VFD a prueba de explosión de alto voltaje. Solución de accionamiento de imán permanente FGI para transportadores de cinturón de minas de carbón.

Introducción

La construcción de minas de carbón inteligentes exige tecnologías avanzadas de accionamiento y control para equipos subterráneos de alta tensión y alta potencia, como transportadores de banda principales, máquinas de corte, ventiladores y bombas. Entre estos, el transportador de banda subterráneo principal juega un papel fundamental en el transporte de carbón. Opera con cargas pesadas, gran capacidad y ciclos de trabajo continuos. Los acoplamientos hidráulicos tradicionales, aunque ofrecen una regulación de velocidad limitada, sufren altas pérdidas por deslizamiento, baja eficiencia, una fuerte dependencia de la calidad del aceite y altos requisitos de mantenimiento.

Variadores de frecuencia (VFD) a prueba de explosiones de alta tensión (variadores de frecuencia) proporcionan una solución superior. Con un amplio rango de velocidad, control preciso, respuesta rápida y capacidades de arranque suave, ahora son esenciales para los sistemas de accionamiento de transportadores de minas de carbón. Reemplazar los acoplamientos hidráulicos con VFD a prueba de explosiones FGI permite una velocidad ajustable, un alto par de arranque a baja corriente, una distribución equilibrada de la carga y funciones de protección robustas, lo que satisface las demandas de las soluciones de minas de carbón inteligentes.

Estudio de caso: Aplicación en la mina de carbón Yingpanhhao

Descripción general del sistema

La mina de carbón Yingpanhhao en Ordos, Mongolia Interior, tiene una capacidad de producción de 12 millones de toneladas por año. Su sistema de transportador de banda principal del ala norte utiliza un VFD a prueba de explosiones de alta tensión FGI (Modelo BPBJV2-1250/10) con las siguientes especificaciones:

• Tensión de entrada/salida: 10kV

• Potencia nominal: 1250kW

• Topología: Estructura en cascada con 8 celdas de potencia por fase

El sistema de accionamiento del transportador integra motores síncronos de accionamiento directo de imanes permanentes (Modelo TBVF-900YC, 10kV, 900kW, 60 rpm). La configuración incluye 4 motores en la cabecera y 2 en la cola, gestionados a través de una arquitectura de control maestro-esclavo con comunicación por fibra óptica. Esto garantiza una coordinación precisa, un funcionamiento fiable y una capacidad de accionamiento a larga distancia de hasta 5.000 metros.

Estructura y control del sistema

El sistema se alimenta a través de un transformador de desplazamiento de fase, que proporciona tres funciones clave:

1. Reducción a 690V para el suministro de energía aislado a las celdas de potencia.

2. Desplazamiento de fase para la rectificación multifase, reduciendo la distorsión armónica.

3. Suministro aislado para el funcionamiento de celdas en cascada.

El diseño de la celda de potencia en cascada, combinado con la tecnología de desplazamiento de fase de portadora, produce una salida casi sinusoidal sin necesidad de filtros. Esto minimiza la interferencia armónica tanto en los motores como en la red, lo que le valió a FGI el reconocimiento como un “sistema de accionamiento libre de armónicos”.

La comunicación maestro-esclavo por fibra óptica garantiza una transferencia de datos fiable a alta velocidad, mientras que el control vectorial con algoritmos de caída de velocidad equilibra dinámicamente las cargas del motor. Esto aborda el problema común del desequilibrio de carga en los sistemas de transportadores multimotor.

Beneficios clave de la aplicación

1. Capacidad de arranque suave
   Proporciona hasta 2,2× el par nominal a baja frecuencia con aceleración ajustable (1–3600s), cumpliendo con los requisitos de arranque suave de carga pesada.

2. Equilibrio de potencia preciso
   Logra el equilibrio del par en los accionamientos de cabecera y cola, con una tasa de desequilibrio del motor inferior al 2%, incluso con una longitud de cable de más de 5 km.

3. Conmutación y redundancia en línea
   Funciona en modo “5 en funcionamiento + 1 en espera”. Si un VFD falla, la unidad de reserva se activa inmediatamente, lo que garantiza el funcionamiento continuo del transportador.

4. Ajuste automático de la velocidad
   Con sensores de flujo de carbón, la velocidad de la banda se adapta a las condiciones de carga: “más rápido con más carbón, más lento con menos.” La eficiencia del transporte se mejora significativamente.

5. Ahorro de energía y reducción del desgaste
   Los motores de accionamiento directo de imanes permanentes eliminan los reductores, aumentando la eficiencia y reduciendo el desgaste mecánico. El arranque suave reduce el impacto del sistema, mientras que la velocidad variable reduce el tiempo de funcionamiento a alta velocidad. Esto conduce a:

   • Costos de mantenimiento reducidos

   • Mayor vida útil del equipo

   • Menor consumo de energía

Ventajas de las soluciones VFD a prueba de explosiones FGI

• Huella compacta y fácil mantenimiento
  El diseño integrado de transformador + VFD ahorra espacio y reduce el cableado. El diseño modular simplifica el mantenimiento in situ.

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• Múltiples salvaguardas de fiabilidad
  La redundancia integrada con derivación automática de la celda de potencia garantiza una producción ininterrumpida.

• Equilibrio de carga adaptativo
  El reparto de carga autoajustable admite hasta 10 VFD coordinados.

• Interfaces de comunicación de minas inteligentes
  Admite acceso por fibra, Ethernet e inalámbrico. Permite la monitorización remota, el diagnóstico de fallos y el mantenimiento predictivo a través de PC o aplicación móvil.

Conclusión

La industria minera está cambiando rápidamente hacia las operaciones de minas de carbón inteligentes a gran escala. Las Directrices para la construcción de minas de carbón inteligentes destacan la necesidad urgente de VFD a prueba de explosiones de alta tensión para alimentar transportadores, máquinas de corte y otros sistemas críticos.

El exitoso despliegue del VFD a prueba de explosiones libre de armónicos de FGI en la mina Yingpanhhao demuestra un rendimiento innovador:

• THD de entrada < 3%

• Armónicos de tensión de salida < 2%

• +15% Mejora de la eficiencia del accionamiento

• +20% Eficiencia energética general del sistema

• 18–25% Ahorro de energía

• Reducción de más de 500 toneladas de CO₂ por unidad anualmente

Al permitir la transmisión de energía a larga distancia, el equilibrio preciso de la carga y el diagnóstico inteligente, las soluciones FGI apoyan los objetivos de doble carbono de la industria del carbón, al tiempo que impulsan la seguridad y la eficiencia operativa.

Llamada a la acción

Descubra cómo las soluciones VFD a prueba de explosiones de alta tensión FGI pueden mejorar sus sistemas de transportadores de minas de carbón con tecnología de accionamiento de ahorro de energía, funciones de arranque suave, y automatización inteligente.