Schéma d'optimisation des performances pour le démarreur électromagnétique sous vide antidéflagrant et à sécurité intrinsèque dans l'exploitation minière
1. Introduction
Le démarreur électromagnétique sous vide antidéflagrant et à sécurité intrinsèque pour l'exploitation minière est un équipement clé du système d'alimentation électrique souterrain des mines de charbon, responsable des fonctions de démarrage, d'arrêt et de protection des moteurs électriques. Avec l'avancement de la construction intelligente dans les mines de charbon et l'amélioration continue des exigences de sécurité en matière de production, des normes plus élevées ont été proposées pour les performances des démarreurs. Cet article propose un plan d'optimisation systématique sous les aspects de performances électriques, de structure mécanique, de protection de sécurité et d'intelligence pour résoudre les goulots d'étranglement techniques des produits existants, visant à améliorer la fiabilité, la sécurité et la durée de vie des équipements et à répondre aux besoins de production des mines modernes.
2、Optimisation des performances électriques
1. Amélioration de la technologie des chambres d'extinction à arc sous vide
En utilisant un nouveau type de matériau de contact en alliage de cuivre et de chrome, la teneur en chrome du contact a été augmentée jusqu'à 30 % à 40 %, améliorant considérablement sa résistance à l'érosion par arc. Optimisez la distance d'ouverture des contacts à (4 ± 0,5) mm et utilisez des bobines de champ magnétique spécialement conçues pour propager rapidement l'arc dans une onde de 1/4 de cycle, augmentant ainsi la capacité de coupure de plus de 20 %. En introduisant la technologie de contrôle du champ magnétique longitudinal, une structure d'enroulement spéciale est utilisée pour générer un champ magnétique parallèle à l'axe de l'arc, supprimant efficacement la formation de points anodiques et assurant une répartition uniforme de l'érosion des contacts.
2. Conception d'optimisation du système électromagnétique
Le noyau de fer électromagnétique est constitué de tôles d'acier au silicium à haute perméabilité (perméabilité magnétique ≥ 15 000), et la forme du sabot polaire est optimisée en tant que structure étagée pour rendre la courbe caractéristique d'aspiration plus lisse. La bobine adopte un fil émaillé en polyimide modifié isolé de qualité H, avec une température de fonctionnement augmentée à 180 ℃. Combinée à un système de refroidissement à air forcé, la fréquence de fonctionnement continu a été augmentée de 300 fois à plus de 500 fois. Présentation d'un circuit de démagnétisation intelligent, appliquant un courant inverse au moment de l'ouverture pour réduire le magnétisme résiduel en dessous de 0,3 T, résolvant ainsi efficacement le problème de l'adhérence du noyau de fer.
3. Mise à niveau du circuit à sécurité intrinsèque
Le circuit de sécurité intrinsèque adopte une conception à triple redondance et toute défaillance en un seul point n'affecte pas les performances de sécurité du système. La résistance de limitation de courant adopte le processus de film d'oxyde métallique, avec un coefficient de température contrôlé à ± 50 ppm/℃, et le changement de résistance ne dépasse pas 2 % dans la plage de -20 ℃ à +60 ℃. Ajoutez un réseau de suppresseurs de tension transitoire (TVS) pour contrôler avec précision la tension de serrage à 36 V ± 5 % et raccourcissez le temps de réponse au niveau de 1 ns. Optimisez la disposition des cartes de circuits imprimés, augmentez la distance entre les circuits de sécurité intrinsèques et non intrinsèques à 8 mm et ajoutez des fentes d'isolation physique.
3、Optimisation de la structure mécanique
1. Conception renforcée de coque antidéflagrante
La coque est en fonte ductile à haute résistance QT500-7, avec une épaisseur de paroi augmentée à 12 mm et une résistance à la traction ≥ 500 MPa. La précision du traitement de la surface du joint antidéflagrant a été améliorée à Ra1,6, la largeur de montage a été augmentée à 25 mm et l'écart est contrôlé entre 0,15 et 0,20 mm. Présentant une structure d'étanchéité en labyrinthe, trois rainures d'étanchéité de 0,5 mm de profondeur sont placées sur la surface du joint de bride, remplies d'un mastic spécial en caoutchouc de silicone, et le niveau de protection atteint IP65. Optimisez la disposition des boulons de fixation, utilisez des boulons en acier inoxydable M12, réduisez l'espacement à 80 mm et unifiez le couple de pré-serrage à 85N·m.
2. Améliorer la fiabilité du mécanisme de fonctionnement
Le mécanisme de transmission adopte un revêtement en matériau composite à base de cuivre résistant à l'usure et le coefficient de frottement est réduit à moins de 0,08. La surface de la broche est traitée par nitruration, avec une dureté de HV800 et un jeu d'ajustement optimisé de 0,02 à 0,05 mm. Le ressort accumulateur d'énergie est fabriqué en matériau 60Si2MnA et a une durée de vie en fatigue de plus de 100 000 cycles après un traitement thermique spécial. Ajoutez des dispositifs de verrouillage mécaniques pour garantir que l'interrupteur à couteau d'isolation et le disjoncteur à vide obtiennent un verrouillage « cinq préventions » et que la force de fonctionnement est contrôlée dans les 150 N.
