1.Introdução

Como o principal equipamento do sistema de transporte da mina, o elevador de mina é responsável por içar e abaixar pessoas, minérios, materiais, etc. A segurança, confiabilidade e eficiência de sua operação estão diretamente relacionadas à eficiência da produção da mina e à segurança de vidas e propriedades do pessoal. Com o desenvolvimento contínuo da ciência e tecnologia modernas, a aplicação da tecnologia de ímã permanente no campo de elevadores de mina tem se tornado gradualmente um ponto importante de pesquisa.

Motores de ímã permanente apresentam inúmeras vantagens, como alta densidade de potência, alta eficiência e baixo ruído. A aplicação deles em guindastes de mineração deve melhorar significativamente o desempenho dos equipamentos, além de trazer novas oportunidades e desafios em termos de garantia de segurança.

2. Aplicação da tecnologia de ímã permanente no sistema de acionamento de guindaste de mina

(1). Princípio de funcionamento do motor síncrono de ímã permanente

Os motores síncronos de ímã permanente operam com base na lei da indução eletromagnética. O princípio básico é que, quando uma corrente alternada trifásica passa pelo enrolamento do estator, um campo magnético rotativo é gerado, o qual interage com o campo magnético do ímã permanente no rotor, gerando torque eletromagnético para acionar a rotação do motor. Os ímãs permanentes no rotor fornecem uma fonte de campo magnético estável sem a necessidade de corrente de excitação adicional, o que torna a estrutura do motor relativamente simples e melhora a eficiência da conversão de energia. Em cenários de aplicação de guindastes de mina, o motor precisa alternar frequentemente entre diferentes condições de operação, como carga pesada em baixa velocidade e carga leve em alta velocidade. O motor síncrono de ímã permanente pode responder rapidamente com suas excelentes características de torque para garantir a operação suave do guindaste.

(2). Avanço tecnológico em comparação com os sistemas de acionamento tradicionais

1. Análise de comparação de eficiência

Os elevadores de mina tradicionais são acionados principalmente por motores assíncronos de rotor bobinado, que têm eficiência relativamente baixa. As perdas de motores assíncronos incluem principalmente perda de cobre do estator, perda de cobre do rotor, perda de ferro, perda mecânica e perda parasita. Como não há corrente de excitação no motor síncrono de ímã permanente, sua perda de cobre do rotor é quase zero, e a perda de ferro também é reduzida devido às características relativamente estáveis ​​do campo magnético. Por meio da comparação de dados de teste reais (conforme mostrado na Figura 1), sob diferentes taxas de carga, a eficiência do motor síncrono de ímã permanente é significativamente maior do que a do motor assíncrono de rotor bobinado. Na faixa de taxa de carga de 50% a 100%, a eficiência do motor síncrono de ímã permanente pode ser cerca de 10% a 20% maior do que a do motor assíncrono de rotor bobinado, o que pode reduzir significativamente os custos de consumo de energia para operação de longo prazo dos elevadores de mina.

Figura 1: Curva de comparação de eficiência do motor síncrono de ímã permanente e do motor assíncrono de rotor enrolado

2. Melhoria do fator de potência

Quando um motor assíncrono de rotor bobinado está em operação, seu fator de potência geralmente fica entre 0,7 e 0,85, sendo necessários dispositivos adicionais de compensação de potência reativa para atender aos requisitos da rede. O fator de potência de um motor síncrono de ímã permanente pode chegar a 0,96 ou mais, próximo a 1. Isso ocorre porque o campo magnético gerado pelo ímã permanente reduz significativamente a demanda de potência reativa durante a operação do motor. Um alto fator de potência não apenas reduz a carga de potência reativa da rede elétrica e melhora a qualidade da energia, como também reduz o custo de eletricidade das mineradoras e os custos de investimento e manutenção de equipamentos de compensação reativa.

(3). Impacto na operação segura de elevadores de minas

1. Características de partida e frenagem

O torque de partida dos motores síncronos de ímã permanente é suave e precisamente controlável. No momento da partida do guincho da mina, ele pode evitar problemas como trepidação do cabo de aço e aumento do desgaste da polia causados ​​pelo impacto excessivo do torque na partida de motores tradicionais. Sua corrente de partida é baixa e não causará grandes flutuações de tensão na rede elétrica, garantindo o funcionamento normal dos demais equipamentos elétricos da mina.

