EN
Įvertinant varomuosius sprendimus sunkiajai kalnakasių įrangai, nuolatinio magnetizmo variklio ir nuolatinio magnetizmo variklis ir įprastasis inducinis variklis tiesiogiai ir matuojamai veikia energijos suvartojimą. Nuolatinio magnetizmo variklis savo magnetinį lauką sukuria naudodamas įmontuotus retųjų žemių magnetus, o ne indukuotus rotoriaus srovės, todėl esminiu būdu keičia elektrinės energijos konversiją į mechaninį darbą. Šis skirtumas nėra nedidelis – sunkiose kalnakasių eksploatacijos apkrovos cikluose jis reiškia reikšmingus ir ilgalaikius energijos taupymus, kurie kaupiasi laikui bėgant.
Tiksliai suprasti, kiek energijos sutaupo nuolatinio magnetizmo variklis, reikia išnagrinėti naudingumo koeficientus, nuostolių mechanizmus ir realias eksploatacijos sąlygas. Gavybos aplinkoje, kur konvejerai, smulkintuvai, pakėlimo įrenginiai ir siurbliai veikia nuolat kintamos apkrovos sąlygomis, nuolatinio magnetizmo variklio pranašumai prieš indukcinį variklį yra ypač akivaizdūs. Šiame straipsnyje išsamiai nagrinėjami energijos taupymo mechanizmai, nustatomas naudingumo skirtumas ir paaiškinama, kodėl daugelis gavybos operatorių perėjo prie nuolatinio magnetizmo variklių technologijos.
Variklių tipų naudingumo skirtumai
Kaip nuolatinio magnetizmo variklis sumažina elektrinius nuostolius
Indukcinis variklis naudoja elektromagnetinę indukciją, kad sukurtų rotoriaus srovę, kuri sukuria reaktyvią magnetinę lauką. Šis procesas neišvengiamai sukelia rotoriaus vario nuostolius – taip pat vadinamus I²R nuostoliais – kurie sunaudoja energiją, nepasiduodami į vertingą mechaninį galios perdavimą ant ašies. Nuolatinio magnetinio lauko variklis visiškai pašalina rotoriaus vario nuostolius, nes jo rotoriaus lauką palaiko nuolaminiai magnetai. Šis vienintelis mechaninis skirtumas leidžia nuolaminio magnetinio lauko varikliui pasiekti pilnos apkrovos naudingumo koeficientą, dažniausiai svyruojantį nuo 95 % iki 97 %, tuo tarpu panašūs indukciniai varikliai paprastai veikia nuo 90 % iki 94 %.
Nuolatinio magneto variklio naudingumo koeficiento pranašumas dar labiau išsiskiria esant dalinei apkrovai. Gavybos įranga retai veikia pilna nominaliąja apkrova kiekvieną eksploatacijos valandą. Konvejeriai sulėtėja per pametų keitimus, siurbliai sumažina našumą, kai sumažėja poreikis, o smulkintuvai cikliškai keičia maitinimo našumą. Indukcinio variklio naudingumo koeficientas stipriai krenta, kai jis veikia mažiau nei 50 % nominaliosios apkrovos. Nuolatinio magneto variklis išlaiko aukštą naudingumo koeficientą daug platesniame apkrovos intervale, todėl jis žymiai geriau tinka kintamosios apkrovos režimams, būdingiems gavybos taikymams.
Geležies nuostoliai ir šiluminis našumas
Nuolatinio magnetizmo variklis taip pat sukuria mažesnį statoriaus geležies nuostolį lyginant su indukcinio variklio nuostoliais, kai abu varikliai veikia tuo pačiu išėjimo galingumu. Kadangi nuolatinio magnetizmo variklis nereikalauja rotoriaus magnetizuoti per statoriaus srovę, statoriaus apvijoje magnetizuojančios srovės dedamoji žymiai sumažėja. Mažesnė statoriaus srovė reiškia mažesnį varžos šilumos išsiskyrimą, todėl sumažėja vario nuostoliai ir šiluminis įtampa izoliacijai apvijoje. Požeminėse kasyklose, kur aušinimas yra ribotas, nuolatinio magnetizmo variklis veikia šaltesnis, ilgesnį laiką išlaiko techninės priežiūros intervalus ir sumažina šiluminio verslo riziką.
