مقدمة
مع تسريع انتقال مناجم الفحم نحو العمليات الذكية والمؤتمتة، أصبح التحكم الذكي في الدفع للمعدات عالية الجهد والطاقة العالية مثل ناقلات الحزام الرئيسي وناقلات الكاشط أكثر أهمية لتحسين الإنتاجية وتقليل تكاليف التشغيل والصيانة.
تعمل ناقلات الحزام الرئيسي، كجزء أساسي من أنظمة نقل الفحم تحت الأرض، عادة في ظروف تحميل عالية مع قدرة نقل كبيرة ودورات تشغيل مستمرة طويلة. غالبا ما تعاني أنظمة التحكم في سرعة الاقتران الهيدروليكي التقليدية من خسائر كبيرة في الانزلاق، وكفاءة منخفضة بشكل عام، وأداء محدود في تنظيم السرعة، ومتطلبات صيانة صارمة. هذه القيود تجعلها أقل ملاءمة بشكل متزايد لعمليات التعدين الذكية الحديثة.
لذلك أصبحت تقنية الدفع عالي الجهد متغير التردد (VFD) حلا رئيسيا لترقية معدات النقل تحت الأرض. بفضل نطاق تنظيم السرعة الواسع، والتحكم الدقيق في المحرك، والاستجابة الديناميكية السريعة، والقدرة على التشغيل الناعم، يمكن لأجهزة VFD عالية الجهد تحسين أداء التشغيل بشكل كبير لأنظمة الناقلات الثقيلة.
صمم خصيصا لتطبيقات تعدين الفحم تحت الأرض، FGI HIGيجمع VFD المقاوم للانفجار بجهد H بين التحكم المنسق مع الماستر-سليب الهوائية، وعزم بدء عالي، وتشغيل موثوق، وتوازن ذكي للطاقةلتوفير حل قيادة أكثر كفاءة وموثوقية لناقلات الحزام متعددة المحركات.
التطبيق النموذجي لجهاز VFD المقاوم للانفجار عالي الجهد لأنظمة السير الناقل
1. تكوين النظام
مبدأ النظام
يعمل منجم جينغفانغ للفحم، وهو فرع تابع لمجموعة استيراد وتصدير الفحم في شانشي، في إنتاج الفحم الخام والفحم النظيف بالإضافة إلى الاستخدام الشامل لغاز الفحم.
يتم تشغيل السير الرئيسي للمنجم بواسطة ثلاثة محركات غير متزامنة. المحركالمحرك رقم 1 و2 متصلان بنفس العمود ويقودان بكرة واحدة، بينما المحرك رقم 3 يدير بكرة أخرى بشكل مستقل.
كل محرك لديه قدرة مصنفة تبلغ 550 كيلوواط ويتم تشغيله بواسطة محرك VFD فردي بجهد 6 كيلوفولت و855 كيلوواط مقاوم للانفجار.
تتواصل خزانة التحكم في السير الناقلة مع الثلاثة VFDs عبر ألياف بصرية كوارتز، مما يتيح تنسيق الماستر-سليب وتوازن الطاقة في الوقت الحقيقي بين المحركات. يساعد هذا التكوين في الحفاظ على توزيع عزم الدوران المستقر ويضمن التشغيل الفعال والموثوق لنظام الناقل.
الشكل 1. مخطط نظام السير الناقل
2. الانفجارات عالية الجهدهيكل نظام VFD على الإثبات
يتم توصيل جهد الشبكة البالغ 6 كيلو فولت بمحول تحول الطور، والذي يؤدي ثلاث وظائف رئيسية.
أولا، يحول الجهد العالي الوارد إلى مصادر طاقة مستقلة ثلاثية الطور بجهد 690 فولت لتوفير طاقة معزولة لخلايا الطاقة.
ثانيا، يدخل تكوين الملف الممتد دلتا إزاحات الطور بين جهود الدخل لخلايا الطاقة الفردية، مكونة هيكل تقويم متعدد النبضات يقلل بشكل فعال من التشوه التوافقي على جانب الشبكة.
ثالثا، يوفر المحول مصادر طاقة معزولة كهربائيا لبنية خلايا الطاقة المتسلسلة.
