تم تطبيق محول التردد المقاوم للانفجار عالي الجهد FGI بنجاح على ناقلات الحزام ذات المحرك المباشر ذات المغناطيس الدائم عالية الطاقة

1. المقدمة

استجابة لمتطلبات بناء مناجم الفحم الذكية، فإن التحكم الذكي في قيادة المعدات عالية الضغط وعالية الطاقة مثل ناقلات الأحزمة الرئيسية للنقل تحت الأرض، وناقلات الكاشطات، والمراوح، ومضخات المياه أمر مهم بشكل خاص. إذا أخذنا حزام النقل الرئيسي تحت الأرض كمثال، باعتباره المعدات الأساسية لنقل الفحم، فإنه يتميز بالسعة الكبيرة، والحمل الثقيل، والتشغيل المستمر على المدى الطويل. على الرغم من أن وصلات الهيدروليكية الموجودة يمكنها تحقيق تنظيم سلس للسرعة ضمن نطاق معين، إلا أنها تعاني من مشاكل مثل فقدان الانزلاق الكبير، وانخفاض الكفاءة الإجمالية، والاعتماد على جودة زيت ناقل الحركة الهيدروليكي لأداء تنظيم السرعة، وحجم العمل الكبير للصيانة اليومية. تحتل تقنية تنظيم سرعة التردد المتغير، بمزاياها المتمثلة في نطاق تنظيم السرعة الواسع، والدقة العالية، والاستجابة السريعة، والقدرة على تحقيق بداية ناعمة، مكانة مهمة في أنظمة تنظيم السرعة الحالية - حاليًا، اعتمدت بعض آلات النقل تحت الأرض في مناجم الفحم هذه التقنية، وتضمن وظيفة التحكم الرئيسية والتابعة الفريدة وخصائص عزم الدوران الكبير بشكل فعال التشغيل المستقر والفعال لآلة النقل. لقد أظهرت الممارسة أن استبدال الوصلات الهيدروليكية بأجهزة تردد متغير مقاومة للانفجار ذات ضغط عالي للتحكم في تنظيم السرعة يمكن أن يوفر حلاً أكثر اكتمالاً للنظام. يتميز جهاز التردد المتغير المقاوم للانفجار عالي الضغط بخصائص مثل السرعة القابلة للتعديل، وعزم الدوران العالي عند بدء التشغيل بتيار صغير، ووظيفة توزيع الحمل، والحماية الكاملة، وبالاقتران مع خصائص الحمل الخاصة بالناقل الحزامي، أصبح تطبيقه على الناقلات الحزامية تحت الأرض في مناجم الفحم اتجاهًا لا مفر منه.

2. الحالات النموذجية لمحولات التردد عالية الجهد المقاومة للانفجار

(1) شرح مبدأ النظام

يقع منجم الفحم ينغبانهاو في بلدة غالاروت، راية ووسو، مدينة أوردوس، منطقة منغوليا الداخلية ذاتية الحكم. وتبلغ طاقتها الإنتاجية المصممة 12 مليون طن سنوياً. يستخدم نظام حزام النقل الرئيسي الموجود على الجناح الشمالي للمناجم محول تردد مقاوم للانفجار عالي الجهد FGI (طراز BPBJV2-1250/10). إن جهد الإدخال/الإخراج لهذا الجهاز هو 10 كيلو فولت، مع قوة مقدرة تبلغ 1250 كيلو وات. تم تصميمه على أساس بنية طوبولوجية متتالية، مع 8 وحدات طاقة مُصممة لكل مرحلة. يعتمد نظام القيادة على مخطط حيث تقوم 4 محركات في الرأس و 2 محركات في الذيل بتشغيل الناقل الحزامي بشكل تعاوني. محرك محول التردد المتزامن المغناطيسي الدائم المقاوم للانفجار المستخدم في المناجم للناقل الحزامي هو نموذج TBVF-900YC، بجهد 10 كيلو فولت، وقوة مقدرة 900 كيلو وات، وسرعة مقدرة 60 دورة في الدقيقة. يعتمد نظام القيادة بأكمله على بنية التحكم الرئيسية والتابعة، ويتم تحقيق التنسيق الدقيق بين محولات التردد الستة من خلال الاتصال بالألياف الضوئية لضمان التشغيل الفعال والمستقر لنظام النقل.

