụ năng lượng cho hoạt động lâu dài của tời mỏ.

Hình 1: Đường cong so sánh hiệu suất của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu và động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

2. Cải thiện hệ số công suất

Khi động cơ không đồng bộ rôto dây quấn đang chạy, hệ số công suất của nó thường nằm trong khoảng từ 0,7 đến 0,85 và cần có các thiết bị bù công suất phản kháng bổ sung để đáp ứng các yêu cầu của lưới điện. Hệ số công suất của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể cao tới 0,96 trở lên, gần bằng 1. Điều này là do từ trường do nam châm vĩnh cửu tạo ra làm giảm đáng kể nhu cầu về công suất phản kháng trong quá trình vận hành của động cơ. Hệ số công suất cao không chỉ làm giảm gánh nặng công suất phản kháng của lưới điện và cải thiện chất lượng điện của lưới điện mà còn giảm chi phí điện của các doanh nghiệp khai thác và giảm chi phí đầu tư và bảo trì thiết bị bù phản kháng.

(3). Tác động đến hoạt động an toàn của tời mỏ

1. Đặc điểm khởi động và phanh

Mô men khởi động của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu rất trơn tru và có thể điều khiển chính xác. Khi khởi động tời mỏ, có thể tránh được các vấn đề như rung lắc dây cáp và tăng độ mòn của puli do tác động mô men quá mức khi khởi động động cơ truyền thống. Dòng điện khởi động nhỏ và sẽ không gây ra biến động điện áp lớn trong lưới điện, đảm bảo hoạt động bình thường của các thiết bị điện khác trong mỏ.

Về mặt phanh, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể kết hợp với công nghệ điều khiển vectơ tiên tiến để đạt được sự điều chỉnh mô-men phanh chính xác. Ví dụ, trong giai đoạn giảm tốc của tời, bằng cách kiểm soát biên độ và pha của dòng điện stato, động cơ sẽ chuyển sang trạng thái phanh phát điện, chuyển đổi động năng của tời thành năng lượng điện và đưa trở lại lưới điện, do đó đạt được phanh tiết kiệm năng lượng. So với các phương pháp phanh truyền thống, phương pháp phanh này làm giảm độ mài mòn của các thành phần phanh cơ học, kéo dài tuổi thọ của hệ thống phanh, giảm nguy cơ hỏng phanh do phanh quá nhiệt và cải thiện độ an toàn và độ tin cậy của phanh tời.

2. Dự phòng lỗi và khả năng chịu lỗi

Một số động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu sử dụng thiết kế cuộn dây nhiều pha, chẳng hạn như động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu sáu pha. Khi một cuộn dây pha của động cơ bị hỏng, các cuộn dây pha còn lại vẫn có thể duy trì hoạt động cơ bản của động cơ, nhưng công suất đầu ra sẽ giảm tương ứng. Thiết kế dự phòng lỗi này cho phép tời mỏ nâng an toàn thùng chứa tời lên đầu giếng hoặc đáy giếng ngay cả trong trường hợp động cơ bị hỏng một phần, tránh tời lơ lửng ở giữa trục do động cơ bị hỏng, do đó đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. Lấy động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu sáu pha làm ví dụ, giả sử một trong các cuộn dây pha bị hở, theo lý thuyết phân phối mô-men xoắn của động cơ, năm cuộn dây pha còn lại vẫn có thể cung cấp khoảng 80% mô-men xoắn định mức (giá trị cụ thể liên quan đến các thông số của động cơ), đủ để duy trì hoạt động chậm của thang máy và đảm bảo an toàn.

3. Phân tích trường hợp thực tế

(1). Các trường hợp ứng dụng trong khai thác kim loại

Một mỏ kim loại lớn sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu để dẫn động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có công suất định mức P=3000kw. Sau khi sử dụng động cơ này, so với động cơ không đồng bộ quấn dây ban đầu, trong cùng một nhiệm vụ nâng, mức tiêu thụ điện năng hàng năm giảm khoảng 18%

Thông qua việc theo dõi và phân tích dữ liệu vận hành của động cơ, hiệu suất của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu vẫn ở mức cao trong các điều kiện vận hành khác nhau, đặc biệt là ở tốc độ tải trung bình và cao, khi đó lợi thế về hiệu suất rõ ràng hơn.

