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A içamento confiável é essencial para a mineração em poços profundos, onde cargas pesadas, longas distâncias de deslocamento e condições subterrâneas exigentes impõem altos requisitos de controle de acionamento e confiabilidade do equipamento. Na Mina de Ouro de Sanshandao, na província de Shandong, China, o Inversor de Alta Tensão de Quatro Quadrantes da FGI foi selecionado para controlar os motores do guincho da mina em um projeto envolvendo um poço vertical projetado para atingir 1.915 metros abaixo do nível do mar.
A aplicação demonstra como a tecnologia de variação de frequência de alta voltagem e o controle mestre-escravo podem melhorar a coordenação motora, o desempenho de içamento e a eficiência energética em operações de mineração exigentes.
Localizada próxima à Baía de Laizhou, a Mina de Ouro de Sanshandao é um projeto de mineração offshore com condições geológicas complexas. O poço foi projetado para atingir uma profundidade de 1.915 metros, com diâmetro final do poço de 10,5 metros e diâmetro de escavação de 11,5 metros. Na época do relatório do projeto, ele foi descrito como o primeiro e o quinto poço vertical mais profundo do mundo em construção.
A mina enfrenta vários desafios durante a construção do poço, incluindo alto estresse no solo, pressão da água em rochas fraturadas, água subterrânea corrosiva e aumento das temperaturas subterrâneas. Essas condições impõem exigências exigentes quanto à confiabilidade e estabilidade operacional do sistema de controle elétrico de içamento.
O sistema de içagem utiliza duas máquinas de enrolamento, cada uma equipada com dois motores que acionam um tambor comum através de um arranjo de dois motores e duas caixas de câmbio. O sistema suporta operação tanto com motor único quanto com motor duplo, oferecendo flexibilidade para diferentes condições de construção e carga.
Para atender a esses requisitos, o projeto selecionou quatro unidades FGI JD-BP37-2250T Quatro Inversores de Alta Tensão de Quadrante, cada uma com potências de 2.250 kW e 6 kV, para controlar quatro motores de alta tensão de 2.000 kW.
A série JD-BP37-T combina controle vetorial, retorno energético regenerativo e tecnologia IGBT de alta potência para aplicações industriais exigentes.
| Parâmetro | Especificação |
|---|---|
| Modelo de inversor | JD-BP37-2250T |
| Potência nominal | 2.250 kW por unidade |
| Tensão de entrada | 6 kV |
| Tensão de saída | 0–6 kV |
| Corrente nominal de saída | 270 A |
| Faixa de frequência | 0–50 Hz |
| Capacidade de sobrecarga contínua | 110% |
| Capacidade de sobrecarga de curto prazo | 150% por 1 minuto; 220% por 1,5 segundos |
| Classificação motora controlada | 2.000 kW por motor |
| Quantidade instalada do inversor | 4 unidades |
A configuração direta de entrada e saída de alta tensão permite que o inversor se conecte ao sistema motor existente de 6 kV sem precisar de um transformador intermediário de redução como parte do sistema de acionamento.
Uma característica chave do Inversor de Alta Tensão de Quatro Quadrantes é sua capacidade de operar tanto em modo motor quanto regenerativo.
Durante o içamento, o inversor converte a energia elétrica em saída controlada do motor. Durante a operação regenerativa, como quando o guincho reduz uma carga pesada, o motor pode funcionar como gerador. O inversor retorna a energia elétrica recuperada à rede AC em vez de dissipá-la toda como calor por meio da frenagem convencional.
Esse fluxo bidirecional de energia apoia a frenagem regenerativa, reduz as perdas de energia relacionadas à frenagem e ajuda a melhorar a eficiência energética geral do sistema de içamento.
O estágio de entrada controlado por PWM também ajuda a regular a corrente na grade e a melhorar o fator de potência, ao mesmo tempo em que limita a injeção de corrente harmônica sob condições adequadas de operação.
Para aplicações de guincho de minas, torque estável e aceleração e desaceleração controladas são particularmente importantes. A série JD-BP37-T utiliza controle vetorial para fornecer alto torque inicial, controle de torque responsivo e regulação precisa da velocidade.
O sistema também incorpora funções orientadas a aplicações, incluindo:
Desvio automático da unidade de potência:Permite que uma unidade de energia defeituosa seja contornada sob condições de falha suportadas, ajudando o sistema a completar um ciclo operacional quando as condições necessárias são satisfeitas.
Proteção contra perda de energia:Oferece medidas de proteção para interrupções inesperadas de fornecimento, uma consideração importante durante a redução de cargas pesadas.
Baixas perdas de espera:Reduz as perdas sem carga quando o disco está em espera.
Múltiplos métodos de frenagem:Suporta funções regenerativas, DC, de segurança e frenagem dinâmica.
Poder de controle independente:Facilita a inspeção, comissionamento e manutenção sem energizar o circuito principal de alta tensão.
Interfaces de controle integradas:Suporta troca de sinais com o sistema de controle elétrico do guincho.
Essas funções ajudam a atender aos requisitos práticos do içamento pesado, onde a continuidade operacional e a proteção coordenada são críticas.
Cada máquina de içamento usa dois motores para acionar um tambor comum. O principal desafio de controle é manter a velocidade, o torque e a potência dos motores devidamente coordenados.