Energijos taupymo kasybos įrangoje kiekybinis įvertinimas
Tolydžiosios veiklos taikymuose numatytas energijos suvartojimo sumažėjimas
Tolydžiai veikiančiam kasybos įrangos įrenginiui, pvz., juostinėms konvejerinėms sistemoms ir purškiamųjų skysčių siurbliams, nuolatinio magnetinio lauko variklis paprastai užtikrina 3–6 % efektyvumo padidėjimą palyginti su atitinkamu indukciniu varikliu pilnu apkrova. Nors šis procentinis dydis atskirai gali atrodyti nedidelis, metinio eksploatacijos ciklo metu susikaupęs energijos taupymas yra reikšmingas. Vieno didelio konvejerinio variklio, kuris veikia nuolatinio magnetinio lauko varikliu 200 kW galios 8000 valandų per metus, energijos sąnaudos gali būti sumažintos dešimtims tūkstančių kilovatvalandžių per metus palyginti su tuo pačiu apkrovos veikimu indukciniu varikliu. Kelių variklių kasybos vietoje bendras energijos suvartojimo sumažėjimas, kurį leidžia nuolatinio magnetinio lauko variklių technologija, gali sudaryti reikšmingą dalį visų elektros energijos sąskaitų.
Kintamos apkrovos įrangai, pvz., keltuvams ir smulkintuvams, nuolatinio srovės magneto variklio energijos nauda praktikoje yra dar didesnė. Kai įvertinamas faktinis veikimo režimas – įskaitant dalinės apkrovos valandas, paleidimo ciklus ir neveikimo laikotarpius – nuolatinio srovės magneto variklis gali suvartoti 7–10 % mažiau energijos vienam perdirbto medžiagos tonui nei inducinis variklis. Tai vyksta todėl, kad nuolatinio srovės magneto variklis išlaiko aukštą naudingumo koeficientą dalinės apkrovos laikotarpiuose, kurie sudaro daugumą smulkintuvų ir keltuvų darbo ciklų.
Atsipirkimo laikotarpis ir ilgalaikis kaštų poveikis
Nuolatinio magnetų variklio pradinė įsigijimo kaina yra aukštesnė nei lygiavertės indukcijos variklio, todėl tai dažnai kelia prieštaravimų kapitalo apribojimų turinčiuose gavybos projektuose. Tačiau kai energijos taupymas išreiškiamas metiniais elektros energijos sąnaudų mažėjimais, dauguma nuolatinio magnetų variklių įrengimų aukštos naudojimo intensyvumo gavybos įrenginiuose atsipirka per du–keturis metus. Po to nuolatinio magnetų variklis vis dar taupo energiją likusią jo tarnavimo trukmę, kuri tinkamos priežiūros sąlygomis paprastai viršija dešimt metų. Viso gyvavimo ciklo metu nuolatinio magnetų variklis beveik visada užtikrina žemesnę bendrą savininkystės sąnaudų sumą nei jo indukcijos variklio analogas.
Taikymas Tinka gavybos įrangai
Kur nuolatinio magnetų variklis suteikia didžiausią vertę
Nuolatinio magnetizmo variklis ypač gerai tinka kalnakasybos taikymams, kuriuose reikia didelės sukimo momentų esant žemam ar kintamam greičiui – būtent tokios sąlygos yra indukcinio variklio silpniausia vieta. Nuolatinio magnetizmo variklis gali pateikti nominalųjį sukimo momentą nulinio ar beveik nulinio greičio režimu be srovės šuolių, būdingų indukcinio variklio paleidimui. Tai daro nuolatinio magnetizmo variklį idealų keltuvų varomajai įrangai, konvejerių paleidimui apkrotoje ir dumblo siurblių taikymams, kur kontroliuojamas žemo greičio sukimo momentas yra būtinas procesų stabilumui. Aukštų paleidimo srovių pašalinimas taip pat sumažina įtampą elektros tiekimo infrastruktūroje, netiesiogiai mažindamas elektros infrastruktūros sąnaudas.
