O conversor de frequência à prova de explosão de alta tensão FGI foi aplicado com sucesso em transportadores de correia de acionamento direto de ímã permanente de alta potência

1.Introdução

Em resposta às demandas da construção inteligente de minas de carvão, o controle inteligente de acionamento de equipamentos de alta pressão e alta potência, como correias transportadoras subterrâneas principais, transportadores raspadores, ventiladores e bombas de água, é particularmente importante. Tomando como exemplo a correia transportadora subterrânea principal, como equipamento principal para transporte de carvão, ela tem as características de grande capacidade, carga pesada e operação contínua de longo prazo. Embora os acoplamentos hidráulicos existentes possam atingir uma regulação de velocidade suave dentro de uma determinada faixa, eles apresentam problemas como grande perda de deslizamento, baixa eficiência geral, dependência da qualidade do óleo de transmissão hidráulica para desempenho de regulação de velocidade e grande carga de trabalho de manutenção diária. A tecnologia de regulação de velocidade de frequência variável, com suas vantagens de ampla faixa de regulação de velocidade, alta precisão, resposta rápida e capacidade de obter partida suave, ocupa uma posição importante nos sistemas de regulação de velocidade existentes. Atualmente, algumas máquinas de transporte subterrâneo em minas de carvão adotaram essa tecnologia, e sua função exclusiva de controle mestre-escravo e características de grande torque de partida garantem efetivamente a operação estável e eficiente da máquina de transporte. A prática mostrou que a substituição dos acoplamentos hidráulicos por dispositivos de frequência variável à prova de explosão de alta pressão para controle de regulação de velocidade pode fornecer uma solução de sistema mais completa. O dispositivo de frequência variável à prova de explosão de alta pressão tem características como velocidade ajustável, torque de partida alto e de baixa corrente, função de distribuição de carga e proteção completa e, combinado com as características de carga do transportador de correia, sua aplicação em transportadores de correia subterrâneos em minas de carvão se tornou uma tendência inevitável.

2. Casos típicos de conversores de frequência de alta tensão à prova de explosão

(1) Explicação do princípio do sistema

A Mina de Carvão Yingpanhao está localizada na cidade de Galaruut, Wusu Banner, cidade de Ordos, Região Autônoma da Mongólia Interior. Sua capacidade de produção projetada é de 12 milhões de toneladas por ano. O principal sistema de correia transportadora na ala norte da mina utiliza um conversor de frequência de alta tensão à prova de explosão FGI (modelo BPBJV2-1250/10). A tensão de entrada/saída deste equipamento é de 10kV, com potência nominal de 1250kW. Ele é projetado com base em uma estrutura de topologia em cascata, com 8 unidades de energia configuradas por fase. O sistema de acionamento adota um esquema onde 4 motores na cabeça e 2 motores na cauda acionam a correia transportadora de forma colaborativa. O motor conversor de frequência síncrono de ímã permanente à prova de explosão usado na mina para o transportador de correia é o modelo TBVF-900YC, com uma tensão de 10 kV, uma potência nominal de 900 kW e uma velocidade nominal de 60 r/min. Todo o sistema de acionamento adota uma arquitetura de controle mestre-escravo, e a coordenação precisa entre os seis conversores de frequência é obtida por meio de comunicação por fibra óptica para garantir a operação eficiente e estável do sistema de transporte.

(2) A estrutura do sistema do conversor de frequência à prova de explosão de alta tensão

A tensão de rede de 10 kV atinge três funções por meio de um transformador de deslocamento de fase: primeiro, reduz a alta tensão de entrada para uma fonte de alimentação independente trifásica de 690 V, fornecendo alimentação isolada para unidades de energia; segundo, a tensão de entrada da unidade é deslocada em fase por meio do método de conexão delta estendida para formar uma estrutura de retificação multipulso, reduzindo efetivamente a taxa de distorção harmônica da rede elétrica. Por fim, essa estrutura fornece uma fonte de alimentação independente eletricamente isolada para o cascateamento de unidades de energia. A unidade em cascata adota tecnologia de mudança de fase da portadora. Ao compensar a diferença de fase das portadoras unitárias adjacentes, a tensão de saída se aproxima de uma onda senoidal.

O sistema de controle usa um DSP de alta velocidade como processador principal e adota um algoritmo de controle vetorial totalmente digital. A unidade de controle principal e o módulo de potência se comunicam por meio de fibra óptica para transmissão de comandos e feedback de status, garantindo a precisão do controle em tempo real e a capacidade antiinterferência do sistema em ambientes explosivos.