3. Amélioration du système de refroidissement
Concevez un conduit de dissipation thermique tridimensionnel pour former une organisation de flux d'air « avant et arrière » à l'intérieur de la coque, avec une vitesse de vent augmentée à 3 m/s. L'élément chauffant clé est installé sur un substrat de dissipation thermique en alliage d'aluminium, réduisant la résistance thermique à 0,5 ℃/W. Le nombre de points de surveillance de la température est passé de 3 à 8, surveillant l'augmentation de la température des contacts, des bobines et d'autres pièces en temps réel. Lorsqu'un point de mesure dépasse 85 ℃, il réduira automatiquement sa capacité et fonctionnera.
4、 Fonction de protection de sécurité améliorée
1. Intégration de plusieurs systèmes de protection
Développer une unité de protection intelligente basée sur DSP, avec une précision d'échantillonnage de 0,5 niveau et un temps d'action de protection réduit à 20 ms. En plus de la protection conventionnelle contre les surcharges, les courts-circuits et les fuites, les nouvelles fonctionnalités incluent une protection contre la perte de phase déséquilibrée (sensibilité 10 %), une protection contre le calage du moteur (temps d'action 0,5 s) et une fonction de surveillance de l'isolation (résolution 0,1 M Ω). Adopter un circuit de surveillance matériel pour garantir que les fonctions de protection de base peuvent toujours être exécutées en cas de panne du processeur.
2. Protection contre les arcs défectueux
Installez des phototransistors ultraviolets sur chaque jeu de barres de phase, couplés à des circuits d'acquisition à grande vitesse, pour identifier les arcs de défaut en 5 ms. Ajoutez un canal de libération de pression et lorsque la pression interne dépasse 150 kPa, la vanne antidéflagrante s'ouvrira automatiquement pour libérer la pression. La chambre de contact adopte un couvercle de protection en céramique, qui bloque efficacement la diffusion de vapeur métallique et empêche le contournement phase à phase.
3. Surveillance de l'état et alerte précoce
Capteur de vibrations intégré (plage de fréquence 10-1 000 Hz) et détecteur de décharge partielle (sensibilité 5 pC), surveillance en temps réel de l'état mécanique et de la tendance à la dégradation de l'isolation. Établissez un modèle d'évaluation de l'état de santé basé sur un algorithme flou et prédisez les défauts potentiels trois mois à l'avance grâce à l'analyse de fusion de plusieurs paramètres tels que la température, le courant et les vibrations. La capacité de stockage des données a été étendue à 1 Go, ce qui permet d'enregistrer près de 1 000 événements opérationnels et 50 formes d'onde de défaut.
5、 Extension intelligente des fonctions
1. Mise à niveau du système de communication
Prend en charge la communication double canal RS485/Modbus et Ethernet fibre optique, avec des taux de transmission de 115,2 kbps et 100 Mbps respectivement. Développez un protocole de communication dédié pour atteindre une précision de synchronisation temporelle de 1 ms et répondre aux exigences d'échantillonnage synchrone dans les systèmes électriques. Module de communication 4G intégré (en option), prend en charge le réglage des paramètres à distance et la mise à niveau du micrologiciel.
2. Algorithme de contrôle adaptatif
Introduisez une fonction d'auto-apprentissage pour les paramètres du moteur, mesurez automatiquement les paramètres clés tels que la constante de temps du rotor et la constante de temps thermique lors de la première mise sous tension et établissez un modèle de chauffage précis. Développez un algorithme de reconnaissance de charge basé sur un réseau neuronal qui optimise automatiquement la courbe de protection en analysant le type de charge (tel que ventilateurs, pompes, convoyeurs, etc.) via la forme d'onde du courant de démarrage.
3. Intégration des systèmes de jumeaux numériques
Fournir des interfaces de données standardisées capables de produire des informations complètes sur l'état de fonctionnement des équipements (y compris les temps de commutation, le courant cumulé, les courbes caractéristiques mécaniques, etc.), prenant en charge une intégration transparente avec les systèmes de jumeaux numériques des mines. Développez une fonction de débogage virtuel, simulez divers scénarios de pannes via l'interface HMI et vérifiez l'exactitude de la logique de protection.
6、Mise en œuvre et validation
Le plan d'optimisation sera mis en œuvre en trois étapes : étape (1 à 3 mois) pour terminer les tests en laboratoire des composants clés, y compris le test de durée de vie électrique de la chambre d'extinction à arc sous vide (10 000 fois), le test de pression de coque antidéflagrante (1,5 MPa) et le test de compatibilité électromagnétique (série GB/T17626) ; La deuxième étape (4 à 6 mois) consiste à assembler le prototype et à réaliser des essais de type en usine ; La troisième étape (7 à 12 mois) consiste à réaliser des tests industriels dans des mines typiques, avec une durée d'exploitation cumulée d'au moins 2 000 heures. Établissez un système complet de suivi de la qualité et comparez et analysez les indicateurs clés tels que le MTBF et les coûts de maintenance avant et après l'optimisation.
VII. Conclusion
Grâce à l'optimisation systématique ci-dessus, les performances globales du démarreur électromagnétique à vide antidéflagrant et à sécurité intrinsèque peuvent être considérablement améliorées : la capacité de coupure est augmentée de 30 %, la durée de vie mécanique est prolongée jusqu'à 100 000 fois, la précision de l'action de protection atteint 99,9 % et le temps de travail moyen sans défaut dépasse 5 ans. Ce plan prend pleinement en compte les exigences particulières des conditions de travail des mines de charbon, tout en conservant les performances antidéflagrantes et de sécurité intrinsèque d'origine, en améliorant considérablement la fiabilité, la sécurité et le niveau d'intelligence des équipements, en fournissant un support d'équipement technique de haute qualité pour la construction de mines modernes.
