Conversion de fréquence, régulation de vitesse, transformation d’un treuil minier

1. Vue d’ensemble
Le treuil minier est un équipement important dans le processus de production des mines de charbon et des minerais de métaux non ferreux. Le fonctionnement sûr et fiable du treuil est directement lié à l’état de la production et aux avantages économiques de l’entreprise. Dans une mine de charbon, le charbon est extrait sous terre et le charbon extrait est traîné au sol par un treuil à travers un puits incliné. Les wagons de charbon sont semblables aux wagons de marchandises des trains, mais plus petits en hauteur et en volume. Il y a un élévateur à treuil à la tête du puits, entraîné par le moteur à travers le réducteur pour faire tourner le tambour, le câble métallique est enroulé sur le tambour pendant plusieurs semaines, et un wagon de wagon de charbon est suspendu aux deux extrémités, et un train plein de charbon est tiré de l’arbre incliné entraîné par le moteur, et en même temps un wagon vide est descendu de l’arbre incliné, le wagon vide joue le rôle d’équilibrer la charge, il y a toujours un camion lourd qui monte à tout moment, il n’y aura pas de course à vide et le moteur est toujours dans un état électrique. Ce système de traînée oblige le moteur à démarrer fréquemment en marche avant et arrière, à décélérer et à freiner, et la vitesse du moteur change régulièrement. La structure mécanique du treuil à arbre incliné est illustrée à la figure 1. La puissance de l’élévateur à arbre incliné est fournie par un moteur bobiné, qui adopte la régulation de la vitesse de résistance des cordes du rotor. Les paramètres de base du palan sont : puissance du moteur 55kW, diamètre du tambour 1200mm, rapport de réduction du réducteur 24..1, vitesse de fonctionnement maximale 2,5m/s, longueur du câble 120m.
À l’heure actuelle, la plupart des mines de petite et moyenne taille utilisent le levage par treuil à arbre incliné, et le treuil à arbre incliné traditionnel adopte généralement un système de régulation de la vitesse de résistance de la résistance de la chaîne du moteur d’enroulement AC, et la résistance est contrôlée par un contacteur relais - AC. Ce système de contrôle est facile à oxyder le contact principal du contacteur AC en raison du fonctionnement fréquent du contacteur AC pendant le processus de régulation de la vitesse, et le temps de fonctionnement de l’équipement est long, provoquant une défaillance de l’équipement. De plus, les performances de contrôle de la vitesse du palan pendant les phases de décélération et de rampement sont médiocres, ce qui entraîne souvent des positions de stationnement imprécises. Les démarrages fréquents, la régulation de la vitesse et le freinage du palan génèrent une consommation d’énergie considérable dans la résistance des cordes du circuit à l’extérieur du rotor. Ce système de régulation de la vitesse de la résistance des cordes du moteur d’enroulement AC appartient à la régulation de la vitesse par paliers, et la douceur de la régulation de la vitesse est médiocre ; À basse vitesse, les caractéristiques mécaniques sont plus douces et le taux de différence statique est plus important. la puissance de la différence consommée sur la résistance est importante, et l’économie d’énergie est faible ; L’impact actuel est important lors du processus de démarrage et de régulation de la vitesse et du changement de vitesse ; Le fonctionnement à vitesse moyenne et élevée a de grandes vibrations et une faible sécurité.

2. Plan de rénovation
Afin de surmonter les lacunes du système traditionnel de régulation de la vitesse de résistance de la chaîne du moteur d’enroulement à courant alternatif, l’élévateur est transformé par la technologie de régulation de la vitesse de conversion de fréquence, qui peut réaliser un contrôle de couple constant dans toute la gamme de fréquence (0 ~ 50 Hz). Pour le traitement des énergies renouvelables, il est possible d’utiliser le système de freinage à faible coût et économe en énergie ou le système de freinage à rétroaction, plus économe en énergie. Pour des raisons de sécurité, les freins hydromécaniques doivent être conservés et intégrés aux freins de l’onduleur pendant le processus de conception. Le schéma de régulation de la vitesse de conversion de fréquence du treuil minier est illustré à la figure 2 :