تستخدم خلايا الطاقة تقنية PWM بتحويل الطور الحامل. من خلال إدخال فروق الطور المناسبة بين إشارات الحامل المجاورة، يتم تراكب موجات جهد الخرج لخلايا الطاقة الفردية لإنتاج شكل موجة خرج يقترب بشكل وثيق من الموجة الجيبية.
تم بناء نظام التحكم حول معالج DSP عالي السرعة ويستخدم خوارزمية تحكم رقمية بالكامل في المتجه. يتم نقل الأوامر وردود فعل حالة التشغيل بين وحدة التحكم الرئيسية ووحدات الطاقة عبر اتصالات الألياف البصرية. توفر هذه البنية استجابة سريعة، ودقة تحكم عالية، ومحصنة قوية ضد التداخل الكهرومغناطيسي، وهي أمور مهمة بشكل خاص في بيئات التعدين تحت الأرض.
الشكل 2. هيكل نظام VFD عالي الجهد المقاوم للانفجار
طوبولوجيا خلية الطاقة
يعتمد VFD عالي الجهد المقاوم للانفجار طوبولوجيا خلايا طاقة متتالية. تستقبل كل خلية طاقة إشارة تضمين جيبية من وحدة التحكم الرئيسية وتولد موجة SPWM الخاصة بها من خلال تحويل الطور الحامل.
ثم تتراكب موجات جهد الخرج من خلايا طاقة متعددة لتشكيل موجة جهد قريبة من الجيب. نتيجة لذلك، يكون شكل موجة VFD قريبا من موجة الجهد الجيبي القياسي بتردد المنفعة.
هذا التصميم يلغي الحاجة إلى مرشح خرج إضافي ويقلل بشكل كبير من التداخل التوافقي مع المحرك.
بسبب انخفاض dv/dt، يضع جهد الخرج ضغطا كهربائيا أقل على عزل المحرك والكابلات. لذلك يمكن استخدام النظام مع المحركات والكابلات القياسية مع دعم نقل طاقة المحرك لمسافات تصل إلى 5,000 متر.
في منجم الفحم جينغفانغ، يتم تركيب وحدات VFD عالية الجهد المقاومة للانفجارات في قطع عرضي على بعد حوالي 100 متر من الحزام الناقل.
مع انخفاض التداخل التوافقي على جانب الشبكة وتأثير توافقي منخفض بشكل خاص على المحرك، يعرف النظام على نطاق واسع كحل "VFD أخضر منخفض التوافق".
الشكل 3. طوبولوجيا خلية الطاقة
3. استراتيجية التحكم ونتائج التطبيق
في تطبيقات السير الناقل متعدد المحركات، يمكن أن يكون توزيع الأحمال غير المتساوي بين المحركات تحديا كبيرا.
حتى محركات نفس الطراز قد تختلف في خصائص المواد وتسامحات التصنيع، مما يؤدي إلى اختلافات في السرعة وخصائص العزم. بدون تنسيق فعال، يمكن أن تؤدي هذه الفروقات إلى توزيع غير متوازن للطاقة بين المحركات الرئيسية والتابعة.
لمعالجة هذه المشكلة، يستخدم المشروع نظام اتصال ألياف بصرية كوارتز رئيسي عالي السرعة. تمكن شبكة الاتصالات من تبادل البيانات بسرعة مع الحفاظ على نقل الإشارة بشكل موثوق بين أجهزة VFD.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن جهاز FGI المقاوم للانفجار عالي الجهد استراتيجية التحكم في تدلي السرعة المعتمدة على التحكم في المتجه. من خلال الاستجابة الديناميكية لتغيرات تيار المحرك، يمكن للنظام توزيع الحمل بدقة بين عدة محركات والحفاظ على تقاسم توازن القوة دون الحاجة إلى تعديل يدوي.
نتائج التقديم في منجم جينغفانغ للفحم
1) بدء تشغيل السير السلس والمتحكم فيه
يتيح VFD تشغيل ناعم حقيقي لسير الناقل.
عند التشغيل منخفض التردد، يمكن لمحرك VFD أن يوفر حتى 2.2 ضعف عزم الدوران المصنف، بينما يمكن تعديل وقت البدء باستمرار من 1 إلى 3600 ثانية. وهذا يسمح للنظام بتلبية متطلبات التشغيل الناقلة ذات الأحمال الثقيلة.
