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Un sollevamento affidabile è essenziale per l'estrazione in pozzi profondi, dove carichi pesanti, lunghe distanze di percorrenza e condizioni sotterranee impegnative impongono elevati requisiti sul controllo della trasmissione e sull'affidabilità delle attrezzature. Presso la miniera d'oro di Sanshandao nella provincia di Shandong, Cina, è stato selezionato l'Inverter ad Alta Tensione a Quattro Quadranti della FGI per controllare i motori del paranco della miniera in un progetto che prevedeva un pozzo verticale progettato per raggiungere 1.915 metri sotto il livello del mare.
L'applicazione dimostra come la tecnologia di trasmissione a frequenza variabile ad alta tensione e il controllo master-slave possano migliorare la coordinazione dei motori, le prestazioni di sollevamento e l'efficienza energetica in operazioni minerarie impegnative.
Situata vicino alla baia di Laizhou, la miniera d'oro di Sanshandao è un progetto minerario offshore con condizioni geologiche complesse. Il pozzo è stato progettato per raggiungere una profondità di 1.915 metri, con un diametro del pozzo finito di 10,5 metri e un diametro di scavo di 11,5 metri. Al momento del rapporto del progetto, era descritto come il primo e il quinto pozzo verticale più profondo al mondo in costruzione.
La miniera affronta diverse sfide durante la costruzione del pozzo, tra cui elevati sollecitazioni al suolo, pressione dell'acqua nella roccia fratturata, acque sotterranee corrosive e aumento delle temperature sotterranee. Queste condizioni impongono requisiti impegnativi sull'affidabilità e la stabilità operativa del sistema di controllo elettrico di sollevamento.
Il sistema di sollevamento utilizza due macchine per l'avvolgimento, ciascuna dotata di due motori che azionano un tamburo comune attraverso una configurazione a doppio motore e doppio cambio. Il sistema supporta sia il funzionamento a motore singolo che a motore doppio, offrendo flessibilità per diverse condizioni di costruzione e carico.
Per soddisfare questi requisiti, il progetto ha selezionato quattro unità inverter ad alta tensione FGI JD-BP37-2250T a quattro quadranti, ciascuna con una potenza di 2.250 kW e 6 kV, per controllare quattro motori ad alta tensione da 2.000 kW.
La serie JD-BP37-T combina controllo vettoriale, feedback energetico rigenerativo e tecnologia IGBT ad alta potenza per applicazioni industriali impegnative di propulsione.
| Parametro | Specifiche |
|---|---|
| Modello inverter | JD-BP37-2250T |
| Potenza nominale | 2.250 kW per unità |
| Tensione di ingresso | 6 kV |
| Tensione di uscita | 0–6 kV |
| Corrente nominale di uscita | 270 A |
| Gamma di frequenze | 0–50 Hz |
| Capacità di sovraccarico continuo | 110% |
| Capacità di sovraccarico a breve termine | 150% per 1 minuto; 220% per 1,5 secondi |
| Potenza motore controllata | 2.000 kW per motore |
| Quantità dell'inverter installato | 4 unità |
La configurazione diretta ad alta tensione in ingresso e uscita permette all'inverter di collegarsi al sistema motore esistente a 6 kV senza richiedere un trasformatore intermedio di riduzione come parte della disposizione di trasmissione.
Una caratteristica chiave dell'Inverter ad Alta Tensione a Quattro Quadranti è la sua capacità di operare sia in modalità motore che rigenerativa.
Durante il sollevamento, l'inverter converte l'energia elettrica in uscita controllata del motore. Durante il funzionamento rigenerativo, ad esempio quando il verricello abbassa un carico pesante, il motore può funzionare come generatore. L'inverter restituisce l'energia elettrica recuperata alla rete AC invece di dissiparla tutta sotto forma di calore tramite la frenata convenzionale.
Questo flusso energetico bidirezionale supporta la frenata rigenerativa, riduce le perdite di energia correlate alla frenata e contribuisce a migliorare l'efficienza energetica complessiva del sistema di sollevamento.
Lo stadio di ingresso controllato da PWM aiuta anche a regolare la corrente lato rete e a migliorare il fattore di potenza, limitando al contempo l'iniezione di corrente armonica in condizioni operative appropriate.
Per le applicazioni di verricelli mina, una coppia stabile e un'accelerazione e decelerazione controllate sono particolarmente importanti. La serie JD-BP37-T utilizza il controllo vettoriale per fornire alta coppia di avviamento, controllo della coppia reattiva e regolazione precisa della velocità.
Il sistema incorpora anche funzioni orientate all'applicazione, tra cui:
Bypass automatico dell'unità di potenza:Permette di bypassare un'unità di potenza difettosa in condizioni di guasto supportate, aiutando il sistema a completare un ciclo operativo quando sono soddisfatte le condizioni di funzionamento richieste.
Protezione contro la perdita di potenza:Fornisce misure di protezione per interruzioni impreviste dell'approvvigionamento, una considerazione importante durante il calo con carichi pesanti.
Perdite di riserva basse:Riduce le perdite senza carico quando il disco è in standby.
Metodi di frenata multipli:Supporta funzioni rigenerative, DC, di sicurezza e frenata dinamica.
Potere di controllo indipendente:Facilita l'ispezione, la messa in servizio e la manutenzione senza dover attivare il circuito principale ad alta tensione.
Interfacce di controllo integrate:Supporta lo scambio di segnale con il sistema di controllo elettrico del paranco.
Queste funzioni aiutano a rispondere ai requisiti pratici del sollevamento pesante, dove la continuità operativa e la protezione coordinata sono fondamentali.
Ogni macchina di sollevamento utilizza due motori per azionare un tamburo comune. La principale sfida di controllo è mantenere la velocità, la coppia e la potenza dei motori ben coordinate.
