1. المقدمة

باعتبارها المعدات الأساسية الرئيسية لنظام نقل المناجم، فإن رافعة المناجم مسؤولة عن رفع وخفض الأفراد والخامات والمواد وما إلى ذلك. ترتبط سلامة وموثوقية وكفاءة تشغيلها بشكل مباشر بكفاءة إنتاج المنجم وسلامة حياة وممتلكات الأفراد. مع التطور المستمر للعلوم والتكنولوجيا الحديثة، أصبح تطبيق تكنولوجيا المغناطيس الدائم في مجال رافعات المناجم تدريجيًا نقطة بحثية ساخنة.

تتميز محركات المغناطيس الدائم بمزايا عديدة، منها كثافة الطاقة العالية، والكفاءة العالية، وانخفاض مستوى الضوضاء. ومن المتوقع أن يُحسّن استخدامها في رافعات المناجم أداء المعدات بشكل ملحوظ، مع توفير فرص وتحديات جديدة لضمان السلامة.

2. تطبيق تكنولوجيا المغناطيس الدائم في نظام قيادة رافعة المناجم

(1).مبدأ عمل المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم

تعمل المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي. ويقوم مبدأها الأساسي على أنه عند مرور تيار متردد ثلاثي الطور عبر لفات الجزء الثابت، يتولد مجال مغناطيسي دوار، يتفاعل مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم على الجزء الدوار، مما يُولّد عزم دوران كهرومغناطيسي يدفع المحرك للدوران. توفر المغناطيسات الدائمة على الجزء الدوار مصدرًا ثابتًا للمجال المغناطيسي دون الحاجة إلى تيار إثارة إضافي، مما يجعل هيكل المحرك بسيطًا نسبيًا ويحسّن كفاءة تحويل الطاقة. في سيناريوهات استخدام رافعات المناجم، يحتاج المحرك إلى التبديل بشكل متكرر بين ظروف تشغيل مختلفة، مثل الحمل الثقيل والسرعة المنخفضة والحمل الخفيف والسرعة العالية. يستجيب المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم بسرعة بفضل خصائص عزم الدوران الممتازة، مما يضمن التشغيل السلس للرافعة.

(2). التقدم التكنولوجي مقارنة بأنظمة القيادة التقليدية

1. تحليل مقارنة الكفاءة

يتم تشغيل رافعات المناجم التقليدية في الغالب بواسطة محركات غير متزامنة ذات دوار ملفوف، والتي تتمتع بكفاءة منخفضة نسبيًا. تشمل خسائر المحركات غير المتزامنة بشكل أساسي فقدان نحاس الجزء الثابت وفقدان نحاس الدوار وفقدان الحديد والخسارة الميكانيكية والخسارة الضالة. نظرًا لعدم وجود تيار إثارة في المحرك المتزامن ذي المغناطيس الدائم، فإن فقدان نحاس الدوار يكون تقريبًا صفرًا، كما يتم تقليل فقدان الحديد أيضًا بسبب خصائص المجال المغناطيسي المستقرة نسبيًا. من خلال مقارنة بيانات الاختبار الفعلية (كما هو موضح في الشكل 1)، تحت معدلات تحميل مختلفة، تكون كفاءة المحرك المتزامن ذي المغناطيس الدائم أعلى بكثير من كفاءة المحرك غير المتزامن ذي الدوار الملفوف. في نطاق معدل التحميل من 50٪ إلى 100٪، يمكن أن تكون كفاءة المحرك المتزامن ذي المغناطيس الدائم أعلى بنحو 10٪ إلى 20٪ من كفاءة المحرك غير المتزامن ذي الدوار الملفوف، مما يمكن أن يقلل بشكل كبير من تكاليف استهلاك الطاقة للتشغيل طويل الأمد لرافعات المناجم.

الشكل 1: منحنى مقارنة كفاءة المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم والمحرك غير المتزامن ذو الدوار الملفوف

2. تحسين معامل القدرة

عند تشغيل محرك غير متزامن ذي دوار ملفوف، يتراوح معامل قدرته عادةً بين 0.7 و0.85، مما يتطلب أجهزة تعويض قدرة تفاعلية إضافية لتلبية متطلبات الشبكة. يمكن أن يصل معامل قدرة المحرك المتزامن ذي المغناطيس الدائم إلى 0.96 أو أكثر، أي ما يقارب 1. ويرجع ذلك إلى أن المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الدائم يقلل بشكل كبير من الطلب على الطاقة التفاعلية أثناء تشغيل المحرك. لا يقتصر معامل القدرة العالي على تقليل عبء الطاقة التفاعلية على شبكة الكهرباء وتحسين جودتها فحسب، بل يقلل أيضًا من تكلفة الكهرباء لشركات التعدين، ويقلل من تكاليف الاستثمار والصيانة لمعدات التعويض التفاعلي.

