Hochspannungs-Explosionssicherheit VFD

Einleitung

Der Bau intelligenter Kohlebergwerke erfordert fortschrittliche Antriebs- und Steuerungstechnologien für Hochspannungs- und Hochleistungs-Untertagegeräte wie Hauptbandförderer, Schrämmaschinen, Ventilatoren und Pumpen. Unter diesen spielt der unterirdische Hauptbandförderer eine entscheidende Rolle beim Kohletransport. Er arbeitet mit schweren Lasten, großer Kapazität und kontinuierlichen Betriebszyklen. Herkömmliche hydraulische Kupplungen bieten zwar eine begrenzte Drehzahlregelung, leiden aber unter hohen Schlupfverlusten, geringem Wirkungsgrad, starker Abhängigkeit von der Ölqualität und hohem Wartungsaufwand.

Hochspannungs-explosionsgeschützte Frequenzumrichter (Variable Frequency Drives, VFDs) bieten eine überlegene Lösung. Mit einem weiten Drehzahlbereich, präziser Steuerung, schnellem Ansprechverhalten und Sanftanlauf sind sie heute unverzichtbar für Kohlebergwerk-Förderantriebssysteme. Der Ersatz von hydraulischen Kupplungen durch FGI explosionsgeschützte Frequenzumrichter ermöglicht eine einstellbare Drehzahl, ein hohes Anlaufdrehmoment bei niedrigem Strom, eine ausgewogene Lastverteilung und robuste Schutzfunktionen – und erfüllt damit die Anforderungen moderner intelligenter Kohlebergwerkslösungen verbessern können.

Fallstudie: Anwendung im Kohlebergwerk Yingpanhhao

Systemübersicht

Das Kohlebergwerk Yingpanhhao in Ordos, Innere Mongolei, hat eine Produktionskapazität von 12 Millionen Tonnen pro Jahr. Sein Hauptbandfördersystem im Nordflügel verwendet einen FGI-Hochspannungs-explosionsgeschützten Frequenzumrichter (Modell BPBJV2-1250/10) mit folgenden Spezifikationen:

• Eingangs-/Ausgangsspannung: 10 kV

• Nennleistung: 1250 kW

• Topologie: Kaskadenstruktur mit 8 Leistungszellen pro Phase

Das Förderantriebssystem integriert Permanentmagnet-Direktantriebs-Synchronmotoren (Modell TBVF-900YC, 10 kV, 900 kW, 60 U/min). Die Konfiguration umfasst 4 Motoren am Kopf und 2 am Ende, verwaltet über eine Master-Slave-Steuerungsarchitektur mit Glasfaserkommunikation. Dies gewährleistet eine präzise Koordination, einen zuverlässigen Betrieb und eine Langstreckenantriebskapazität von bis zu 5.000 Metern verbessern können.

Systemstruktur & Steuerung

Das System wird über einen Phasenschiebertransformator mit Strom versorgt, der drei Schlüsselfunktionen bietet:

1. Abwärtswandlung auf 690 V für eine isolierte Stromversorgung der Leistungszellen.

2. Phasenschiebung für Mehrpuls-Gleichrichtung, wodurch die Oberschwingungsverzerrung reduziert wird.

3. Isolierte Versorgung für den Kaskadenzellenbetrieb.

Das Kaskadenleistungszellendesign in Kombination mit der Trägerphasenverschiebungs-Technologie erzeugt einen nahezu sinusförmigen Ausgang ohne Filter. Dies minimiert Oberschwingungsstörungen sowohl an den Motoren als auch am Netz, wodurch FGI als „oberwellenfreies Antriebssystem“ verbessern können.

Master-Slave-Glasfaserkommunikation gewährleistet eine zuverlässige Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung, während Vektorregelung mit Schlupfalgorithmen die Motorlasten dynamisch ausgleicht. Dies behebt das häufige Problem der Lastungleichgewichtung in Mehrfachmotor-Fördersystemen.

