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Un izado fiable es esencial para la minería en pozos profundos, donde las cargas pesadas, las largas distancias de viaje y las exigentes condiciones subterráneas exigen alto el control de la transmisión y la fiabilidad del equipo. En la mina de oro de Sanshandao en la provincia de Shandong, China, se seleccionó el inversor de alta tensión de cuatro cuadrantes de FGI para controlar los motores de los polipastos de la mina en un proyecto que implicaba un pozo vertical diseñado para alcanzar los 1.915 metros bajo el nivel del mar.
La aplicación demuestra cómo la tecnología de variadores de frecuencia de alta tensión y el control maestro-esclavo pueden mejorar la coordinación motora, el rendimiento de elevación y la eficiencia energética en operaciones mineras exigentes.
Situada cerca de la bahía de Laizhou, la mina de oro de Sanshandao es un proyecto minero en alta mar con condiciones geológicas complejas. El pozo fue diseñado para alcanzar una profundidad de 1.915 metros, con un diámetro final de 10,5 metros y un diámetro de excavación de 11,5 metros. En el momento del informe del proyecto, se describía como el primer y el quinto pozo vertical más profundo del mundo en construcción.
La mina se enfrenta a varios desafíos durante la construcción del pozo, incluyendo altos esfuerzos en el suelo, presión del agua en rocas fracturadas, agua subterránea corrosiva y aumento de las temperaturas subterráneas. Estas condiciones imponen exigencias exigentes sobre la fiabilidad y estabilidad operativa del sistema de control eléctrico de izo.
El sistema de elevación utiliza dos máquinas de devanado, cada una equipada con dos motores que accionan un tambor común a través de una disposición de dos motores y dos cajas de cambios. El sistema soporta tanto la operación con motor único como con doble motor, proporcionando flexibilidad para diferentes condiciones de construcción y carga.
Para cumplir con estos requisitos, el proyecto seleccionó cuatro unidades inversoras FGI JD-BP37-2250T de cuatro cuadrantes de alta tensión, cada una con potencias de 2.250 kW y 6 kV, para controlar cuatro motores de alta tensión de 2.000 kW.
La serie JD-BP37-T combina control vectorial, retroalimentación energética regenerativa y tecnología IGBT de alta potencia para aplicaciones industriales exigentes.
| Parámetro | Especificaciones |
|---|---|
| Modelo inversor | JD-BP37-2250T |
| Potencia nominal | 2.250 kW por unidad |
| Tensión de entrada | 6 kV |
| Tensión de salida | 0–6 kV |
| Corriente nominal de salida | 270 A |
| Rango de frecuencias | 0–50 Hz |
| Capacidad de sobrecarga continua | 110% |
| Capacidad de sobrecarga a corto plazo | 150% durante 1 minuto; 220% durante 1,5 segundos |
| Potencia motora controlada | 2.000 kW por motor |
| Cantidad instalada del inversor | 4 unidades |
La configuración directa de entrada y salida de alta tensión permite que el inversor se conecte al sistema motor existente de 6 kV sin requerir un transformador intermedio de reducción como parte del sistema de accionamiento.
Una característica clave del Inversor de Alta Tensión de Cuatro Cuadrantes es su capacidad para funcionar tanto en modo motor como regenerativo.
Durante el izamiento, el inversor convierte la potencia eléctrica en salida controlada del motor. Durante el funcionamiento regenerativo, como cuando el polipaste baja una carga pesada, el motor puede funcionar como generador. El inversor devuelve la energía eléctrica recuperada a la red de corriente alterna en lugar de disiparla toda en forma de calor mediante el frenado convencional.
Este flujo de energía bidireccional favorece la frenada regenerativa, reduce las pérdidas de energía relacionadas con el frenado y ayuda a mejorar la eficiencia energética global del sistema de izamiento.
La etapa de entrada controlada por PWM también ayuda a regular la corriente en el lado de la red y a mejorar el factor de potencia, limitando la inyección de corriente armónica bajo condiciones de funcionamiento adecuadas.
Para aplicaciones de polipastos de mina, el par estable y la aceleración y desaceleración controladas son especialmente importantes. La serie JD-BP37-T utiliza control vectorial para proporcionar un par de arranque alto, un control de par sensible y una regulación precisa de la velocidad.
El sistema también incorpora funciones orientadas a la aplicación, incluyendo:
Bypass automático de la unidad de potencia:Permite que una unidad de potencia defectuosa sea evitada bajo condiciones de fallo soportadas, ayudando al sistema a completar un ciclo operativo cuando se cumplen las condiciones requeridas.
Protección contra la pérdida de potencia:Proporciona medidas de protección ante interrupciones inesperadas del suministro, una consideración importante durante el descenso con cargas pesadas.
Bajas pérdidas en espera:Reduce las pérdidas por no cargar cuando el disco está en espera.
Múltiples métodos de frenado:Soporta funciones regenerativas, de corriente continua, de seguridad y frenado dinámico.
Poder de control independiente:Facilita la inspección, puesta en marcha y mantenimiento sin activar el circuito principal de alta tensión.
Interfaces de control integradas:Soporta el intercambio de señales con el sistema de control eléctrico del polipasto.
Estas funciones ayudan a responder a los requisitos prácticos del izado de gran capacidad, donde la continuidad operativa y la protección coordinada son críticas.
