El convertidor de frecuencia a prueba de explosiones de alto voltaje FGI se ha aplicado con éxito a transportadores de banda de accionamiento directo con imán permanente de alta potencia.

1. Introducción

En respuesta a las demandas de la construcción inteligente de minas de carbón, el control de accionamiento inteligente de equipos de alta presión y alta potencia, como cintas transportadoras principales subterráneas, transportadores raspadores, ventiladores y bombas de agua, es particularmente importante. Tomando como ejemplo la cinta transportadora principal de transporte subterráneo, como equipo principal para el transporte de carbón, tiene las características de gran capacidad, carga pesada y funcionamiento continuo a largo plazo. Si bien los acoplamientos hidráulicos existentes pueden lograr una regulación de velocidad suave dentro de un cierto rango, tienen problemas como gran pérdida de deslizamiento, baja eficiencia general, dependencia de la calidad del aceite de transmisión hidráulica para el rendimiento de la regulación de velocidad y gran carga de trabajo de mantenimiento diario. La tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable, con sus ventajas de amplio rango de regulación de velocidad, alta precisión, respuesta rápida y la capacidad de lograr un arranque suave, ocupa una posición importante en los sistemas de regulación de velocidad existentes; actualmente, algunas máquinas de transporte subterráneo en minas de carbón han adoptado esta tecnología, y su función única de control maestro-esclavo y sus características de gran par de arranque garantizan efectivamente el funcionamiento estable y eficiente de la máquina de transporte. La práctica ha demostrado que reemplazar los acoplamientos hidráulicos con dispositivos de frecuencia variable a prueba de explosiones de alta presión para el control de regulación de velocidad puede proporcionar una solución de sistema más completa. El dispositivo de frecuencia variable a prueba de explosiones de alta presión tiene características como velocidad ajustable, alto par de arranque de pequeña corriente, función de distribución de carga y protección completa, y combinado con las características de carga de la cinta transportadora, su aplicación en cintas transportadoras subterráneas en minas de carbón se ha convertido en una tendencia inevitable.

2. Casos típicos de convertidores de frecuencia a prueba de explosiones de alto voltaje

(1) Explicación del principio del sistema

La mina de carbón de Yingpanhao está ubicada en la ciudad de Galaruut, bandera de Wusu, ciudad de Ordos, Región Autónoma de Mongolia Interior. Su capacidad de producción diseñada es de 12 millones de toneladas al año. El sistema principal de transporte por cinta transportadora en el ala norte de la mina utiliza un convertidor de frecuencia a prueba de explosiones de alto voltaje FGI (modelo BPBJV2-1250/10). La tensión de entrada/salida de este equipo es de 10kV, con una potencia nominal de 1250kW. Está diseñado en base a una estructura de topología en cascada, con 8 unidades de potencia configuradas por fase. El sistema de accionamiento adopta un esquema en el que 4 motores en la cabeza y 2 motores en la cola impulsan la cinta transportadora de forma colaborativa. El motor convertidor de frecuencia síncrono de imán permanente a prueba de explosiones utilizado en la mina para la cinta transportadora es el modelo TBVF-900YC, con un voltaje de 10 kV, una potencia nominal de 900 kW y una velocidad nominal de 60 r/min. Todo el sistema de accionamiento adopta una arquitectura de control maestro-esclavo, y se logra una coordinación precisa entre los seis convertidores de frecuencia a través de la comunicación de fibra óptica para garantizar el funcionamiento eficiente y estable del sistema de transporte.

(2) La estructura del sistema del convertidor de frecuencia a prueba de explosiones de alto voltaje

El voltaje de red de 10 kV logra tres funciones a través de un transformador de cambio de fase: en primer lugar, reduce el alto voltaje de entrada a una fuente de alimentación independiente trifásica de 690 V, proporcionando una fuente de alimentación aislada para las unidades de energía; en segundo lugar, el voltaje de entrada de la unidad se cambia de fase a través del método de conexión delta extendida para formar una estructura de rectificación de múltiples pulsos, reduciendo efectivamente la tasa de distorsión armónica de la red eléctrica. Por último, esta estructura proporciona una fuente de alimentación independiente aislada eléctricamente para la conexión en cascada de unidades de potencia. La conexión en cascada de unidades adopta tecnología de desplazamiento de fase del portador. Al compensar la diferencia de fase de las portadoras unitarias adyacentes, el voltaje de salida se aproxima a una onda sinusoidal.

El sistema de control utiliza un DSP de alta velocidad como procesador central y adopta un algoritmo de control vectorial totalmente digital. La unidad de control principal y el módulo de potencia se comunican entre sí a través de fibra óptica para la transmisión de comandos y retroalimentación del estado, lo que garantiza la precisión del control en tiempo real y la capacidad antiinterferencias del sistema en entornos explosivos.