(2). Các trường hợp ứng dụng khai thác than

Một mỏ than đã lắp đặt một tời mỏ sử dụng công nghệ nam châm vĩnh cửu. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu của nó có công suất 800kw và chủ yếu được sử dụng để nâng và vận chuyển nhân sự và than. Do công suất hạn chế của lưới điện mỏ than, hệ số công suất cao của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đã giảm gánh nặng cho lưới điện một cách hiệu quả. Trong quá trình vận hành, không có biến động đáng kể nào về điện áp lưới điện do khởi động hoặc vận hành tời, điều này đảm bảo hoạt động bình thường của các thiết bị điện khác trong mỏ than.

4. Xu hướng phát triển tương lai của động cơ nam châm vĩnh cửu cho tời mỏ

(1). Nghiên cứu phát triển và ứng dụng vật liệu từ vĩnh cửu hiệu suất cao

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học vật liệu, việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu từ vĩnh cửu hiệu suất cao mới đã trở thành một hướng quan trọng cho sự phát triển của công nghệ từ vĩnh cửu cho tời mỏ. Ví dụ, thế hệ vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm mới dự kiến ​​sẽ đạt được những đột phá về sản phẩm năng lượng từ, lực kháng từ, độ ổn định nhiệt độ, v.v. Sản phẩm năng lượng từ cao hơn sẽ cho phép động cơ nam châm vĩnh cửu tạo ra công suất lớn hơn với thể tích và trọng lượng nhỏ hơn, cải thiện hơn nữa mật độ công suất của tời mỏ; độ ổn định nhiệt độ tốt hơn sẽ cho phép động cơ nam châm vĩnh cửu thích ứng với môi trường mỏ khắc nghiệt hơn, chẳng hạn như mỏ sâu có nhiệt độ cao; lực kháng từ mạnh hơn sẽ tăng cường khả năng chống khử từ của nam châm vĩnh cửu và cải thiện độ tin cậy cũng như tuổi thọ của động cơ.

(2). Tích hợp công nghệ điều khiển thông minh

Trong tương lai, công nghệ nam châm vĩnh cửu của tời mỏ sẽ được tích hợp sâu với công nghệ điều khiển thông minh. Với sự trợ giúp của trí tuệ nhân tạo, dữ liệu lớn, Internet vạn vật và các công nghệ tiên tiến khác, việc vận hành và bảo dưỡng tời thông minh sẽ được hiện thực hóa. Ví dụ, bằng cách lắp đặt một số lượng lớn cảm biến trên các thành phần chính của động cơ nam châm vĩnh cửu và tời, dữ liệu vận hành có thể được thu thập theo thời gian thực và dữ liệu có thể được phân tích và xử lý bằng các thuật toán trí tuệ nhân tạo để đạt được dự đoán và chẩn đoán sớm các sự cố thiết bị, sắp xếp các kế hoạch bảo trì trước, giảm tỷ lệ hỏng hóc thiết bị và cải thiện độ tin cậy khi vận hành. Đồng thời, hệ thống điều khiển thông minh có thể tự động tối ưu hóa các thông số vận hành của động cơ, chẳng hạn như tốc độ, mô-men xoắn, v.v., theo nhu cầu sản xuất thực tế của mỏ và trạng thái vận hành của tời, để đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng và cải thiện hiệu quả, đồng thời cải thiện hiệu quả sản xuất và lợi ích kinh tế của mỏ.

(3). Tích hợp hệ thống và thiết kế mô-đun

Để cải thiện tính tiện lợi và khả năng bảo trì của ứng dụng công nghệ nam châm vĩnh cửu trong tời mỏ, tích hợp hệ thống và thiết kế mô-đun sẽ trở thành xu hướng phát triển. Các hệ thống con khác nhau như động cơ nam châm vĩnh cửu, hệ thống phanh và hệ thống giám sát an toàn được tích hợp cao để tạo thành các mô-đun chức năng tiêu chuẩn. Khi xây dựng mỏ hoặc cải tạo thiết bị, bạn chỉ cần chọn các mô-đun phù hợp để lắp ráp và lắp đặt theo nhu cầu thực tế, giúp rút ngắn đáng kể chu kỳ lắp đặt và đưa thiết bị vào vận hành và giảm chi phí xây dựng kỹ thuật. Ngoài ra, thiết kế mô-đun tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo trì và nâng cấp thiết bị. Khi một mô-đun bị hỏng, có thể nhanh chóng thay thế, giảm thời gian chết và cải thiện tính liên tục sản xuất của mỏ.