Nuolatinio magnetu variklis, integruotas su kintamos dažnio valdymo sistema, sudaro vieną energiškiausiai veikiančių varomųjų sistemų, šiandien prieinamų kalnakasybos įrangai. Kintamos dažnio valdymo sistema leidžia nuolatinio magnetu varikliui tiksliai veikti reikiamu procesui greičiu, išvengiant energijos švaistymo, susijusio su vožtuvų prilaikymu, skystojo jungiklio naudojimu arba pastovaus greičio veikimu. Kai ši kombinacija taikoma dideliam ventiliacijos fanui ar vandens siurbliui kalnakasybos įmonėje, nuolatinio magnetu variklis su kintamo greičio valdymu gali sumažinti energijos suvartojimą 20–40 % lyginant su pastovaus greičio indukciniu varikliu, kuriam naudojama mechaninė srauto kontrolė.
Montavimo ir integravimo aspektai
Nuolatinio magnetizmo variklio įdiegimas į esamą kasybos techniką reikalauja suderinamumo tikrinimo tarp variklio elektrinių charakteristikų ir varomosios sistemos. Nuolatinio magnetizmo varikliui dažniausiai reikia specializuoto vektorinio valdymo arba tiesioginio momento valdymo kintamosios dažnio variklio, kad pasiektų optimalų našumą. Standartiniai asinchroniniai varikliai ne visada yra keičiami vienas kitu be programinės įrangos ar aparatinės įrangos pakeitimų. Inžinerijos komandos, planuojančios nuolatinio magnetizmo variklio modernizavimą, turėtų patikrinti variklio suderinamumą jau projekto pradžioje, kad išvengtų paleidimo uždelstymo ir užtikrintų, jog nuolatinio magnetizmo variklis veiktų numatytoje efektyvumo srityje nuo pirmosios eksploatacijos dienos.
Dažniausiai užduodami klausimai
Kiek efektyvesnis yra nuolatinio magnetizmo variklis nei asinchroninis variklis?
Nuolatinio magnetizmo variklis paprastai pasiekia 95–97 % pilnos apkrovos naudingumo koeficientą, tuo tarpu indukcinio variklio – 90–94 % to paties galingumo.
Ar nuolatinio magnetizmo variklį galima įrengti esamuose kasybos įrenginiuose?
Taip, nuolatinio magnetizmo variklį dažnai galima įrengti esamose kasybos mašinose, tačiau šiam procesui reikia atidžiai įvertinti mechaninę ir elektrinę suderinamumą. Varomoji sistema turi palaikyti nuolatinio magnetizmo variklių valdymo algoritmus, o montavimo sąsaja turi atitikti pradinio variklio rėmo matmenis. Teisingai suprojektavus, nuolatinio magnetizmo variklio įrengimas yra patvirtinta energijos naudingumo koeficiento didinimo priemonė be viso varomosios sistemos keitimo.
Ar nuolatinio magnetizmo variklis reikalauja daugiau priežiūros nei indukcinis variklis?
Pastovausjo magneto variklis paprastai reikalauja mažiau planinės priežiūros nei indukcinis variklis, nes jo rotoriuje nėra apvijų, šepetėlių ir slydimo žiedų, kuriuos reikėtų prižiūrėti. Rotoriaus vario nuostolių nebuvimas taip pat reiškia, kad pastovausjo magneto variklis veikia žemesnėje darbinėje temperatūroje, todėl sumažėja guolių ausis ir ilgėja izoliacijos tarnavimo laikas. Reikalaujamose kasybos aplinkose šis mažesnis priežiūros našumas yra svarbus eksploatacinis privalumas kartu su energijos taupymu.