2) توازن القوى الدقيق
يحقق النظام عزم دوران دقيق وتوازن القوة بين أربعة محركات أمامي ومحركين من الطرف الخلفي يعملان على مسافة نقل تصل إلى 5,000 متر.
يحافظ على عدم التوازن بين المحركات الفردية عند أقل من 2٪، مما يحسن بشكل كبير استقرار التشغيل متعدد المحركات.
3) تبديل الأقراص عبر الإنترنت
يدعم النظام التبديل عبر الإنترنت والتكرار.
إذا تم إزالة أحد VFD من التشغيل بسبب عطل، يمكن تشغيل VFD الاحتياطي فورا. يساعد ذلك في الحفاظ على تشغيل السير الناقل بشكل مستمر ويقلل من خطر انقطاع الإنتاج.
4) ضبط سرعة الناقل التلقائي
وبالتعاون مع حساس تدفق الفحم، يمكن لنظام التحكم ضبط سرعة السير تلقائيا حسب تدفق المادة الفعلي.
بعبارات بسيطة: فحم أكثر، سرعة أعلى؛ فحم أقل، سرعة أقل.
من خلال مطابقة سرعة النقل مع الحمل الفعلي، يقلل النظام من التشغيل عالي السرعة غير الضروري ويحسن كفاءة النقل بشكل عام.
5) توفير الطاقة وانخفاض تكلفة التشغيلs
يوفر تطبيق تقنية الدفع ذات التردد المتغير فوائد كبيرة في توفير الطاقة واقتصاديا.
التشغيل الناعم في VFD يقلل من التأثير الميكانيكي والكهرباء أثناء بدء التشغيل. كما يقلل تنظيم السرعة القائم على الحمل من مدة عمل الناقل بسرعات عالية غير ضرورية.
نتيجة لذلك، يمكن تقليل التآكل الميكانيكي للمحركات، والبكرات، والبياضات، والأحزمة ومكونات النقل الأخرى، مما يساعد على إطالة عمر خدمة المعدات مع تقليل متطلبات وتكاليف الصيانة.
كما أن تشغيل المحرك منخفض السرعة يستهلك طاقة كهربائية أقل بكثير من التشغيل المستمر عالي السرعة تحت ظروف حمل مناسبة.
بالنسبة لأنظمة السير الناقلة الكبيرة تحت الأرض، يمكن أن توفر هذه التحسينات فوائد كبيرة من حيث كفاءة الطاقة، وحماية المعدات، وتقليل الصيانة، والتحكم في تكاليف التشغيل.
4. المزايا الرئيسية لتطبيقات التعدين الذكي
1) التصميم المدمج والصيانة المبسطة
نهج شائع في الصناعة هو استخدام محول متنقل مع VFD. يتطلب هذا التكوين مساحة تركيب إضافية ويتطلب الكثير من أعمال توجيه الكابلات والاتصال الكهربائي في الموقع.
يدمج FGI المحول وVFD في وحدة متكاملة واحدة، مع توفر تكوينات VFD عالية الجهد بجهد 10 كيلوفولت و6 كيلوفولت. هذا يقلل بشكل كبير من مساحة التركيب ويبسط البناء في الموقع.
كما أن VFD عالي الجهد المقاوم للانفجارات يعتمد أيضا تصميما معياريا. يمكن استبدال أو ترقية الوحدات الوظيفية وفقا للمتطلبات الفعلية، مما يجعل الصيانة اللاحقة أكثر سهولة ويقلل من وقت الخدمة.
الشكل 4. مقارنة بين FGI VFD وحلول الشركات المصنعة الأخرى
2) طبقات متعددة من الحماية لضمان التشغيل الموثوق
بالإضافة إلى التكرار عبر الإنترنت على مستوى النظام، يدعم كل مرحلة من نظام VFD ثلاث خلايا طاقة احتياطية.
إذا تعطلت خلية الطاقة، يمكن للنظام تجاوز الوحدة المعيبة تلقائيا مع الحفاظ على تشغيل الخلايا المتبقية. يقلل هذا من تأثير أعطال المكونات الفردية على عملية الإنتاج ويحسن توفر النظام بشكل عام.