Um arranjo de inversor único e dois motores pode ser difícil de otimizar quando os motores e componentes mecânicos da transmissão possuem características diferentes. A divisão desigual de carga pode fazer com que um motor suporte carga excessiva enquanto o outro contribui menos, aumentando o risco de sobrecarga do motor e estresse no sistema de acionamento.
Para este projeto, a FGI implementou um esquema de controle mestre-escravo no qual dois inversores independentes acionam dois motores separadamente.
Um inversor atua como mestre, enquanto o outro atua como escravo. A estação operadora envia os comandos operacionais e a referência de velocidade para o inversor mestre. Os dois inversores trocam informações de controle por meio de comunicação por fibra óptica.
A disposição dos controles funciona da seguinte forma:
Controle mestre de velocidade:O inversor mestre recebe a referência de velocidade do sistema de controle do guincho e regula a velocidade do motor.
Controle de torque escravo:O inversor escravo segue os comandos coordenados de controle do mestre e regula o torque do motor.
Coordenação de compartilhamento de carga:O sistema monitora as informações de corrente ativa e ajusta o funcionamento do acionamento para ajudar a equilibrar a potência do motor e o torque.
Flexibilidade do modo operacional:A configuração de controle suporta operação com motor duplo e permite a seleção de modo de motor único através da interface de controle.
Esse arranjo permite que os dois motores trabalhem juntos, mantendo o controle independente do acionamento e capacidades de proteção específicas do motor.
Para um guincho de mina profundo, uma coordenação eficaz mestre-escravo ajuda a reduzir cargas irregulares, apoia acelerações e desacelerações mais suaves e melhora a consistência do processo geral de elevação.
O Inversor de Alta Tensão de Quatro Quadrantes forma parte central do acionamento do guincho e da arquitetura de controle elétrico.
A estação do operador fornece comandos para frente e para trás, um comando de parada de emergência e uma referência de velocidade analógica. O inversor retorna sinais de prontidão para operação, de falha e de status do circuito de segurança, juntamente com sinais analógicos de monitoramento para o sistema de controle.
Interruptores de isolamento de alta tensão suportam manutenção segura. O sinal de falha de alta tensão do inversor é interligado com o disjuntor a montante para que uma falha do inversor possa iniciar a correspondente desconexão a montante.
O sistema de controle de guincho mais largo também incorpora funções de proteção para excesso de velocidade, excesso de deslocamento, rotação reversa, anomalias no sistema de freio, folga da corda, condições de lubrificação e outras falhas de operação. Dependendo da condição detectada, o sistema pode acionar uma resposta protetora adequada, incluindo frenagem de emergência.
A integração do controle de acionamento, realimentação operacional e intertravamentos protetores é essencial para a operação segura dos equipamentos de içamento de minas de alta potência.
O sistema de guincho da mina Sanshandao foi comissionado com sucesso no final de dezembro de 2021, de acordo com o relatório original do projeto. O relatório registrou operação normal por mais de dois anos após o comissionamento.
A aplicação de campo demonstrou vários benefícios práticos:
Controle de içamento aprimorado:O controle de frequência variável permitia acelerações e desacelerações mais suaves.
Melhor coordenação motora dupla:O controle mestre-escravo ajudava a coordenar a saída de dois motores que acionavam um tambor comum.
Recuperação regenerativa de energia:A operação em quatro quadrantes permitia que energia elétrica fosse reenviada à rede durante a operação regenerativa.
Confiabilidade operacional aprimorada:Funções de proteção de acionamento, travamento de falhas e controle coordenado apoiavam a estabilidade do sistema.
Modos de operação flexíveis:A operação com motor único e duplo atendia a diferentes requisitos durante a construção do eixo.
O relatório original descreveu o efeito de economia de energia como significativo, mas não forneceu uma porcentagem quantificada de economia de energia. As economias reais dependem do ciclo de trabalho de içamento, perfil de carga, condições de frenagem e configuração geral do sistema.
O projeto Sanshandao ilustra o papel dos acionamentos de frequência variável de alta voltagem em aplicações exigentes de mineração. Para eixos verticais profundos, o sistema de acionamento deve fazer mais do que regular a velocidade do motor: ele também deve coordenar múltiplos motores, gerenciar a energia regenerativa e integrar-se à arquitetura de controle protetor do elevador.
O Inversor de Alta Tensão de Quatro Quadrantes da FGI é adequado para consideração em novas instalações de içamento de minas, guinchos de construção de poços e projetos de modernização envolvendo acionamentos de guincho AC existentes. Sua combinação de controle vetorial, frenagem regenerativa e coordenação mestre-escravo oferece uma abordagem prática para melhorar o desempenho do acionamento e a utilização de energia em operações de mineração pesadas.
Para operadores de mineração e integradores de sistemas, a escolha de uma solução de acionamento deve levar em conta as classificações do motor, profundidade do poço, características da carga, requisitos de frenagem, interfaces de controle e a arquitetura de segurança exigida.
Procurando uma solução de inversor de alta tensão para içaças de minas ou acionamentos industriais de alta resistência?Entre em contato com a FGI para discutir os parâmetros do seu motor, condições de operação e requisitos de aplicação.
