لکوموتیو برقی معادن زیر زمینی – حل سیستم رانش جدید

کارشناسان مؤسسه فناوری معدن KOMAG و مؤسسه فناوری نوآورانه ، EMAG ،  تصمیم گرفتند که به طور مشترک سیستم پیشران های موجود را مدرنیزه کنند . بنابراین ، مفهومی جدید برای نصب سیستم درایو به طور مستقیم در لکوموتیو Lea BM-12 بدون ایجاد تغییری در آن ها ، ایجاد شد . کارشناسان تست های ایستای زیادی را انجام دادند . یکی از آنها مقایسه موتور PMSM و موتور IM (شکل 3 و شکل 4) بود. چرا این موتورها؟

پس از مقایسه شبیه سازی بین موتورهای جریان غیر همگام ، همزمان و مستقیم ، نتایج نشان می دهد که موتورهای جریان متناوب در لکوموتیو برقی معادن زیر زمینی  برای برنامه های اجرایی بهتر از موتور جریان مستقیم هستند.

نتایج حاصل از آزمایشات :

در نتایج حاصل از  همه آزمایشات ، موتور سری DC از بین رفته و توسط دو موتور همگام با آهن ربایی دائمی بدون برس (PMSM) جایگزین شدند. مزایای اصلی دستگاه IM در مقایسه با DC در کارآیی مشابه ، کم هزینه ، استحکام و قابلیت اطمینان بودن است. هم چنین موتور همگام آهن ربایی دائمی دارای مزایایی از جمله چگالی انرژی زیاد ، کارآیی بالا ، عمر نسبتا طولانی و پیچیدگی سیستمی کم است . سیستم کنترلی نیز با استفاده از دو مبدل الکترونیکی قدرت مستقل از بقیه پروژه اصلاح شد . به هنگام شروع کار سیستم و  ترمز از کنترل بردار مناسب موتورهای لکوموتیو برقی معادن زیر زمینی با کنترل جریان در محور q دستگاه استفاده شد.

بررسی عملکرد کنترل در لکوموتیو برقی معادن زیر زمینی  :

عملکرد کنترلی پاراگراف بالا دو منطقه ای معمولی است ، جایی که برای فرکانس اصلی 50 هرتز جریان مغناطیسی ثابت با تنظیم جریان ثابت در محور d دستگاه ( محرک موتور ) حفظ می شود. در حالی که بالاتر از این فرکانس با کنترل جریان در محور d ، شار مغناطیسی به نسبت معکوس با افزایش فرکانس کاهش می یابد . این نوع کنترل اجازه می دهد تا گشتاور ثابت تولید شده توسط موتور لکوموتیو برقی معادن زیر زمینی در منطقه اول و قدرت مکانیکی ثابت در منطقه ثانویه عرضه گردد . اینورتر ولتاژ ( voltage inverter )  متشکل از پل 6 پالس با دیودهای معکوس برای فراهم کردن دستگاه مورد استفاده قرار گرفت. آخرین عنصر در معرض نوسازی منبع انرژی الکتریکی – باتری بود. مطابق استاندارد PN-EN 60079-7: 2010 باتری های ثانویه باید از “اسید سرب ، آهن ، نیکل ، نیکل و کادمیوم” باشند. این بند برای سلولهای ثانویه با ظرفیت بیش از 25 Ah اعمال می شود . از این رو تصمیم گرفته شد از همان نوع سلولهای سرب اسید استفاده شود اما با افزایش ظرفیت از 760 Ah تا 1000 Ah افزایش یافته و باعث افزایش انرژی مؤثر از 109.44 کیلووات ساعت به 144 کیلووات ساعت می شود.

بهبود بهره وری در لکوموتیو برقی معادن زیر زمینی :
 برای بهبود بهره وری انرژی از پیشرانه پیشنهادی لازم است تا حد امکان انرژی حاصل از ترمیم برق را افزایش داد . این نکته باید در نظر گرفته شود که در هنگام شارژ سلول های سرب اسید ( هنگام ترمز با بازیابی انرژی الکتریکی ) همراه با واکنش های شیمیایی می تواند خطرناک باشد ، به خصوص در مورد شارژ با شدت زیاد .