5. Ưu điểm kỹ thuật của động cơ nam châm vĩnh cửu Anhui Mingteng

Công ty TNHH Thiết bị điện và máy móc từ tính vĩnh cửu Anhui Mingtenghttps://www.mingtengmotor.com/）.Được thành lập vào năm 2007. Mingteng hiện có hơn 280 nhân viên, bao gồm hơn 50 nhân viên chuyên môn và kỹ thuật. Công ty chuyên nghiên cứu và phát triển, sản xuất và bán các động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu hiệu suất cực cao. Các sản phẩm của công ty bao gồm đầy đủ các loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu điện áp cao, điện áp thấp, tần số không đổi, tần số thay đổi, thông thường, chống cháy nổ, truyền động trực tiếp, con lăn điện, máy móc tất cả trong một, v.v. Sau 17 năm tích lũy kỹ thuật, công ty có khả năng phát triển đầy đủ các loại động cơ nam châm vĩnh cửu. Các sản phẩm của công ty liên quan đến nhiều ngành công nghiệp khác nhau như thép, xi măng và khai thác mỏ, và có thể đáp ứng nhu cầu của nhiều điều kiện làm việc và thiết bị khác nhau.

Ming Teng sử dụng lý thuyết thiết kế động cơ hiện đại, phần mềm thiết kế chuyên nghiệp và chương trình thiết kế động cơ nam châm vĩnh cửu do chính mình phát triển để mô phỏng trường điện từ, trường lưu chất, trường nhiệt độ, trường ứng suất, v.v. của động cơ nam châm vĩnh cửu, tối ưu hóa cấu trúc mạch từ, cải thiện hiệu suất năng lượng của động cơ và giải quyết những khó khăn trong việc thay thế ổ trục tại chỗ của động cơ nam châm vĩnh cửu lớn và vấn đề khử từ nam châm vĩnh cửu, về cơ bản đảm bảo việc sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu một cách đáng tin cậy.

6. Kết luận

Việc ứng dụng động cơ nam châm vĩnh cửu trong tời mỏ đã chứng minh hiệu suất tuyệt vời về mặt an toàn và tiến bộ công nghệ. Trong hệ thống truyền động, hiệu suất cao, hệ số công suất cao và đặc tính mô-men xoắn tốt của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu tạo nên nền tảng vững chắc cho hoạt động an toàn và ổn định của tời.

Thông qua phân tích trường hợp thực tế, có thể thấy rằng động cơ nam châm vĩnh cửu đã đạt được những kết quả đáng chú ý trong ứng dụng tời mỏ ở các loại mỏ khác nhau, dù là trong việc giảm tiêu thụ năng lượng, giảm chi phí bảo trì hay đảm bảo an toàn cho nhân sự và thiết bị. Nhìn về tương lai, với sự phát triển của vật liệu nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao, tích hợp công nghệ điều khiển thông minh và tiến bộ của tích hợp hệ thống và thiết kế mô-đun, động cơ nam châm vĩnh cửu cho tời mỏ sẽ mở ra triển vọng phát triển rộng hơn, truyền động lực mạnh mẽ vào sản xuất an toàn và vận hành hiệu quả của ngành khai thác. Khi cân nhắc nâng cấp công nghệ tời hoặc mua thiết bị mới, khách hàng khai thác nên nhận ra đầy đủ tiềm năng to lớn của động cơ nam châm vĩnh cửu và áp dụng hợp lý động cơ nam châm vĩnh cửu kết hợp với điều kiện làm việc thực tế, nhu cầu sản xuất và sức mạnh kinh tế của mỏ của họ để đạt được sự phát triển bền vững của các doanh nghiệp khai thác.

Bản quyền: Bài viết này là bản in lại của liên kết gốc:

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

Bài viết này không đại diện cho quan điểm của công ty chúng tôi. Nếu bạn có ý kiến ​​hoặc quan điểm khác, vui lòng chỉnh sửa cho chúng tôi!