Una configurazione a inverter singolo e due motori può essere difficile da ottimizzare quando i componenti dei motori e dei componenti meccanici della trasmissione presentano caratteristiche diverse. La condivisione diseguale del carico può portare un motore a sostenere un carico eccessivo mentre l'altro contribuisce meno, aumentando il rischio di sovraccarico del motore e stress nel sistema di trasmissione.
Per questo progetto, FGI ha implementato uno schema di controllo master-slave in cui due inverter indipendenti azionano due motori separatamente.
Un inverter opera come master, mentre l'altro come slave. La stazione operatore invia i comandi operativi e il riferimento alla velocità all'inverter master. I due inverter scambiano informazioni di controllo tramite comunicazione in fibra ottica.
La disposizione dei comandi funziona come segue:
Controllo master della velocità:L'inverter master riceve il riferimento di velocità dal sistema di controllo del paranco e regola la velocità del motore.
Controllo della coppia da schiavo:L'inverter slave segue i comandi di controllo coordinato del master e regola la coppia del motore.
Coordinamento della condivisione del carico:Il sistema monitora le informazioni sulla corrente attiva e regola il funzionamento della trasmissione per aiutare a bilanciare potenza del motore e coppia.
Flessibilità della modalità operativa:La configurazione di controllo supporta il funzionamento a doppio motore e consente la selezione della modalità a motore singolo tramite l'interfaccia di controllo.
Questa configurazione consente ai due motori di lavorare insieme mantenendo al contempo un controllo indipendente della trasmissione e capacità di protezione specifiche per il motore.
Per un sollevatore profondo, un efficace coordinamento master-slave aiuta a ridurre il carico irregolare, supporta accelerazioni e decelerazioni più fluide e migliora la coerenza complessiva del processo di sollevamento.
L'inverter ad alta tensione a quattro quadranti costituisce una parte centrale dell'azionamento del verricello e dell'architettura di controllo elettrico.
La stazione operatore fornisce comandi avanti e indietro, un comando di arresto d'emergenza e un riferimento di velocità analogica. L'inverter invia segnali di stato operativi, di guasto e di stato del circuito di sicurezza, insieme a segnali di monitoraggio analogici per il sistema di controllo.
Gli interruttori di isolamento ad alta tensione supportano una manutenzione sicura. Il segnale di guasto ad alta tensione dell'inverter è interbloccato con l'interruttore a monte in modo che un guasto dell'inverter possa avviare la corrispondente disconnessione a monte.
Il sistema di controllo del paranco più ampio incorpora anche funzioni protettive per eccessiva velocità, overtravel, rotazione inversa, anomalie del sistema frenante, lascio della corda, condizioni di lubrificazione e altri difetti operativi. A seconda della condizione rilevata, il sistema può attivare una risposta protettiva appropriata, inclusa la frenata d'emergenza.
L'integrazione del controllo della propulsione, del feedback operativo e degli interblocchi protettivi è essenziale per il funzionamento sicuro delle attrezzature di sollevamento mine ad alta potenza.
Il sistema di sollevamento della miniera Sanshandao è stato messo in funzione con successo alla fine di dicembre 2021, secondo il rapporto originale del progetto. Il rapporto registrava il normale funzionamento per oltre due anni dopo la commissione.
L'applicazione sul campo ha dimostrato diversi benefici pratici:
Controllo migliorato del sollevamento:Il controllo a frequenza variabile permetteva accelerazioni e decelerazioni più fluide.
Migliore coordinazione motoria:Il controllo master-slave aiutava a coordinare l'uscita di due motori che azionavano un tamburo comune.
Recupero rigenerativo dell'energia:Il funzionamento a quattro quadranti permetteva di fornire energia elettrica alla rete durante il funzionamento rigenerativo.
Affidabilità operativa migliorata:Le funzioni di protezione del disco, l'interblocco dei guasti e il controllo coordinato supportavano un funzionamento stabile del sistema.
Modalità operative flessibili:Il funzionamento a motore singolo e a doppio motore soddisfava esigenze diverse durante la costruzione dell'albero.
Il rapporto originale descriveva l'effetto di risparmio energetico come significativo ma non forniva una percentuale quantificata di risparmio energetico. I risparmi reali dipendono dal ciclo di sollevamento, dal profilo di carico, dalle condizioni di frenata e dalla configurazione complessiva del sistema.
Il progetto Sanshandao illustra il ruolo dei vari azionamenti di frequenza ad alta tensione nelle applicazioni minerarie impegnative. Per alberi verticali profondi, il sistema di trasmissione deve fare più che regolare la velocità del motore: deve anche coordinare più motori, gestire l'energia rigenerativa e integrarsi con l'architettura di controllo protettiva del paranco.
L'inverter ad alta tensione a quattro quadranti di FGI è adatto per la considerazione in nuove installazioni di sollevamento mine, montanchi per la costruzione di alberi e progetti di modernizzazione che coinvolgono azionamenti a corrente alternata esistenti. La sua combinazione di controllo vettoriale, frenata rigenerativa e coordinamento master-slave offre un approccio pratico per migliorare le prestazioni della trasmissione e l'utilizzo energetico nelle operazioni minerarie pesanti.
Per gli operatori minerari e gli integratori di sistema, la scelta di una soluzione di trasmissione dovrebbe tenere conto delle capacità nominali del motore, della profondità dell'albero, delle caratteristiche del carico, dei requisiti di frenata, delle interfacce di controllo e dell'architettura di sicurezza richiesta.
Cerchi una soluzione inverter ad alta tensione per sollevamenti di mine o azionamenti industriali pesanti?Contatta FGI per discutere i parametri motori, le condizioni operative e i requisiti di applicazione.