El convertidor de frecuencia a prueba de explosiones de alto voltaje utiliza la tecnología de apilamiento serie-paralelo de unidades de potencia. Cada unidad de potencia recibe la onda de modulación sinusoidal de la unidad de control principal, genera una forma de onda de salida SPWM después del cambio de fase de la portadora y las formas de onda de voltaje de salida de cada unidad se superponen para formar una onda sinusoidal, lo que hace que la forma de onda de salida del convertidor de frecuencia sea básicamente similar a la onda sinusoidal del voltaje de frecuencia de potencia. Sin la necesidad de un filtro de salida, no logra interferencias armónicas en el motor; debido al pequeño dv/dt, no hay daños en el aislamiento del motor y el cable, adecuado para motores y cables ordinarios y, al mismo tiempo, realiza una fuente de alimentación de larga distancia para motores de 5000m. El convertidor de frecuencia a prueba de explosiones de alto voltaje de la mina de carbón de Yingpanhao está ubicado en un callejón lateral de 100 metros a 100 metros de la cinta transportadora. Debido a la casi nula interferencia armónica en el lado de la red eléctrica y a la casi nula interferencia armónica en el motor, se le aclama como el "convertidor de frecuencia verde libre de armónicos".

3. Efecto de la aplicación de convertidores de frecuencia a prueba de explosiones de alto voltaje en la mina de carbón de Yingpanhao

(1) Lograr un arranque verdaderamente suave de las cintas transportadoras. El convertidor de frecuencia puede generar 2,2 veces el par nominal cuando funciona a baja frecuencia. El tiempo de inicio se puede ajustar entre 1 y 3600 segundos, cumpliendo con los requisitos de arranque suave de carga pesada de la cinta transportadora.

(2) Lograr un equilibrio de potencia preciso. Consiga un equilibrio de par cuando los cuatro motores en la cabeza y los dos motores en la cola se accionan simultáneamente a una distancia de 5.000 metros. La tasa de desequilibrio entre cada motor es inferior al 2%.

(3) Realizar la función de conmutación en línea. Este sistema transportador de cinta con 6 unidades funciona en un modo en el que 5 dispositivos están en funcionamiento y 1 está en espera. Admite la función de entrada en línea de todo el inversor. Cuando uno de los 5 dispositivos operativos falla y se apaga, el inversor de reserva se pondrá en uso inmediatamente para garantizar que la cinta transportadora no se detenga y funcione de manera confiable y más segura.

(4) Ajusta automáticamente la velocidad de funcionamiento de la cinta transportadora. Junto con el sensor de flujo de carbón, la velocidad de funcionamiento de la cinta se ajusta automáticamente de acuerdo con el peso de la carga, logrando "un funcionamiento rápido cuando hay más carbón y un funcionamiento lento cuando hay menos carbón", mejorando significativamente la eficiencia de transporte del sistema.

(5) La conservación de energía y la reducción del consumo tienen importantes beneficios económicos y sociales. Al utilizar motores síncronos de imanes permanentes conectados directamente de baja velocidad y alta eficiencia y eliminar el reductor, se han mejorado significativamente la eficiencia del sistema y la eficiencia de mantenimiento. En aplicaciones prácticas, el arranque suave del convertidor de frecuencia reduce el impacto del arranque del sistema, y ​​la regulación de velocidad basada en el volumen de carbón acorta el tiempo de funcionamiento a alta velocidad del sistema transportador de cinta, lo que reduce en gran medida el desgaste de los sistemas mecánicos como el motor, rodillos, poleas guía y correas, y extiende la vida útil del equipo. Reduce la carga de trabajo y los costos de mantenimiento en sitio de los equipos del sistema, disminuye la intensidad laboral de los trabajadores y reduce significativamente el consumo de energía de los motores que funcionan a bajas velocidades en comparación con las altas velocidades. Es de gran importancia para ahorrar electricidad y reducir pérdidas mecánicas en el sistema transportador de cinta.

La solución actual de suministro de energía para convertidores de frecuencia en la industria es utilizar un transformador móvil + convertidor de frecuencia para el suministro de energía. Esto no sólo ocupa una gran superficie, sino que también requiere una gran cantidad de trabajos de cableado y conexión en el sitio. Sin embargo, nuestra empresa ha integrado el transformador y el convertidor de frecuencia en un único diseño de máquina, ofreciendo la opción de convertidores de frecuencia de 10 kV y 6 kV. Esto reduce significativamente la superficie necesaria y el trabajo de construcción en el lugar. El convertidor de frecuencia a prueba de explosiones de alto voltaje adopta un concepto de diseño modular. Los módulos de función se pueden actualizar y mantener según sea necesario, lo que hace conveniente el mantenimiento in situ del producto en el futuro.

(2) Múltiples garantías aseguran un funcionamiento sin preocupaciones.

Además de la función de redundancia en línea del propio equipo, cada fase de un solo convertidor de frecuencia admite la redundancia de tres unidades de potencia. Cuando una unidad falla, el sistema puede omitir automáticamente la unidad defectuosa para garantizar que el proceso de producción no se vea afectado.

(3) Autoequilibrio adaptativo de carga

Se adapta a diversas cargas para su funcionamiento. Las cargas de accionamiento de varios niveles tienen equilibrio de potencia automático, por lo que no requieren intervención humana. Admite control maestro-esclavo de hasta 10 unidades.

(4) Interfaz de comunicación inteligente de minas

Esta interfaz de comunicación minera inteligente cumple con los requisitos de comunicación en minas inteligentes y admite varios métodos de acceso a la red, como fibra óptica, cable de red e inalámbrico. En la mina de carbón de Mengpanhao, los puertos de red se utilizan para la comunicación para transferir datos al centro de monitoreo de datos de superficie. Monitoreo remoto y diagnóstico de fallas: el monitoreo de datos relevantes, el análisis de fallas y la predicción de la vida útil de los componentes se pueden realizar a través de una PC o una aplicación de teléfono móvil.