Le convertisseur de fréquence antidéflagrant haute tension FGI a été appliqué avec succès aux convoyeurs à bande à entraînement direct à aimant permanent de haute puissance

1. Introduction

En réponse aux exigences de la construction intelligente des mines de charbon, le contrôle intelligent de l'entraînement des équipements à haute pression et à haute puissance tels que les convoyeurs à bande de transport principaux souterrains, les convoyeurs à raclettes, les ventilateurs et les pompes à eau est particulièrement important. Prenons l'exemple du convoyeur à bande de transport principal souterrain, en tant qu'équipement de base pour le transport du charbon, il présente les caractéristiques d'une grande capacité, d'une charge lourde et d'un fonctionnement continu à long terme. Bien que les accouplements hydrauliques existants puissent assurer une régulation de vitesse fluide dans une certaine plage, ils présentent des problèmes tels qu'une perte de glissement importante, une faible efficacité globale, une dépendance à la qualité de l'huile de transmission hydraulique pour les performances de régulation de vitesse et une charge de travail de maintenance quotidienne importante. La technologie de régulation de vitesse à fréquence variable, avec ses avantages de large plage de régulation de vitesse, de haute précision, de réponse rapide et de capacité à réaliser un démarrage en douceur, occupe une position importante dans les systèmes de régulation de vitesse existants - actuellement, certaines machines de transport souterraines dans les mines de charbon ont adopté cette technologie, et sa fonction de contrôle maître-esclave unique et ses caractéristiques de couple de démarrage importantes garantissent efficacement le fonctionnement stable et efficace de la machine de transport. La pratique a montré que le remplacement des raccords hydrauliques par des dispositifs à fréquence variable antidéflagrants à haute pression pour le contrôle de la régulation de vitesse peut fournir une solution système plus complète. Le dispositif à fréquence variable antidéflagrant haute pression présente des caractéristiques telles qu'une vitesse réglable, un faible courant, un couple de démarrage élevé, une fonction de répartition de charge et une protection complète, et combiné aux caractéristiques de charge du convoyeur à bande, son application sur les convoyeurs à bande souterrains dans les mines de charbon est devenue une tendance inévitable.

2. Cas typiques de convertisseurs de fréquence antidéflagrants haute tension

(1) Explication du principe du système

La mine de charbon de Yingpanhao est située dans la ville de Galaruut, bannière de Wusu, ville d'Ordos, région autonome de Mongolie intérieure. Sa capacité de production prévue est de 12 millions de tonnes par an. Le système principal de convoyeur à bande de transport de l'aile nord de la mine utilise un convertisseur de fréquence antidéflagrant haute tension FGI (modèle BPBJV2-1250/10). La tension d'entrée/sortie de cet équipement est de 10 kV, avec une puissance nominale de 1 250 kW. Il est conçu sur la base d'une structure de topologie en cascade, avec 8 unités de puissance configurées par phase. Le système d'entraînement adopte un schéma dans lequel 4 moteurs en tête et 2 moteurs en queue entraînent le convoyeur à bande de manière collaborative. Le moteur convertisseur de fréquence synchrone à aimant permanent antidéflagrant utilisé dans la mine pour le convoyeur à bande est le modèle TBVF-900YC, avec une tension de 10 kV, une puissance nominale de 900 kW et une vitesse nominale de 60 tr/min. L'ensemble du système d'entraînement adopte une architecture de contrôle maître-esclave et une coordination précise entre les six convertisseurs de fréquence est réalisée grâce à une communication par fibre optique pour garantir le fonctionnement efficace et stable du système de transport.

(2) La structure du système du convertisseur de fréquence antidéflagrant haute tension

La tension du réseau de 10 kV remplit trois fonctions grâce à un transformateur déphaseur : premièrement, elle réduit la haute tension d'entrée à une alimentation électrique indépendante triphasée de 690 V, fournissant une alimentation électrique isolée pour les unités d'alimentation ; deuxièmement, la tension d'entrée de l'unité est déphasée grâce à la méthode de connexion en triangle étendu pour former une structure de redressement multi-impulsions, réduisant efficacement le taux de distorsion harmonique du réseau électrique. Enfin, cette structure fournit une alimentation électrique indépendante isolée électriquement pour la mise en cascade des unités de puissance. La mise en cascade des unités adopte la technologie de déphasage de la porteuse. En compensant la différence de phase des porteurs unitaires adjacents, la tension de sortie se rapproche d'une onde sinusoïdale.

Le système de contrôle utilise un DSP haute vitesse comme processeur principal et adopte un algorithme de contrôle vectoriel entièrement numérique. L'unité de contrôle principale et le module d'alimentation communiquent entre eux via une fibre optique pour la transmission des commandes et le retour d'état, garantissant la précision du contrôle en temps réel et la capacité anti-interférence du système dans les environnements explosifs.

Le convertisseur de fréquence antidéflagrant haute tension utilise la technologie d'empilement série-parallèle de l'unité de puissance. Chaque unité d'alimentation reçoit l'onde de modulation sinusoïdale de l'unité de commande principale, génère une forme d'onde de sortie SPWM après le déphasage de la porteuse, et les formes d'onde de tension de sortie de chaque unité sont superposées pour former une onde sinusoïdale, ce qui rend la forme d'onde de sortie du convertisseur de fréquence fondamentalement similaire à l'onde sinusoïdale de la tension de fréquence d'alimentation. Sans avoir besoin d'un filtre de sortie, il n'entraîne aucune interférence harmonique avec le moteur ; en raison du petit dv/dt, il n'y a aucun dommage à l'isolation du moteur et du câble, adapté aux moteurs et câbles ordinaires, et réalise en même temps une alimentation longue distance pour les moteurs de 5 000 m. Le convertisseur de fréquence antidéflagrant haute tension de la mine de charbon de Yingpanhao est placé dans une allée latérale de 100 mètres à 100 mètres du convoyeur à bande. En raison de l'absence quasi totale d'interférences harmoniques du côté du réseau électrique et de l'absence quasi totale d'interférences harmoniques avec le moteur, il est salué comme le « convertisseur de fréquence vert sans harmoniques ».