Wichtige Anwendungsvorteile

1. Sanftanlauffähigkeit
   Bietet bis zu 2,2× des Nenndrehmoments bei niedriger Frequenz mit einstellbarer Beschleunigung (1–3600 s) und erfüllt damit die Anforderungen an den Sanftanlauf bei hoher Last.

2. Präziser Leistungsausgleich
   Erzielt einen Drehmomentausgleich über Kopf- und Endantriebe mit einer Motorungleichgewichtsrate von unter 2%, selbst über eine Kabellänge von 5 km.

3. Online-Umschaltung & Redundanz
   Arbeitet im Modus „5 in Betrieb + 1 in Reserve“. Wenn ein Frequenzumrichter ausfällt, wird das Reservegerät sofort aktiviert, wodurch ein kontinuierlicher Förderbetrieb verbessern können.

4. Automatische Drehzahlanpassung
   Mit Kohleflusssensoren passt sich die Bandgeschwindigkeit an die Lastbedingungen an: „schneller bei mehr Kohle, langsamer bei weniger.“ Die Transporteffizienz wird deutlich verbessert.

5. Energieeinsparung & reduzierter Verschleiß
   Permanentmagnet-Direktantriebsmotoren eliminieren Getriebe, erhöhen den Wirkungsgrad und reduzieren den mechanischen Verschleiß. Der Sanftanlauf reduziert die Systembelastung, während die variable Drehzahl die Betriebszeit bei hoher Geschwindigkeit reduziert. Dies führt zu:

   • Reduzierten Wartungskosten

   • Verlängerter Lebensdauer der Geräte

   • Geringerem Energieverbrauch

Vorteile der explosionsgeschützten Frequenzumrichterlösungen von FGI

• Kompakte Stellfläche & einfache Wartung
  Integriertes Transformator + Frequenzumrichter-Design spart Platz und reduziert die Verkabelung. Das modulare Design vereinfacht die Wartung vor Ort.

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• Mehrfache Zuverlässigkeitssicherungen
  Eingebaute Redundanz mit automatischer Leistungszellenumgehung gewährleistet einen unterbrechungsfreien Betrieb.

• Adaptive Lastausgleichung
  Selbstanpassende Lastverteilung unterstützt bis zu 10 koordinierte Frequenzumrichter.

• Intelligente Bergwerkskommunikationsschnittstellen
  Unterstützt Glasfaser-, Ethernet- und drahtlosen Zugriff. Ermöglicht Fernüberwachung, Fehlerdiagnose und vorausschauende Wartung über PC oder mobile App.

Schlussfolgerung

Die Bergbauindustrie verlagert sich rasch auf groß angelegte intelligente Kohlebergwerksbetriebe. Die Richtlinien für den Bau intelligenter Kohlebergwerke unterstreichen den dringenden Bedarf an Hochspannungs-explosionsgeschützten Frequenzumrichtern zur Stromversorgung von Förderern, Schrämmaschinen und anderen kritischen Systemen.

Der erfolgreiche Einsatz des oberwellenfreien explosionsgeschützten Frequenzumrichters von FGI im Bergwerk Yingpanhhao zeigt eine bahnbrechende Leistung:

• Eingangs-THD < 3%

• Ausgangsspannungsoberschwingungen < 2%

• +15 % Wirkungsgradverbesserung des Antriebs

• +20 % Gesamtsystem-Energieeffizienz

• 18–25 % Energieeinsparungen

• 500+ Tonnen CO₂-Reduzierung pro Einheit jährlich

Durch die Ermöglichung von Langstrecken-Energieübertragung, präzisem Lastausgleich und intelligenter Diagnose unterstützen die FGI-Lösungen die Dual-Carbon-Ziele der Kohleindustrie und treiben gleichzeitig die Betriebssicherheit und -effizienz voran.

Handlungsaufforderung

Entdecken Sie, wie explosionsgeschützte FGI-Hochspannungs-Frequenzumrichterlösungen Ihre Kohlebergwerk-Fördersysteme mit energiesparender Antriebstechnologie, Sanftanlauffunktionen und intelligenter Automatisierung verbessern können.