Em termos de frenagem, motores síncronos de ímã permanente podem ser combinados com tecnologia avançada de controle vetorial para obter uma regulação precisa do torque de frenagem. Por exemplo, durante a fase de desaceleração do guincho, ao controlar a magnitude e a fase da corrente do estator, o motor entra no estado de frenagem de geração de energia, convertendo a energia cinética do guincho em energia elétrica e a realimentando na rede elétrica, alcançando assim uma frenagem com economia de energia. Comparado aos métodos de frenagem tradicionais, este método de frenagem reduz o desgaste dos componentes mecânicos do freio, prolonga a vida útil do sistema de frenagem, reduz o risco de falha do freio devido ao superaquecimento e melhora a segurança e a confiabilidade da frenagem do guincho.

2. Redundância de falhas e tolerância a falhas

Alguns motores síncronos de ímã permanente usam um projeto de enrolamento multifásico, como um motor síncrono de ímã permanente de seis fases. Quando um enrolamento de fase de um motor falha, os enrolamentos de fase restantes ainda podem manter a operação básica do motor, mas a potência de saída será reduzida de acordo. Este projeto de redundância de falhas permite que o elevador de mina levante com segurança o contêiner de elevação até a cabeça do poço ou fundo do poço, mesmo no caso de uma falha parcial do motor, evitando que o elevador fique pairando no meio do poço devido à falha do motor, garantindo assim a segurança do pessoal e do equipamento. Tomando um motor síncrono de ímã permanente de seis fases como exemplo, supondo que um dos enrolamentos de fase esteja aberto, de acordo com a teoria de distribuição de torque do motor, os enrolamentos de cinco fases restantes ainda podem fornecer cerca de 80% do torque nominal (o valor específico está relacionado aos parâmetros do motor), o que é suficiente para manter a operação lenta do elevador e garantir a segurança.

3. Análise de caso real

(1). Casos de aplicação em minas de metais

Uma grande mina de metal utiliza um motor síncrono de ímã permanente para acionar o motor síncrono de ímã permanente com potência nominal de P = 3000 kW. Após o uso deste motor, em comparação com o motor assíncrono original, na mesma tarefa de içamento, o consumo anual de energia é reduzido em cerca de 18%.

Por meio do monitoramento e da análise dos dados operacionais do motor, a eficiência dos motores síncronos de ímã permanente permanece em um nível alto sob diferentes condições operacionais, especialmente em taxas de carga médias e altas, onde a vantagem de eficiência é mais óbvia.

(2). Casos de aplicação em minas de carvão

Uma mina de carvão instalou um guincho de mina utilizando tecnologia de ímã permanente. Seu motor síncrono de ímã permanente tem uma potência de 800 kW e é usado principalmente para içar e transportar pessoas e carvão. Devido à capacidade limitada da rede elétrica da mina de carvão, o alto fator de potência do motor síncrono de ímã permanente reduz efetivamente a sobrecarga da rede elétrica. Durante a operação, não houve flutuação significativa na tensão da rede elétrica devido à partida ou operação do guincho, o que garantiu o funcionamento normal dos demais equipamentos elétricos da mina de carvão.

4. Tendência de desenvolvimento futuro de motor de ímã permanente para guindaste de mina

(1). Pesquisa, desenvolvimento e aplicação de materiais magnéticos permanentes de alto desempenho

Com o avanço contínuo da ciência dos materiais, a pesquisa e o desenvolvimento de novos materiais magnéticos permanentes de alto desempenho se tornaram uma direção importante para o desenvolvimento da tecnologia magnética permanente para talhas de mina. Por exemplo, espera-se que a nova geração de materiais de ímãs permanentes de terras raras alcance avanços no produto de energia magnética, força coercitiva, estabilidade de temperatura, etc. Um produto de energia magnética mais alto permitirá que os motores de ímã permanente produzam maior potência com menor volume e peso, melhorando ainda mais a densidade de potência das talhas de mina; uma melhor estabilidade de temperatura permitirá que os motores de ímã permanente se adaptem a ambientes de mina mais adversos, como minas profundas de alta temperatura; uma força coercitiva mais forte aumentará a capacidade antidesmagnetização do ímã permanente e aumentará a confiabilidade e a vida útil do motor.