(3). التأثير على التشغيل الآمن لرافعات المناجم

1. خصائص البدء والكبح

يتميز عزم بدء تشغيل محركات المغناطيس الدائم المتزامنة بسلاسة ودقة التحكم. عند بدء تشغيل رافعة المنجم، يمكن تجنب مشاكل مثل اهتزاز الحبل السلكي وزيادة تآكل البكرة الناتجة عن تأثير عزم الدوران المفرط عند تشغيل المحركات التقليدية. يتميز تيار بدء التشغيل بصغر حجمه، مما يمنع حدوث تقلبات كبيرة في الجهد الكهربائي في شبكة الكهرباء، مما يضمن التشغيل الطبيعي للمعدات الكهربائية الأخرى في المنجم.

فيما يتعلق بالكبح، يمكن دمج محركات المغناطيس الدائم المتزامنة مع تقنية التحكم النواقل المتقدمة لتحقيق تنظيم دقيق لعزم الكبح. على سبيل المثال، أثناء مرحلة تباطؤ الرافعة، ومن خلال التحكم في مقدار وطور تيار الجزء الثابت، يدخل المحرك في حالة كبح توليد الطاقة، محولاً الطاقة الحركية للرافعة إلى طاقة كهربائية، ومعيداً إياها إلى شبكة الكهرباء، محققاً بذلك كبحاً موفراً للطاقة. بالمقارنة مع طرق الكبح التقليدية، تقلل هذه الطريقة من تآكل مكونات الكبح الميكانيكية، وتطيل عمر نظام الكبح، وتقلل من خطر تعطل الكبح بسبب ارتفاع درجة حرارته، وتعزز سلامة وموثوقية كبح الرافعة.

2. التكرار والتسامح مع الأخطاء

بعض المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم تستخدم تصميم لف متعدد المراحل، مثل محرك متزامن مغناطيسي دائم سداسي المراحل. عندما يفشل لف طور للمحرك، يمكن أن تحافظ لفات الطور المتبقية على التشغيل الأساسي للمحرك، ولكن سيتم تقليل طاقة الخرج وفقًا لذلك. يتيح تصميم التكرار الخاطئ هذا لرافعة المنجم رفع حاوية الرفع بأمان إلى رأس البئر أو قاع البئر حتى في حالة حدوث عطل جزئي في المحرك، مما يتجنب تعليق الرافعة في منتصف العمود بسبب عطل المحرك، وبالتالي ضمان سلامة الأفراد والمعدات. بأخذ محرك متزامن مغناطيسي دائم سداسي المراحل كمثال، بافتراض أن إحدى لفات الطور مفتوحة، وفقًا لنظرية توزيع عزم الدوران للمحرك، يمكن أن توفر اللفات الخمس مراحل المتبقية حوالي 80٪ من عزم الدوران المقدر (ترتبط القيمة المحددة بمعلمات المحرك)، وهو ما يكفي للحفاظ على التشغيل البطيء للمصعد وضمان السلامة.

3. تحليل الحالة الفعلية

(1). حالات التطبيق في مناجم المعادن

يستخدم منجم معادن كبير محركًا متزامنًا بمغناطيس دائم لتشغيل محرك متزامن بمغناطيس دائم بقوة مقدرة P=3000 كيلو وات. بعد استخدام هذا المحرك، مقارنةً بالمحرك غير المتزامن الملفوف الأصلي، في نفس مهمة الرفع، انخفض استهلاك الطاقة السنوي بنحو 18%.

من خلال مراقبة وتحليل بيانات تشغيل المحرك، تظل كفاءة المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم عند مستوى مرتفع في ظل ظروف تشغيل مختلفة، وخاصة عند معدلات التحميل المتوسطة والعالية، حيث تكون ميزة الكفاءة أكثر وضوحًا.

