Введение
По мере того как угольные шахты ускоряют переход к интеллектуальной и автоматизированной работе, интеллектуальное управление приводом для высоковольтного, мощного оборудования, такого как основные ленточные и скребочные конвейеры, становится всё более важным для повышения производительности и снижения эксплуатационных и технических затрат.
Основные ленточные конвейеры, являющиеся критически важной частью подземных систем транспортировки угля, обычно работают в условиях высокой нагрузки с большой транспортной мощностью и длительными непрерывными циклами работы. Традиционные системы управления скоростью гидравлического соединения часто страдают от значительных потерь проскальзывания, низкой общей эффективности, ограниченной эффективности регулировки скорости и сложных требований к обслуживанию. Эти ограничения делают их всё менее пригодными для современных интеллектуальных горнодобывающих операций.
Технология привода с переменной частотой высокого напряжения (VFD) стала ключевым решением для модернизации подземного транспортного оборудования. Благодаря широкому диапазону регулирования скорости, точному управлению мотором, быстрой динамической реакции и возможности мягкого запуска, высоковольтные VFD могут значительно повысить рабочие характеристики тяжёлых конвейерных систем.
Разработанный специально для подземных угольных задач, HIG FGIВзрывоустойчивый VFD с h-напряжением сочетает координированное управление мастер-раб, высокий стартовый момент, надежную работу и интеллектуальную балансировку мощностичтобы обеспечить более эффективное и надёжное приводное решение для многомоторных ленточных конвейеров.
Типичное применение высоковольтного взрывоустойчивого VFD для ленточных конвейерных систем
1. Конфигурация системы
Принцип системы
Угольная шахта Цзинфан, дочерняя компания Shanxi Coal Import and Export Group, занимается добычей сырого угля и чистого угля, а также комплексным использованием угольной ганги.
Основной ленточный конвейер шахты приводится в движение тремя асинхронными двигателями. МоторNo 1 и No2 соединены с одним валом и приводят в движение один шкив, а мотор No 3 независимо приводит в движение другой шкив.
Каждый двигатель имеет номинальную мощность 550 кВт и приводится в движение индивидуальным взрывоустойчивым VFD мощностью 6 кВ и мощностью 855 кВт.
Ленточный конвейерный шкаф управления связывается с тремя VFD через кварцевое оптоволокно, обеспечивая координацию мастер-раб и балансировку мощности между двигателями в реальном времени. Такая конфигурация помогает поддерживать стабильное распределение крутящего момента и обеспечивает эффективную и надёжную работу конвейерной системы.
Рисунок 1. Схема лентовой конвейерной системы
2. Взрыв высокого напряженияСтруктура системы VFD с on-proof
Напряжение на сетке 6 кВ подключено к трансформатору с фазовым сдвигом, который выполняет три ключевые функции.
Во-первых, он преобразует входящее высокое напряжение в независимые трёхфазные блоки питания 690 В для обеспечения изолированного питания для силовых элементов.
Во-вторых, удлинённая дельта-обмотка вводит фазовые сдвиги между входными напряжениями отдельных силовых элементов, формируя многоимпульсную ректификационную структуру, которая эффективно снижает гармонические искажения на стороне сетки.
В-третьих, трансформатор обеспечивает электрически изолированные источники питания для архитектуры каскадных элементов питания.
Силовые элементы используют технологию фазового сдвига ШИМ с несущей системой. Вводя соответствующие фазовые различия между соседними несущими сигналами, выходные волны отдельных силовых элементов накладываются для получения выходной сигнальной формы, близко приближающей синусоидальную форму сигнала.
Система управления построена на высокоскоростном DSP-процессоре и использует полностью цифровой векторный алгоритм управления. Команды и обратная связь о состоянии работы передаются между главным блоком управления и силовыми модулями через оптоволоконную связь. Эта архитектура обеспечивает быструю реакцию, высокую точность управления и сильную устойчивость к электромагнитным помехам, что особенно важно в подземных шахтах.
Рисунок 2. Конструкция высоковольтной, взрывоустойчивой системы VFD
Топология силовой ячейки
Высоковольтный взрывоустойчивый VFD использует каскадную топологию силовой ячейки. Каждая силовая ячейка получает сигнал синусоидальной модуляции от главного контроллера и генерирует собственную выходную сигнал SPWM через фазовое сдвиг несущей.