به هنگام شارژ باتری و یا هر بخش دیگری ازسیستم فرآیندهای شیمیایی معمولی در حال انجام است، که تحت استفاده عادی باتری خطری برای کاربر ندارند . اما هنگام شارژ به اصطلاح تحت فشار ، واکنش های جانبی اتفاق می افتد که بسی خطرناک خواهند بود. برای یافتن مقدار مورد انتظار جریان برگشتی به باتری های لکوموتیو برقی معادن زیر زمینی در امتداد کار گشتاور ترمزهای مربوط به یک سیستم رانش واقعی ، لازم است که آزمایش ها و تحلیل های شبیه سازی شده  انجام شود . از آنجا که سیستم حرکتی توسعه یافته از دو موتور اینورتر همزمان با آهنربای دائمی (PMSM) تشکیل شده است ، شبیه سازی را می توان به یک مدل موتور ساده فرض کرد که بار آن به نصف بار لوکوموتیو کاهش یابد .

کنترل اثر بخشی در یک واحد معدنی تأمین شده :

نشر هیدروژن در لکوموتیو برقی معادن زیر زمینی که در طی فرآیند شارژ  باتری اتفاق می افتد ، احتمال به خطر افتادن کارآیی مورد نظر را در حالی که اطمینان از بالاترین تعداد چرخه عملکرد و حداکثر ایمنی از نظر انتشار گاز الکترولیتی در بر می گیرد را دارد.

استفاده از دو موتور همگام  با خاصیت آهن ربایی دائمی که توسط (voltage inverter) بطور مستقل مستقل کنترل می شوند ، کارایی الکتریکی قابل توجهی به لوکوموتیو Lea BM-12 می بخشد و در نتیجه امکان بازیابی مؤثر انرژی را در طیف وسیع تری از عملکرد دستگاه فراهم می کند. در هر حال ، بازیابی مقدار بیشتری انرژی با خطر ناشی از افزایش انتشار گازها ، به خصوص هیدروژن در ارتباط است . در نتیجه ، الزامی است تا فرآیند کل سیستم عملکرد ترمز در  لکوموتیو برقی معادن زیر زمینی با بازیابی انرژی در باتری به دقت تجزیه و تحلیل شود . مشخص است که انتشار گاز کاملاً به جریان موجود در باتری مرتبط است . پس برای درک بهتر  رخ داد ها در طی فرآیند شارژ  باتری ، برخی پژوهش ها برای لکوموتیو نوسازی شده در شرایط واقعی کار در معدن انجام شده است . به همین منظور ، در معدنی منتخب ، لکوموتیو مجهز به سیستم باتری جدید رانش مانند شکل  6 نصب شد .

لکوموتیو برقی معادن زیر زمینی – آزمایش :

به منظور آزمایش ، این سیستم از یک موتور الکتریکی و یک معکوس کننده  مستقل تشکیل داده شده است .
لوکوموتیو بارگذاری شد و  با سرعت تا حد لازم به مقدار واقعی (حدود 3 متر بر ثانیه) شتاب گرفت و سپس با ثبت منحنی جریان رانش تا زمان توقف ، لکوموتیو برقی معادن با گشتاور ثابت ترمز کرد . برای تعیین سطح تغییر شکل عملکرد به دلیل محتوای هارمونیک در طول بازیابی انرژی ، تجزیه و تحلیل FFT انجام شد .    نمونه ای از شکل موج ایجاد شده در طی آزمایش در شکل 9 ارائه شده است. شکل موج ایجاد شده ، همانطور که قابل مشاهده است ، دارای خاصیت شیب دار بوده ، که با اولین هارمونیک 35 هرتز همراه شده است ، با این حال ، انتظار این است که فرکانس حامل جریان موج بر اساس آمار با سرعت بیش از 1700 دور در دقیقه می بایست حدود 58 هرتز باشد . جریان بازیابی در آغاز عملکرد ترمز تقریباً 120 A است و برابر با جزئیات DC می باشد . چنین جریان سطح بالایی از گشتاور مقابل حاصل از ترمز ، از سرعت 1700 دور در دقیقه حاصل می شود.

نتیجه گیری

نتیجه گیری کلی با استفاده از موتورهای برقی بسیار پیشرفته بدون براش با آهن ربای دائمی که توسط مبدل های برق کنترل می شوند ، به طور قابل توجهی عملکرد لکوموتیو برقی معدنی گسترش می یابد که به طور موثردامنه بازیابی انرژی در هنگام ترمز الکتریکی را افزایش می دهد. با این وجود ، آنچه نیاز به استفاده از یک سیستم کنترل مناسب با میزان قابل قبول گاز ساطع شده دارد با خطر انتشار بیش از حد گاز به ویژه هیدروژن همراه است . توسعه چنین سیستم مؤثری نیاز به روشن شدن تأثیر مقدار فعلی در انتشار گاز و عمر باتری را دارد. در حال حاضر چنین مطالعاتی در حال انجام است.