(2). حالات تطبيق مناجم الفحم

قام منجم فحم بتركيب رافعة منجمية تعمل بتقنية المغناطيس الدائم. تبلغ قدرة محركها المتزامن ذي المغناطيس الدائم 800 كيلو وات، ويُستخدم بشكل رئيسي لرفع ونقل الأفراد والفحم. ونظرًا لمحدودية سعة شبكة كهرباء منجم الفحم، فإن معامل القدرة العالي للمحرك المتزامن ذي المغناطيس الدائم يُخفف العبء على الشبكة بشكل فعال. أثناء التشغيل، لم يكن هناك تقلب كبير في جهد الشبكة الكهربائية بسبب بدء تشغيل الرافعة أو تشغيلها، مما يضمن التشغيل الطبيعي للمعدات الكهربائية الأخرى في منجم الفحم.

4. اتجاه التطوير المستقبلي للمحرك المغناطيسي الدائم لرافعة المناجم

(1). البحث والتطوير وتطبيق المواد المغناطيسية الدائمة عالية الأداء

مع التقدم المستمر في علم المواد، أصبح البحث والتطوير للمواد المغناطيسية الدائمة عالية الأداء الجديدة اتجاهًا مهمًا لتطوير تكنولوجيا المغناطيسية الدائمة لرافعات المناجم. على سبيل المثال، من المتوقع أن يحقق الجيل الجديد من مواد المغناطيس الدائم الأرضية النادرة اختراقات في منتجات الطاقة المغناطيسية، والقوة القسرية، واستقرار درجة الحرارة، وما إلى ذلك. سيمكن منتج الطاقة المغناطيسية الأعلى محركات المغناطيس الدائم من إخراج طاقة أكبر بحجم ووزن أصغر، مما يحسن كثافة طاقة رافعات المناجم بشكل أكبر؛ سيمكن استقرار درجة الحرارة الأفضل محركات المغناطيس الدائم من التكيف مع بيئات المناجم الأكثر قسوة، مثل المناجم العميقة ذات درجات الحرارة العالية؛ ستعزز القوة القسرية الأقوى قدرة المغناطيس الدائم على مكافحة إزالة المغناطيسية وتحسين موثوقية المحرك وعمر الخدمة.

(2). دمج تكنولوجيا التحكم الذكي

في المستقبل، سيتم دمج تقنية المغناطيس الدائم لرافعات المناجم بشكل عميق مع تقنية التحكم الذكي. بمساعدة الذكاء الاصطناعي، والبيانات الضخمة، وإنترنت الأشياء، وغيرها من التقنيات المتقدمة، سيتم تحقيق التشغيل والصيانة الذكية للرافعات. على سبيل المثال، من خلال تركيب عدد كبير من أجهزة الاستشعار على المكونات الرئيسية لمحركات المغناطيس الدائم والرافعات، يمكن جمع بيانات التشغيل في الوقت الفعلي، وتحليلها ومعالجتها باستخدام خوارزميات الذكاء الاصطناعي للتنبؤ المبكر وتشخيص أعطال المعدات، ووضع خطط الصيانة مسبقًا، وتقليل معدلات أعطال المعدات، وتحسين موثوقية التشغيل. في الوقت نفسه، يمكن لنظام التحكم الذكي تحسين معلمات تشغيل المحرك تلقائيًا، مثل السرعة وعزم الدوران، وفقًا لاحتياجات الإنتاج الفعلية للمنجم وحالة تشغيل الرافعة، وذلك لتحقيق هدف توفير الطاقة وتحسين الكفاءة، وتحسين كفاءة الإنتاج والفوائد الاقتصادية للمنجم.

(3). تكامل النظام والتصميم المعياري

لتحسين سهولة وصيانة تطبيق تقنية المغناطيس الدائم في رافعات المناجم، سيُصبح تكامل الأنظمة والتصميم المعياري اتجاهًا رئيسيًا في التطوير. تتكامل الأنظمة الفرعية المختلفة، مثل محركات المغناطيس الدائم، وأنظمة الكبح، وأنظمة مراقبة السلامة، بشكل كبير لتشكيل وحدات وظيفية موحدة. عند إنشاء منجم أو تجديد المعدات، يكفي اختيار الوحدات المناسبة للتجميع والتركيب وفقًا للاحتياجات الفعلية، مما يُختصر بشكل كبير دورة تركيب المعدات وتشغيلها، ويُقلل من تكاليف الإنشاءات الهندسية. بالإضافة إلى ذلك، يُسهّل التصميم المعياري صيانة المعدات وترقيتها. في حال تعطل أي وحدة، يُمكن استبدالها بسرعة، مما يُقلل من وقت التوقف عن العمل، ويُحسّن استمرارية الإنتاج في المنجم.