Fig.2 Schéma de régulation de la vitesse de conversion de fréquence d’un treuil minier
Étant donné que le couple du moteur d’enroulement est supérieur à celui du moteur à cage d’écureuil et que la capacité de surcharge est forte, le moteur bobiné à fil à 4 pôles d’origine de 160 kW est toujours utilisé et les trois rotors doivent être court-circuités lorsqu’ils sont entraînés par un convertisseur de fréquence. Pendant le fonctionnement du treuil, le fond du puits et la tête de puits doivent être contactés par un signal, et le treuil ne peut pas fonctionner sans confirmation. Afin d’afficher la position du chariot pendant le fonctionnement, le codeur rotatif E6C3-CS5C 40P est utilisé, c’est-à-dire que le moteur tourne 1 tour du codeur rotatif pour générer 40 impulsions, de sorte que chaque deux impulsions correspond à la distance parcourue par le chariot est de 1200. La valeur d’erreur de la distance réelle est de 4-3,9 = 0,027 mm, l’erreur d’un tour du tambour est de 0,027 et la longueur du câble métallique est connue pour être de 120 m. Étant donné qu’il y a une erreur d’impulsion dans le processus de détection réel, l’erreur maximale est comprise entre 821 mm ~ 829 mm, et la plage d’erreur est inférieure à 1 mètre pour des chariots de dizaines de mètres de long, et la précision est suffisante. Ainsi, le nombre d’impulsions émises par le codeur rotatif peut être compté en temps réel à l’aide d’un compteur, et la position du chariot peut être calculée et affichée sur l’écran. Une autre question est de savoir s’il y a une erreur cumulative dans le processus de comptage. Lorsque le premier chariot lourd passe dans une certaine position, le compteur est allumé pour compter, et la position du chariot dans l’arbre incliné est calculée sur la base de ce point, et il n’y a pas d’erreur cumulative. Sur le poste de commande, le compteur numérique intelligent de tension/courant alternatif de la série SWP-AC affiche la tension alternative et le courant de fonctionnement du moteur, et l’instrument numérique intelligent affiche le nombre de levées et la position du chariot.

3. Mise en œuvre du plan
La charge de levage de l’arbre incliné est une charge de frottement typique, c’est-à-dire une charge caractéristique à couple constant. Lorsque le véhicule lourd monte, le couple électromagnétique du moteur doit surmonter le couple de résistance de charge, et au démarrage, il doit également surmonter un certain couple de friction statique, et le moteur est dans un état de fonctionnement électrique et fonctionne dans le premier quadrant. Lorsque le véhicule lourd décélére, bien que le véhicule lourd ait une force vers le bas sur la surface inclinée de l’arbre, le temps de décélération du véhicule lourd est court et le moteur sera toujours dans un état de régénération et fonctionnera dans le deuxième quadrant. Lorsqu’une autre voiture lourde monte, le moteur est en état électrique inversé, fonctionnant dans les quadrants 3 et 4. De plus, lors du transport d’outils ou d’équipements à la mine seul, ce qui représente 10 % du temps de fonctionnement total, le moteur se trouve uniquement dans le deuxième ou le quatrième quadrant, et le moteur est dans un état de production d’énergie régénérative pendant une longue période, et un freinage efficace est nécessaire. L’utilisation du freinage à consommation d’énergie consommera beaucoup d’énergie électrique ; En utilisant le freinage de rétroaction, cette partie de la puissance peut être économisée. Cependant, le prix de l’unité de freinage à rétroaction est élevé, étant donné que le transport individuel d’outils ou d’équipements vers le sous-sol ne représente que 10 % du temps de fonctionnement total, de sorte qu’une unité de freinage à faible coût énergivore et à résistance dissipatrice d’énergie est choisie.
Les caractéristiques de charge de l’ascenseur sont une charge d’énergie potentielle de couple constante, le couple de démarrage est important et il existe une marge appropriée lors de la sélection du convertisseur de fréquence, de sorte que le convertisseur de fréquence 185KW est sélectionné. Étant donné que le moteur du palan est à l’état électrique la plupart du temps, il n’y a que quelques fois de génération d’énergie régénérative, et le convertisseur de fréquence est connecté à une unité de freinage et à une résistance de freinage, qui peuvent répondre au freinage régénératif lorsque le véhicule lourd descend et réaliser un mouvement descendant en douceur. Il y a aussi un frein hydromécanique à la tête de puits, similaire au frein électromagnétique, qui est utilisé pour freiner lorsque le véhicule lourd est à l’arrêt, notamment lorsque le véhicule lourd est garé sur la pente de l’arbre incliné, il doit y avoir un frein hydromécanique pour freiner. Le frein mécanique hydraulique est contrôlé conjointement par l’API et le convertisseur de fréquence, que le frein mécanique soit freiné par la fréquence du convertisseur de fréquence atteint le port, lorsque la fréquence de sortie du convertisseur de fréquence atteint la valeur définie, telle que 0,2 Hz, le convertisseur de fréquence KB, le signal de sortie du port KA, indiquant que le couple du moteur est suffisamment important, ouvrez le frein mécanique hydraulique, le véhicule lourd peut monter ; Pendant le processus de décélération, lorsque la fréquence du convertisseur de fréquence descend à 0,2 Hz, cela signifie que le couple du moteur a été faible et que le frein mécanique hydraulique freine pour s’arrêter. En cas d’urgence, appuyez sur le bouton d’arrêt d’urgence, le frein de consommation d’énergie de l’onduleur et le frein hydromécanique fonctionnent en même temps, afin que le palan puisse s’arrêter dans les plus brefs délais.
Le mode de fonctionnement traditionnel du treuil est que l’opérateur s’assoit devant la table d’opération de la tête de puits de la mine de charbon, tient le joystick pour contrôler le moteur vers l’avant et inverse la troisième vitesse du moteur. Afin de s’adapter au mode de fonctionnement des opérateurs, le convertisseur de fréquence adopte un réglage de vitesse à plusieurs niveaux, X1 et X2 sont réglés sur la rotation avant et arrière, et X3, X4 et X5 peuvent être réglés pour accélérer.