3. Effet de l'application des convertisseurs de fréquence antidéflagrants haute tension dans la mine de charbon de Yingpanhao

(1) Réalisez un démarrage véritablement en douceur des convoyeurs à bande. Le convertisseur de fréquence peut produire 2,2 fois le couple nominal lorsqu'il fonctionne à basse fréquence. Le temps de démarrage peut être réglé entre 1 et 3 600 secondes, répondant ainsi aux exigences de démarrage progressif à forte charge du convoyeur à bande.

(2) Atteindre un équilibre de puissance précis. Atteignez l'équilibre du couple lorsque les quatre moteurs en tête et les deux moteurs en queue sont entraînés simultanément à une distance de 5 000 mètres. Le taux de déséquilibre entre chaque moteur est inférieur à 2 %.

(3) Réaliser la fonction de commutation en ligne. Ce système de convoyeur à bande à 6 entraînements fonctionne dans un mode où 5 appareils sont en fonctionnement et 1 est en veille. Il prend en charge la fonction d'entrée en ligne de l'ensemble de l'onduleur. Lorsqu'un des 5 dispositifs de fonctionnement tombe en panne et se ferme, l'onduleur de secours est immédiatement mis en service pour garantir que le convoyeur à bande ne s'arrête pas, fonctionne de manière fiable et plus sûre.

(4) Ajustez automatiquement la vitesse de fonctionnement du convoyeur à bande. En conjonction avec le capteur de débit de charbon, la vitesse de fonctionnement de la bande est automatiquement ajustée en fonction du poids de la charge, permettant ainsi un « fonctionnement rapide lorsqu'il y a plus de charbon et un fonctionnement lent lorsqu'il y a moins de charbon », améliorant considérablement l'efficacité du transport du système.

(5) La conservation de l’énergie et la réduction de la consommation présentent des avantages économiques et sociaux considérables. En utilisant des moteurs synchrones à aimant permanent à connexion directe à faible vitesse et à haut rendement et en éliminant le réducteur, l'efficacité du système et l'efficacité de la maintenance ont été considérablement améliorées. Dans les applications pratiques, le démarrage progressif du convertisseur de fréquence réduit l'impact du démarrage du système et la régulation de la vitesse en fonction du volume de charbon raccourcit le temps de fonctionnement à grande vitesse du système de convoyeur à bande, réduisant considérablement l'usure des systèmes mécaniques tels que le moteur, les rouleaux, les rouleaux et les courroies, et prolongeant la durée de vie de l'équipement. Il réduit la charge de travail de maintenance sur site et les coûts des équipements du système, diminue l'intensité du travail des travailleurs et réduit considérablement la consommation d'énergie des moteurs fonctionnant à basse vitesse par rapport aux vitesses élevées. Il est d’une grande importance pour économiser l’électricité et réduire les pertes mécaniques dans le système de convoyeur à bande.

La solution d'alimentation électrique actuelle pour les convertisseurs de fréquence dans l'industrie consiste à utiliser un transformateur mobile + un convertisseur de fréquence pour l'alimentation électrique. Cela occupe non seulement une grande surface, mais nécessite également une grande quantité de câblage et de travaux de connexion sur site. Cependant, notre société a intégré le transformateur et le convertisseur de fréquence dans une seule conception de machine, offrant l'option de convertisseurs de fréquence de 10 kV et 6 kV. Cela réduit considérablement la surface nécessaire et les travaux de construction sur site. Le convertisseur de fréquence antidéflagrant haute tension adopte un concept de conception modulaire. Les modules fonctionnels peuvent être mis à jour et entretenus selon les besoins, ce qui facilite la maintenance sur site du produit à l'avenir.

(2) De multiples garanties assurent un fonctionnement sans souci

En plus de la fonction de redondance en ligne de l'équipement lui-même, chaque phase d'un seul convertisseur de fréquence prend en charge la redondance de trois unités de puissance. Lorsqu'une unité présente un dysfonctionnement, le système peut automatiquement contourner l'unité défectueuse pour garantir que le processus de production n'est pas affecté.

(3) Auto-équilibrage adaptatif de la charge

S'adapte à diverses charges pour le fonctionnement. Les charges d'entraînement à plusieurs niveaux disposent d'un équilibrage de puissance automatique, ne nécessitant aucune intervention humaine. Il prend en charge le contrôle maître-esclave jusqu'à 10 unités.

(4) Interface de communication minière intelligente

Cette interface de communication minière intelligente répond aux exigences de communication dans les mines intelligentes et prend en charge diverses méthodes d'accès au réseau telles que la fibre optique, le câble réseau et le sans fil. Dans la mine de charbon de Mengpanhao, les ports réseau sont utilisés pour la communication afin de transférer les données vers le centre de surveillance des données de surface. Surveillance à distance et diagnostic des pannes : la surveillance des données pertinentes, l'analyse des pannes et la prédiction de la durée de vie des composants peuvent être effectuées via un PC ou une application pour téléphone portable.