Cada máquina de elevación utiliza dos motores para accionar un tambor común. El principal reto de control es mantener la velocidad, el par y la potencia de los motores correctamente coordinados.
Una configuración de inversor único y dos motores puede ser difícil de optimizar cuando los motores y componentes mecánicos de la transmisión tienen características diferentes. El reparto desigual de carga puede hacer que un motor soporte una carga excesiva mientras que el otro contribuye menos, aumentando el riesgo de sobrecarga del motor y estrés en el sistema de transmisión.
Para este proyecto, FGI implementó un esquema de control maestro-esclavo en el que dos inversores independientes accionan dos motores por separado.
Un inversor funciona como maestro, mientras que el otro actúa como esclavo. La estación del operador envía los comandos de funcionamiento y la referencia de velocidad al inversor maestro. Los dos inversores intercambian información de control mediante comunicación por fibra óptica.
La disposición de los controles funciona de la siguiente manera:
Control maestro de velocidad:El inversor maestro recibe la referencia de velocidad del sistema de control del polipastón y regula la velocidad del motor.
Control de par esclavo:El inversor esclavo sigue los comandos de control coordinados del maestro y regula el par motor de la empresa.
Coordinación de reparto de carga:El sistema monitoriza la información de corriente activa y ajusta el funcionamiento de la conducción para ayudar a equilibrar la potencia del motor y el par.
Flexibilidad en modo operativo:La configuración de control soporta operación de doble motor y permite la selección de modo de un solo motor a través de la interfaz de control.
Esta disposición permite que ambos motores trabajen juntos manteniendo el control independiente de la transmisión y la protección específica del motor.
Para un elevador profundo, una coordinación eficaz entre maestro y esclavo ayuda a reducir cargas desiguales, favorece una aceleración y desaceleración más suaves y mejora la consistencia del proceso general de elevación.
El inversor de alta tensión de cuatro cuadrantes forma una parte central de la transmisión del polipasto y la arquitectura de control eléctrico.
La estación del operador proporciona comandos hacia adelante y hacia atrás, una orden de parada de emergencia y una referencia analógica de velocidad. El inversor devuelve señales de estado de operación y de fallo y de estado del circuito de seguridad, junto con señales analógicas de monitorización para el sistema de control.
Los interruptores de aislamiento de alta tensión permiten un mantenimiento seguro. La señal de fallo de alta tensión del inversor se interbloquea con el interruptor de circuito aguas arriba para que una avería del inversor pueda iniciar la desconexión correspondiente aguas arriba.
El sistema de control de polipastos más ancho también incorpora funciones de protección para exceso de velocidad, sobrerecorrimiento, rotación inversa, anomalías en el sistema de frenos, holgura de cuerdas, condiciones de lubricación y otros fallos de funcionamiento. Dependiendo de la condición detectada, el sistema puede activar una respuesta de protección adecuada, incluyendo la frenada de emergencia.
La integración del control de accionamiento, la retroalimentación operativa y los enclavamientos protectores es esencial para el funcionamiento seguro de equipos de elevación de minas de alta potencia.
El sistema de polipastos de la mina Sanshandao fue puesto en marcha con éxito a finales de diciembre de 2021, según el informe original del proyecto. El informe registraba un funcionamiento normal durante más de dos años tras su puesta en servicio.
La aplicación de campo demostró varios beneficios prácticos:
Control mejorado del izamiento:El control de frecuencia variable permitía una aceleración y desaceleración más suaves.
Mejor coordinación motora dual:El control maestro-esclavo ayudaba a coordinar la salida de dos motores que accionaban un tambor común.
Recuperación regenerativa de energía:El funcionamiento en cuatro cuadrantes permitía devolver energía eléctrica a la red durante la operación regenerativa.
Fiabilidad operativa mejorada:Las funciones de protección de la unidad, el enclavamiento de fallos y el control coordinado apoyaban la estabilidad del funcionamiento del sistema.
Modos de funcionamiento flexibles:La operación de un solo y otro motor se adaptaba a diferentes requisitos durante la construcción del eje.
El informe original describía el efecto de ahorro energético como significativo, pero no proporcionaba un porcentaje cuantificado de ahorro energético. El ahorro real depende del ciclo de trabajo de izamiento, el perfil de carga, las condiciones de frenado y la configuración general del sistema.
El proyecto Sanshandao ilustra el papel de los variadores de frecuencia variable de alta tensión en aplicaciones mineras exigentes. Para ejes verticales profundos, el sistema de accionamiento debe hacer más que regular la velocidad del motor: también debe coordinar múltiples motores, gestionar la energía regenerativa e integrarse con la arquitectura de control protector del polipasto.
El inversor de alta tensión de cuatro cuadrantes de FGI es adecuado para su consideración en nuevas instalaciones de elevación de minas, polipastos de construcción de pozos y proyectos de modernización que involucren accionamientos de polipastos de corriente alterna existentes. Su combinación de control vectorial, frenado regenerativo y coordinación maestro-esclavo proporciona un enfoque práctico para mejorar el rendimiento de la transmisión y la utilización de energía en operaciones mineras de gran resistencia.
Para los operadores mineros e integradores de sistemas, la selección de una solución de accionamiento debe tener en cuenta las especificaciones del motor, la profundidad del eje, las características de la carga, los requisitos de frenado, las interfaces de control y la arquitectura de seguridad requerida.
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