(2). Integração de tecnologia de controle inteligente

No futuro, a tecnologia de ímãs permanentes dos elevadores de minas será profundamente integrada à tecnologia de controle inteligente. Com a ajuda de inteligência artificial, big data, Internet das Coisas e outras tecnologias avançadas, a operação e a manutenção inteligentes dos elevadores serão realizadas. Por exemplo, com a instalação de um grande número de sensores nos principais componentes de motores e elevadores de ímãs permanentes, os dados operacionais podem ser coletados em tempo real, e os dados podem ser analisados ​​e processados ​​usando algoritmos de inteligência artificial para obter previsão e diagnóstico antecipados de falhas de equipamentos, organizar planos de manutenção com antecedência, reduzir as taxas de falhas de equipamentos e melhorar a confiabilidade operacional. Ao mesmo tempo, o sistema de controle inteligente pode otimizar automaticamente os parâmetros operacionais do motor, como velocidade, torque, etc., de acordo com as necessidades reais de produção da mina e o estado operacional do elevador, de modo a atingir a meta de economia de energia e melhoria da eficiência, e melhorar a eficiência da produção e os benefícios econômicos da mina.

(3). Integração de sistemas e design modular

Para melhorar a conveniência e a manutenibilidade da aplicação da tecnologia de ímãs permanentes em elevadores de minas, a integração de sistemas e o design modular se tornarão a tendência de desenvolvimento. Os diversos subsistemas, como motores de ímãs permanentes, sistemas de frenagem e sistemas de monitoramento de segurança, são altamente integrados para formar módulos funcionais padronizados. Ao construir uma mina ou reformar equipamentos, basta selecionar os módulos apropriados para montagem e instalação de acordo com as necessidades reais, o que reduz significativamente o ciclo de instalação e comissionamento do equipamento e reduz os custos de engenharia. Além disso, o design modular facilita a manutenção e a atualização dos equipamentos. Em caso de falha, um módulo pode ser substituído rapidamente, reduzindo o tempo de inatividade e melhorando a continuidade da produção da mina.

5. Vantagens técnicas do motor de ímã permanente Anhui Mingteng

Anhui Mingteng Máquinas Magnéticas Permanentes e Equipamentos Elétricos Co., Ltd.https://www.mingtengmotor.com/）.foi fundada em 2007. A Mingteng conta atualmente com mais de 280 funcionários, incluindo mais de 50 profissionais e técnicos. É especializada em pesquisa e desenvolvimento, produção e vendas de motores síncronos de ímã permanente de ultra-alta eficiência. Seus produtos abrangem uma gama completa de motores de alta tensão, baixa tensão, frequência constante, frequência variável, convencionais, à prova de explosão, acionamento direto, rolos elétricos, máquinas multifuncionais, etc. Após 17 anos de acumulação técnica, possui a capacidade de desenvolver uma gama completa de motores de ímã permanente. Seus produtos abrangem diversos setores, como siderurgia, cimento e mineração, e podem atender às necessidades de diversas condições de trabalho e equipamentos.

Ming Teng usa teoria moderna de design de motor, software de design profissional e programa de design de motor de ímã permanente desenvolvido por ele mesmo para simular o campo eletromagnético, campo de fluido, campo de temperatura, campo de tensão, etc. do motor de ímã permanente, otimizar a estrutura do circuito magnético, melhorar a eficiência energética do motor e resolver as dificuldades na substituição de rolamentos no local de grandes motores de ímã permanente e o problema de desmagnetização de ímã permanente, garantindo fundamentalmente o uso confiável de motores de ímã permanente.

6. Conclusão

A aplicação de motores de ímã permanente em talhas de mineração demonstrou excelente desempenho em termos de segurança e avanço tecnológico. No sistema de acionamento, a alta eficiência, o alto fator de potência e as boas características de torque dos motores síncronos de ímã permanente fornecem uma base sólida para a operação segura e estável da talha.

Por meio da análise de casos reais, pode-se observar que os motores de ímã permanente alcançaram resultados notáveis ​​na aplicação de elevadores de minas em diferentes tipos de minas, seja na redução do consumo de energia, na redução dos custos de manutenção ou na garantia da segurança de pessoal e equipamentos. Olhando para o futuro, com o desenvolvimento de materiais de ímã permanente de alto desempenho, a integração de tecnologias de controle inteligente e o avanço da integração de sistemas e do design modular, os motores de ímã permanente para elevadores de minas inaugurarão uma perspectiva de desenvolvimento mais ampla, injetando forte impulso na produção segura e na operação eficiente da indústria de mineração. Ao considerar a atualização da tecnologia de elevadores ou a compra de novos equipamentos, os clientes da mineração devem compreender plenamente o enorme potencial dos motores de ímã permanente e aplicá-los razoavelmente em combinação com as condições reais de trabalho, as necessidades de produção e a força econômica de suas próprias minas para alcançar o desenvolvimento sustentável das empresas de mineração.

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