Выходные волны напряжения от нескольких силовых элементов затем накладываются, формируя почти синусоидальную форму напряжения. В результате выходная форма сигнала VFD близка к стандартному синусоидальному напряжению коммунальной частоты.
Эта конструкция устраняет необходимость в дополнительном выходном фильтре и значительно снижает гармонические помехи для мотора.
Из-за низкого уровня DV/DT выходное напряжение создаёт меньшую электрическую нагрузку на изоляцию моторов и кабелей. Таким образом, система может использоваться со стандартными моторами и кабелями, поддерживая передачу мощности мотора на расстояния до 5 000 м.
В угольной шахте Цзинфан высоковольтные взрывоустойчивые VFD устанавливаются в поперечном вырезе примерно в 100 м от лентового конвейера.
Благодаря очень низкой гармонической интерференции на стороне сетки и особенно низкому гармоническому воздействию на мотор, система широко признана как «зелёный, низкогармонический VFD» решение.
Рисунок 3. Топология силовой ячейки
3. Стратегия управления и результаты применения
В многомоторных ленточных конвейерах неравномерное распределение нагрузки между двигателями может стать серьёзной проблемой.
Даже двигатели одной модели могут отличаться в характеристиках материала и производственных допусках, что приводит к вариациям скорости и крутящего момента. Без эффективной координации эти различия могут привести к несбалансированному распределению мощности между главным и ведомым приводами.
Для решения этой проблемы проект использует высокоскоростную кварцевую оптоволоконную систему связи. Коммуникационная сеть обеспечивает быстрый обмен данными, сохраняя при этом надёжную передачу сигнала между VFD.
Кроме того, высоковольтный взрывоустойчивый VFD FGI включает стратегию управления скоростью с пронижением скорости на основе векторного управления. Динамически реагируя на изменения тока двигателя, система может точно распределять нагрузку между несколькими двигателями и поддерживать сбалансированное распределение мощности без ручной регулировки.
Результаты применения на угольной шахте Цзинфан
1) Плавный и контролируемый запуск лентного конвейера
VFD обеспечивает подлинный мягкий запуск для лентного конвейера.
При низкочастотной работе VFD может обеспечивать крутящий момент до 2,2 раза превышающий номинальный, а время запуска можно непрерывно регулировать от 1 до 3 600 секунд. Это позволяет системе соответствовать требованиям запуска конвейера с тяжёлыми нагрузками.
2) Точная балансировка мощностей
Система обеспечивает точную балансировку крутящего момента и мощности между четырьмя головными и двумя задними моторами, работающими на расстоянии до 5 000 м.
Дисбаланс между отдельными двигателями поддерживается менее 2%, что значительно повышает стабильность работы с несколькими двигателями.
3) Онлайн-переключение дисков
Система поддерживает онлайн-коммутацию и резервирование.
Если один из VFD выведен из эксплуатации из-за неисправности, резервный VFD может быть немедленно активирован. Это помогает поддерживать непрерывную работу лентового конвейера и снижает риск перебоев в производстве.
4) Автоматическая регулировка скорости конвейера
Работая вместе с датчиком потока угля, система управления может автоматически регулировать скорость ленты в зависимости от фактического потока материала.
Проще говоря: больше угля — более высокая скорость; меньше угля — меньше скорости.
За счёт согласования скорости конвейера с реальной нагрузкой система снижает ненужные высокие скорости и повышает общую эффективность транспортировки.
5) Экономия энергии и снижение эксплуатационных затратs
Применение технологии приводов с переменной частотой приносит значительные энергосбережения и экономические преимущества.
Мягкий запуск с VFD снижает механическое и электрическое воздействие при запуске. Регулирование скорости на основе нагрузки также сокращает время работы конвейера на чрезмерно высоких скоростях.
В результате механический износ моторов, блоков, холостых ремней, ремней и других компонентов трансмиссии можно снизить, что помогает продлить срок службы оборудования и снизить требования к обслуживанию и затраты.
Работа мотора на низкой скорости также потребляет значительно меньше электрической энергии, чем непрерывная высокая работа при соответствующих нагрузках.
Для крупных подземных лент-конвейерных систем эти улучшения могут принести значительные преимущества в плане энергоэффективности, защиты оборудования, снижения расходов на обслуживание и контроля эксплуатационных затрат.