5. المزايا التقنية لمحرك المغناطيس الدائم Anhui Mingteng

شركة آنهوي مينجتنج المحدودة للآلات المغناطيسية الدائمة والمعدات الكهربائيةhttps://www.mingtengmotor.com/تأسست شركة مينغتنغ عام ٢٠٠٧. يعمل لديها حاليًا أكثر من ٢٨٠ موظفًا، منهم أكثر من ٥٠ متخصصًا وفنيًا. تتخصص الشركة في البحث والتطوير والإنتاج والبيع للمحركات المتزامنة عالية الكفاءة ذات المغناطيس الدائم. تغطي منتجاتها مجموعة كاملة من المحركات عالية الجهد، ومنخفضة الجهد، وذات التردد الثابت، والمتغير، والتقليدية، والمقاومة للانفجار، وذات الدفع المباشر، والمدحرجات الكهربائية، والآلات المتكاملة، وغيرها. بعد ١٧ عامًا من الخبرة التقنية، أصبحت الشركة قادرة على تطوير مجموعة كاملة من محركات المغناطيس الدائم. تغطي منتجاتها صناعات متنوعة، مثل الصلب والأسمنت والتعدين، وتلبي احتياجات مختلف ظروف العمل والمعدات.

تستخدم شركة Ming Teng نظرية تصميم المحرك الحديثة وبرامج التصميم الاحترافية وبرنامج تصميم المحرك المغناطيسي الدائم الذي تم تطويره ذاتيًا لمحاكاة المجال الكهرومغناطيسي وحقل السوائل وحقل درجة الحرارة وحقل الإجهاد وما إلى ذلك للمحرك المغناطيسي الدائم، وتحسين هيكل الدائرة المغناطيسية، وتحسين كفاءة الطاقة للمحرك، وحل الصعوبات في استبدال المحمل في الموقع للمحركات المغناطيسية الدائمة الكبيرة ومشكلة إزالة المغناطيسية المغناطيسية الدائمة، مما يضمن بشكل أساسي الاستخدام الموثوق به للمحركات المغناطيسية الدائمة.

6. الخاتمة

أثبت استخدام محركات المغناطيس الدائم في رافعات المناجم أداءً ممتازًا من حيث السلامة والتقدم التكنولوجي. في نظام التشغيل، تُوفر الكفاءة العالية، ومعامل القدرة العالي، وخصائص عزم الدوران الجيدة للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم أساسًا متينًا لتشغيل آمن ومستقر للرافعة.

من خلال تحليل الحالات الفعلية، يتضح أن محركات المغناطيس الدائم قد حققت نتائج ملحوظة في استخدام رافعات المناجم في مختلف أنواع المناجم، سواءً في خفض استهلاك الطاقة، أو خفض تكاليف الصيانة، أو ضمان سلامة الأفراد والمعدات. وبالنظر إلى المستقبل، ومع تطوير مواد المغناطيس الدائم عالية الأداء، ودمج تقنيات التحكم الذكي، وتقدم تكامل الأنظمة والتصميم المعياري، ستفتح محركات المغناطيس الدائم لرافعات المناجم آفاقًا أوسع للتطوير، مما سيعزز الإنتاج الآمن والتشغيل الفعال في صناعة التعدين. عند التفكير في تحديث تقنيات الرافعات أو شراء معدات جديدة، ينبغي على عملاء التعدين إدراك الإمكانات الهائلة لمحركات المغناطيس الدائم، واستخدامها بشكل معقول بما يتناسب مع ظروف العمل الفعلية، واحتياجات الإنتاج، والقوة الاقتصادية لمناجمهم، لتحقيق التنمية المستدامة لمؤسسات التعدين.

حقوق النشر: هذه المقالة هي إعادة طباعة للرابط الأصلي:

https://mp.weixin.qq.com/s/18QZOHOqmQI0tDnZCW_hRQ

هذه المقالة لا تعكس وجهة نظر شركتنا. إذا كانت لديكم آراء أو وجهات نظر مختلفة، يُرجى تصحيحها!