4. Le processus de travail du palan
Après que l’ascenseur ait été transformé par la conversion de fréquence et la régulation de la vitesse, le processus de fonctionnement du système a considérablement changé. Le joystick commande le moteur avec une régulation de vitesse en continu. Que le moteur tourne vers l’avant ou vers l’arrière, il s’agit de traîner le charbon vers le sol depuis la mine, le moteur fonctionne à l’état électrique avant et arrière, uniquement lorsque la remorque entièrement chargée est sur le point de s’approcher de la tête de puits, elle doit ralentir et freiner, le schéma de synchronisation de travail du treuil est illustré à la figure 4 :

Fig.4 Schéma de synchronisation de fonctionnement du palan
Sur la figure 4, le processus de fonctionnement du palan est le même, qu’il soit en marche avant ou en marche arrière, et il y a sept étapes : démarrage, accélération, vitesse moyenne, marche régulière, décélération, vitesse lente, freinage et arrêt. Le temps de chaque opération de levage est lié à la vitesse de fonctionnement, à l’accélération et à la profondeur de l’arbre incliné du système, et l’accélération de chaque section est déterminée en fonction des conditions du processus, et le temps de fonctionnement est déterminé par l’opérateur en fonction des conditions du site. Le travail de chaque étape de la figure est décrit comme suit :
(1) La première étape 0 ~ t1 : Une fois que le wagon est rempli de charbon au fond du puits, un signal de contact est envoyé à l’opérateur du treuil de tête de puits, et l’opérateur répond à un signal au fond du puits, puis commence le levage. Le camion lourd commence à monter du fond du puits, et la voiture vide commence à descendre en même temps à l’emplacement du parking de la tête de puits.
(2) Le deuxième étage T1 ~ T2 : Après le démarrage du camion lourd, la fréquence d’accélération du convertisseur de fréquence est un fonctionnement à vitesse F2, et le temps de fonctionnement à vitesse moyenne est plus court, mais il ne s’agit que d’une section de transition, et s’il n’y a pas de problème avec l’équipement pendant le temps d’accélération, il accélérera immédiatement à la vitesse de fonctionnement normale.
(3) Le troisième étage t2~t3 : la section de ré-accélération.
(4) La quatrième étape T3 ~ T4 : Le véhicule lourd roule de manière stable à la vitesse maximale de la fréquence du convertisseur de fréquence de F3, et en général, ce processus est le plus long.
(5) Cinquième étape T4 ~ T5 : L’opérateur ralentit immédiatement lorsque le camion lourd est sur le point d’atteindre la tête de puits, si le temps de décélération est court, l’unité de frein de l’onduleur et la résistance de freinage fonctionneront et ne se déclencheront pas en raison d’une décélération trop rapide.
(6) La sixième étape T5 ~ T6 : Le véhicule lourd ralentit à basse vitesse et rampe à basse vitesse à la fréquence du convertisseur de fréquence F1, ce qui est pratique pour se garer à la position spécifiée.
(7) Étape 7 T6 ~ T7 : Lorsqu’il est sur le point d’atteindre la position de stationnement, le convertisseur de fréquence s’arrête immédiatement, le camion lourd ralentit à zéro et l’opérateur envoie un signal de contact au puits, et tout le processus de levage se termine.
Ce qui précède est un programme de fonctionnement manuel, et il peut également fonctionner selon le programme de fonctionnement automatique PLC.
Le temps des sections d’accélération et de décélération de la figure est réglé sur le convertisseur de fréquence.

5. En conclusion
La chaîne de rotor du moteur d’enroulement a une régulation de vitesse de résistance, et une grande quantité de puissance différentielle est consommée sur la résistance, et plus la vitesse est basse, plus la puissance différentielle consommée est importante. L’utilisation de la régulation de vitesse par conversion de fréquence est une méthode de régulation de vitesse efficace qui ne consomme pas d’énergie. L’ascenseur est à l’état électrique la plupart du temps, et l’économie d’énergie est très importante, et on estime que l’économie d’énergie est de plus de 30 %, et de bons avantages économiques ont été obtenus. De plus, après la régulation de la vitesse de conversion de fréquence de l’ascenseur, la stabilité et la sécurité du fonctionnement du système ont été considérablement améliorées, les pannes de fonctionnement et les heures d’arrêt ont été réduites, la main-d’œuvre et les ressources matérielles ont été économisées, la capacité de transport du charbon a été améliorée et les avantages économiques indirects sont également considérables.