(2) هيكل نظام محول التردد المقاوم للانفجار عالي الجهد

يحقق جهد الشبكة 10 كيلو فولت ثلاث وظائف من خلال محول تحويل الطور: أولاً، يقلل الجهد العالي الداخل إلى مصدر طاقة مستقل ثلاثي الطور 690 فولت، مما يوفر مصدر طاقة معزولًا لوحدات الطاقة؛ ثانيًا، يتم تحويل جهد دخل الوحدة من خلال طريقة توصيل دلتا الممتدة لتشكيل هيكل تصحيح متعدد النبضات، مما يقلل بشكل فعال من معدل التشوه التوافقي لشبكة الطاقة. وأخيرًا، يوفر هذا الهيكل مصدر طاقة مستقل معزول كهربائيًا لتسلسل وحدات الطاقة. تعتمد وحدة التتابع على تقنية تحويل الطور الناقل. من خلال التعويض عن فرق الطور بين حاملات الوحدة المتجاورة، يقترب جهد الخرج من الموجة الجيبية.

يستخدم نظام التحكم معالج إشارة رقمي عالي السرعة كمعالج أساسي ويعتمد خوارزمية تحكم متجهية رقمية بالكامل. تتواصل وحدة التحكم الرئيسية ووحدة الطاقة مع بعضهما البعض من خلال الألياف الضوئية لنقل الأوامر وردود الفعل على الحالة، مما يضمن دقة التحكم في الوقت الفعلي والقدرة المضادة للتداخل للنظام في البيئات المتفجرة.

يستخدم محول التردد المقاوم للانفجار عالي الجهد تقنية التكديس المتسلسل المتوازي لوحدة الطاقة. تستقبل كل وحدة طاقة موجة التعديل الجيبي من وحدة التحكم الرئيسية، وتولد شكل موجة خرج SPWM بعد تحويل طور الناقل، ويتم فرض أشكال موجة جهد الخرج لكل وحدة لتشكيل موجة جيبية، مما يجعل شكل موجة خرج محول التردد مشابهًا بشكل أساسي للموجة الجيبية لجهد تردد الطاقة. بدون الحاجة إلى مرشح إخراج، فإنه لا يحقق أي تداخل توافقي للمحرك؛ بسبب dv/dt الصغيرة، لا يوجد ضرر لعزل المحرك والكابل، ومناسب للمحركات والكابلات العادية، وفي الوقت نفسه يحقق إمداد الطاقة لمسافات طويلة لمحركات 5000 متر. يقع محول التردد المقاوم للانفجار عالي الجهد لمنجم الفحم Yingpanhao في ممر جانبي بطول 100 متر على بعد 100 متر من الناقل الحزامي. بسبب عدم وجود أي تداخل توافقي تقريبًا على جانب شبكة الطاقة وعدم وجود أي تداخل توافقي تقريبًا مع المحرك، يُطلق عليه اسم "محول التردد الأخضر الخالي من التوافقيات".

3. تأثير تطبيق محولات التردد عالية الجهد المقاومة للانفجار في منجم فحم ينغبانهاو

(1) تحقيق بداية ناعمة حقًا لناقلات الحزام. يمكن لمحول التردد إخراج عزم دوران أكبر بمقدار 2.2 مرة من عزم الدوران المقدر عند التشغيل بتردد منخفض. يمكن تعديل وقت البدء في حدود 1 إلى 3600 ثانية، لتلبية متطلبات البدء الناعم للحمل الثقيل للناقل الحزامي.

(2) تحقيق توازن دقيق للقوة. يتم تحقيق توازن عزم الدوران عندما يتم تشغيل المحركات الأربعة في الرأس والمحركين في الذيل في وقت واحد على مسافة 5000 متر. معدل عدم التوازن بين كل محرك أقل من 2٪.

(3) تحقيق وظيفة التبديل عبر الإنترنت. يعمل نظام ناقل الحزام المكون من 6 محركات في وضع حيث تكون 5 أجهزة قيد التشغيل وجهاز واحد في وضع الاستعداد. يدعم وظيفة الإدخال عبر الإنترنت للعاكس بأكمله. عندما يفشل أحد الأجهزة التشغيلية الخمسة ويخرج، سيتم تشغيل العاكس الاحتياطي على الفور لضمان عدم توقف الناقل الحزامي وتشغيله بشكل موثوق وأكثر أمانًا.