الشكل 5. عملية تجاوز خلية الطاقة
3) تقاسم الأحمال التكيفية وتوازن الطاقة التلقائي
يتكيف جهاز VFD تلقائيا مع ظروف التحميل المختلفة.
في تطبيقات الأقراص المتعددة، يوفر النظام موازنة الطاقة تلقائيا دون تدخل يدوي ويدعم التحكم الرئيسي مع الخادم لما يصل إلى 10 وحدات VFD.
وهذا يجعل النظام مناسبا بشكل خاص للناقلات الكبيرة ذات الحزام والتطبيقات الثقيلة متعددة المحركات حيث يكون تقاسم الحمل الدقيق ضروريا.
4) واجهات الاتصال للتعدين الذكي
يدعم VFD متطلبات الاتصال لأنظمة التعدين الذكية ويوفر خيارات اتصالات متعددة، بما في ذلك الألياف البصرية، والإيثرنت، والشبكات اللاسلكية.
في منجم الفحم جينغفانغ، يستخدم الاتصال عبر الإيثرنت لنقل بيانات التشغيل إلى أنظمة المراقبة تحت الأرض والسطحية.
يدعم النظام أيضا المراقبة عن بعد وتشخيص الأخطاء. من خلال تطبيق الحاسوب الشخصي أو الهاتف المحمول، يمكن للمشغلين مراقبة معلمات التشغيل، وتحليل الأعطال، وتقييم عمر الخدمة المتوقع للمكونات الرئيسية.
يوفر هذا أساسا لإدارة المعدات الأكثر ذكاء والصيانة التنبؤية.
الخاتمة
تتجه صناعة التعدين بسرعة نحو عمليات أكبر حجما، وأكثر أتمتة، وأكثر ذكاء. مع استمرار تطور مبادرات التعدين الذكية، أصبحت أنظمة القيادة عالية الجهد والطاقة ذات الترددات المتغيرة ذات أهمية متزايدة للمعدات الحيوية مثل الناقلات الحزمية وناقلات الكاشط.
أحد التحديات الرئيسية في التطبيقات تحت الأرض هو التشوه التوافقي الناتج عن أنظمة القيادة التقليدية، والذي يمكن أن يؤثر على جودة الطاقة وتشغيل المحرك.
تم تطبيق VFD عالي الجهد المقاوم للانفجار من FGI بنجاح في منجم جينغفانغ للفحم، مما يوضح مزايا محوله ذو التحول الطوري، وطوبولوجيا خلايا الطاقة المتسلسلة، والتحكم في المتجهات، وتقنية توازن الطاقة الذكية للسيد والعبد.
يحقق النظام تشويه توافقي الإدخال أقل من 3٪ وتشوه هارموني جهد خرج أقل من 2٪، مما يوفر حلا منخفض التوافق لمعدات التعدين تحت الأرض.
استراتيجية التحكم في الميل الرئيسي والعبد تدعم نقل طاقة المحرك لمسافات تصل إلى 5,000 متر، بينما يحقق النظام عامل قوة يصل إلى 0.99. وبالاقتران مع الاتصالات بالألياف البصرية، وتحذير الأعطال، والمراقبة عن بعد، وتوازن الطاقة التكيفي، يحسن الحل الكفاءة والموثوقية العامة لأنظمة محركات الناقل.
من خلال تطبيق تقنية الدفع المتغير التردد المتقدمة على معدات التعدين تحت الأرض، تساعد FGI في تقليل استهلاك الطاقة غير الضروري، والتآكل الميكانيكي، ومتطلبات الصيانة، مع دعم انتقال الصناعة نحو عمليات تعدين أكثر أمانا وكفاءة وذكاء.
مع استمرار توسع التعدين الذكي، ستلعب أجهزة VFD عالية الجهد المقاومة للانفجار دورا متزايد الأهمية في تطبيقات تشمل الناقلات الحزمية، وناقلات الكاشط، والرافعات، والمضخات، والمراوح، وغيرها من معدات التعدين عالية الطاقة.
.jpg?imageView2/1/format/webp)