O conversor de frequência de alta tensão à prova de explosão usa a tecnologia de empilhamento série-paralelo da unidade de energia. Cada unidade de potência recebe a onda de modulação senoidal da unidade de controle principal, gera uma forma de onda de saída SPWM após o deslocamento de fase da portadora, e as formas de onda de tensão de saída de cada unidade são sobrepostas para formar uma onda senoidal, tornando a forma de onda de saída do conversor de frequência basicamente semelhante à onda senoidal da tensão de frequência de energia. Sem a necessidade de um filtro de saída, ele não causa interferência harmônica no motor; devido ao pequeno dv/dt, não há danos ao isolamento do motor e do cabo, adequado para motores e cabos comuns e, ao mesmo tempo, realiza fornecimento de energia de longa distância para motores de 5000 m. O conversor de frequência de alta tensão à prova de explosão da Mina de Carvão de Yingpanhao está localizado em um beco lateral de 100 metros, a 100 metros de distância da correia transportadora. Devido à quase nenhuma interferência harmônica no lado da rede elétrica e quase nenhuma interferência harmônica no motor, ele é aclamado como o "conversor de frequência verde sem harmônicas".

3. O efeito da aplicação de conversores de frequência de alta tensão à prova de explosão na Mina de Carvão de Yingpanhao

(1) Obtenha verdadeiramente uma partida suave dos transportadores de correia. O conversor de frequência pode gerar 2,2 vezes o torque nominal ao operar em baixa frequência. O tempo de partida pode ser ajustado entre 1 e 3.600 segundos, atendendo aos requisitos de partida suave de carga pesada do transportador de correia.

(2) Alcançar um equilíbrio de potência preciso. Obtenha equilíbrio de torque quando os quatro motores na cabeça e os dois motores na cauda forem acionados simultaneamente a uma distância de 5.000 metros. A taxa de desequilíbrio entre cada motor é inferior a 2%.

(3) Realize a função de comutação online. Este sistema de correia transportadora com 6 acionamentos opera em um modo em que 5 dispositivos estão em operação e 1 está em espera. Ele suporta a função de entrada on-line de todo o inversor. Quando um dos 5 dispositivos operacionais falha e sai do ar, o inversor de espera será imediatamente colocado em uso para garantir que a correia transportadora não pare, opere de forma confiável e mais segura.

(4) Ajuste automaticamente a velocidade de operação da correia transportadora. Em conjunto com o sensor de fluxo de carvão, a velocidade de operação da correia é ajustada automaticamente de acordo com o peso da carga, proporcionando "operação rápida quando há mais carvão e operação lenta quando há menos carvão", melhorando significativamente a eficiência de transporte do sistema.

(5) A conservação de energia e a redução do consumo têm benefícios económicos e sociais significativos. Ao utilizar motores síncronos de ímã permanente de alta eficiência, baixa velocidade e conexão direta, e eliminar o redutor, a eficiência do sistema e a eficiência da manutenção foram significativamente melhoradas. Em aplicações práticas, a partida suave do conversor de frequência reduz o impacto da partida do sistema, e a regulagem de velocidade com base no volume de carvão encurta o tempo de operação de alta velocidade do sistema transportador de correia, reduzindo significativamente o desgaste de sistemas mecânicos, como motor, rolos, polias e correias, e prolongando a vida útil do equipamento. Ele reduz a carga de trabalho de manutenção no local e os custos dos equipamentos do sistema, diminui a intensidade de trabalho dos trabalhadores e reduz significativamente o consumo de energia dos motores que operam em baixas velocidades em comparação com altas velocidades. É de grande importância para economizar energia elétrica e reduzir perdas mecânicas no sistema de correia transportadora.

A solução atual de fornecimento de energia para conversores de frequência na indústria é usar um transformador móvel + conversor de frequência para fornecimento de energia. Isso não só ocupa uma grande área como também exige uma grande quantidade de fiação e trabalho de conexão no local. Entretanto, nossa empresa integrou o transformador e o conversor de frequência em um único projeto de máquina, oferecendo a opção de conversores de frequência de 10 kV e 6 kV. Isso reduz significativamente a área necessária e o trabalho de construção no local. O conversor de frequência de alta tensão à prova de explosão adota um conceito de design modular. Os módulos de função podem ser atualizados e mantidos conforme necessário, facilitando a manutenção do produto no local no futuro.

(2) Múltiplas garantias garantem uma operação sem preocupações

Além da função de redundância on-line do próprio equipamento, cada fase de um único conversor de frequência suporta a redundância de três unidades de energia. Quando uma unidade apresenta mau funcionamento, o sistema pode ignorar automaticamente a unidade defeituosa para garantir que o processo de produção não seja afetado.

(3) Autobalanceamento adaptável de carga

Adapta-se a diversas cargas para operação. As cargas de acionamento multinível têm equilíbrio de potência automático, não exigindo intervenção humana. Ele suporta controle mestre-escravo para até 10 unidades.

(4) Interface de comunicação de mina inteligente

Esta interface de comunicação de mina inteligente atende aos requisitos de comunicação em minas inteligentes e suporta vários métodos de acesso à rede, como fibra óptica, cabo de rede e sem fio. Na Mina de Carvão Mengpanhao, portas de rede são usadas para comunicação para transferir dados para o centro de monitoramento de dados de superfície. Monitoramento remoto e diagnóstico de falhas: o monitoramento de dados relevantes, a análise de falhas e a previsão da vida útil dos componentes podem ser realizados por meio de um PC ou de um aplicativo de celular.