(4) ضبط سرعة تشغيل الناقل الحزامي تلقائيًا. بالتزامن مع مستشعر تدفق الفحم، يتم تعديل سرعة تشغيل الحزام تلقائيًا وفقًا لوزن الحمل، مما يحقق "تشغيلًا سريعًا عندما يكون هناك المزيد من الفحم وتشغيلًا بطيئًا عندما يكون هناك أقل من الفحم"، مما يعزز بشكل كبير من كفاءة النقل للنظام.

(5) إن الحفاظ على الطاقة وتخفيض استهلاكها له فوائد اقتصادية واجتماعية كبيرة. من خلال استخدام محركات متزامنة مغناطيسية دائمة متصلة مباشرة ومنخفضة السرعة وعالية الكفاءة والتخلص من المخفض، تم تحسين كفاءة النظام وكفاءة الصيانة بشكل كبير. في التطبيقات العملية، يقلل التشغيل الناعم لمحول التردد من تأثير بدء تشغيل النظام، كما يعمل تنظيم السرعة بناءً على حجم الفحم على تقصير وقت التشغيل عالي السرعة لنظام ناقل الحزام، مما يقلل بشكل كبير من تآكل الأنظمة الميكانيكية مثل المحرك والبكرات والعجلات الخاملة والأحزمة، ويطيل عمر خدمة المعدات. فهو يقلل من عبء صيانة الموقع وتكاليف معدات النظام، ويقلل من كثافة العمالة، ويقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة للمحركات التي تعمل بسرعات منخفضة مقارنة بالسرعات العالية. وهو ذو أهمية كبيرة في توفير الكهرباء وتقليل الخسائر الميكانيكية في نظام الناقل الحزامي.

الحل السائد الحالي لإمدادات الطاقة لمحولات التردد في الصناعة هو استخدام محول متنقل + محول تردد لإمداد الطاقة. وهذا لا يشغل مساحة كبيرة فحسب، بل يتطلب أيضًا قدرًا كبيرًا من أعمال الأسلاك والتوصيلات في الموقع. ومع ذلك، قامت شركتنا بدمج المحول ومحول التردد في تصميم آلة واحدة، مما يوفر خيار محولات التردد 10 كيلو فولت و 6 كيلو فولت. يؤدي هذا إلى تقليل المساحة المطلوبة وأعمال البناء في الموقع بشكل كبير. يعتمد محول التردد المقاوم للانفجار عالي الجهد على مفهوم التصميم المعياري. يمكن تحديث وحدات الوظائف وصيانتها حسب الحاجة، مما يجعلها ملائمة لصيانة المنتج في الموقع في المستقبل.

(2) ضمانات متعددة تضمن التشغيل بدون قلق

بالإضافة إلى وظيفة التكرار عبر الإنترنت للمعدات نفسها، تدعم كل مرحلة من مراحل محول التردد الفردي التكرار لثلاث وحدات طاقة. عندما يحدث خلل في إحدى الوحدات، يمكن للنظام أن يتجاوز الوحدة المعيبة تلقائيًا لضمان عدم تأثر عملية الإنتاج.

(3) التوازن الذاتي التكيفي للحمل

تتكيف مع الأحمال المختلفة للتشغيل. تتمتع أحمال القيادة متعددة المستويات بتوازن طاقة تلقائي، ولا تتطلب أي تدخل بشري. يدعم التحكم الرئيسي والتابع لما يصل إلى 10 وحدات.

(4) واجهة الاتصالات الذكية للمناجم

تلبي واجهة الاتصالات الذكية الخاصة بالمناجم هذه متطلبات الاتصالات في المناجم الذكية وتدعم طرق الوصول إلى الشبكة المختلفة مثل الألياف الضوئية وكابل الشبكة واللاسلكي. في منجم الفحم Mengpanhao، يتم استخدام منافذ الشبكة للاتصال لنقل البيانات إلى مركز مراقبة البيانات السطحية. المراقبة عن بعد وتشخيص الأخطاء: يمكن إجراء مراقبة البيانات ذات الصلة وتحليل الأخطاء والتنبؤ بعمر المكونات من خلال جهاز كمبيوتر أو تطبيق هاتف محمول.