4. Ключевые преимущества интеллектуальных майнинговых приложений
1) Компактный дизайн и упрощённое обслуживание
Распространённый подход в отрасли — использовать мобильный трансформатор вместе с VFD. Такая конфигурация требует дополнительного места для установки и требует значительного прокладки кабелей на месте и электрических подключений.
FGI объединяет трансформатор и VFD в единый интегрированный блок, при этом доступны конфигурации VFD с напряжением 10 кВ и 6 кВ высокого напряжения. Это значительно сокращает площадь по установке и упрощает строительство на месте.
Высоковольтный взрывоустойчивый VFD также имеет модульную конструкцию. Функциональные модули могут быть заменены или модернизированы в соответствии с реальными требованиями, что делает последующее обслуживание более удобным и сокращает время эксплуатации.
Рисунок 4. Сравнение FGI VFD и решений других производителей
2) Несколько уровней защиты для надёжной работы
Помимо системного онлайн-резервирования, каждая фаза VFD поддерживает три резервных элемента питания.
Если ячейка питания выходит из строя, система может автоматически обойти неисправный блок, при этом сохраняя оставшиеся элементы питания в рабочем состоянии. Это минимизирует влияние отдельных поломок компонентов на производственный процесс и повышает общую доступность системы.
Рисунок 5. Процесс обхода силовой ячейки
3) Адаптивное распределение нагрузки и автоматическая балансировка мощности
VFD автоматически адаптируется к разным условиям нагрузки.
Для многоприводных приложений система обеспечивает автоматическую балансировку мощности без ручного вмешательства и поддерживает управление мастер-слейв для до 10 VFD-единиц.
Это делает систему особенно подходящей для крупных ленточных конвейеров и других тяжелогрузочных многомоторных применений, где необходимо точное распределение нагрузки.
4) Коммуникационные интерфейсы для интеллектуального майнинга
VFD поддерживает требования к коммуникации для интеллектуальных майнинговых систем и предоставляет несколько вариантов связи, включая оптоволоконно, Ethernet и беспроводные сети.
В угольной шахте Цзинфан для передачи рабочих данных в подземные и поверхностные системы мониторинга используется Ethernet.
Система также поддерживает удалённый мониторинг и диагностику неисправностей. С помощью ПК или мобильного приложения операторы могут отслеживать рабочие параметры, анализировать неисправности и оценивать ожидаемый срок службы ключевых компонентов.
Это создаёт основу для более интеллектуального управления оборудованием и предиктивного обслуживания.
Заключение
Горнодобывающая промышленность стремительно движется к более масштабным, автоматизированным и интеллектуальным операциям. По мере развития интеллектуальных горнодобывающих инициатив системы высоковольтных и мощных переменных частот приводов становятся всё более важными для критически важного оборудования, такого как ленточные и скребочные конвейеры.
Одной из основных проблем в подземных приложениях являются гармонические искажения от традиционных приводных систем, которые могут влиять как на качество электроэнергии, так и на работу двигателя.
Высоковольтный взрывозащищённый VFD FGI успешно применялся на угольной шахте Цзинфан, демонстрируя преимущества его фазосдвижного трансформатора, каскадной топологии силовой ячейки, векторного управления и интеллектуальной технологии балансировки мощности мастер-раб.
Система достигает входного гармонического искажения менее 3% и гармонического искажения выходного напряжения менее 2%, обеспечивая низкогармоническое приводное решение для подземного горного оборудования.
Стратегия управления прогибанием мастер-слейв поддерживает передачу мощности двигателя на расстояния до 5 000 м, при этом система достигает коэффициента мощности до 0,99. В сочетании с оптоволоконной связью, предупреждением о неисправностях, удалённым мониторингом и адаптивной балансировкой мощности решение повышает общую эффективность и надёжность систем конвейерного привода.
Применяя передовую технологию привода с переменной частотой к подземному горному оборудованию, FGI помогает снизить ненужное энергопотребление, технический износ и требования к техническому обслуживанию, а также поддерживать переход отрасли к более безопасным, эффективным и интеллектуальным горнодобывающим операциям.
По мере расширения интеллектуальной добычи высоковольтные взрывоустойчивые VFD будут играть всё более важную роль в таких приложениях, как ленточные конвейеры, скребочные конвейеры, подъемники, насосы, вентиляторы и другое мощное горнодобывающее оборудование.
.jpg?imageView2/1/format/webp)
