Duże zużycie energii przez kopalnie węgla i miedzi powoduje wzrost kosztów wydobycia oraz uszczuplenia zasobów mocy w systemie elektroenergetycznym. W każdej kopalni, oprócz podstawowych maszyn i urządzeń, takich jak maszyny wydobywcze, transportowe zainstalowanych, jest wiele pomp i wentylatorów.

W czynnych obecnie kopalniach miedzi oraz węgla zastosowane są napędy z silnikami elektrycznymi o niezadowalającej sprawności. Najczęściej są to silniki indukcyjne. Przy dużej ilości tego typu urządzeń o pracy ciągłej, już niewielka poprawa sprawności napędu sumarycznie pozwala na duże oszczędności energii. Dlatego wiele ośrodków badawczych zajmuje się poszukiwaniami nowych, energooszczędnych rozwiązań konstrukcyjnych maszyn elektrycznych [1, 2, 3, 4, 5, 6].

 

Nowe możliwości budowy silników

Opracowanie magnesów trwałych z zastosowaniem pierwiastków ziem rzadkich (m.in. neodymu) pozwoliło na dużą koncentrację energii magnetycznej i renesans zastosowań w urządzeniach elektromagnetycznych. Nowe możliwości budowy silników o lepszych parametrach eksploatacyjnych dostrzeżono również w Polsce.

Z inicjatywy prof. dra hab. inż. Andrzeja Demenko z Zakładu Mechatroniki i Maszyn Elektrycznych Politechniki Poznańskiej powołano konsorcjum m.in. Politechniki Poznańskiej i Politechniki Wrocławskiej:

• Zespół Badań nad Obwodami Magnetycznymi oraz Metodami Obliczeń Projektowych i Optymalizacyjnych kierowanych przez prof. dra hab. inż. Wojciecha Szeląga oraz prof. dra hab. inż. Lecha Nowaka (PPozn.),
• Zespół Badań nad Układami Sterowania Silnikami Magnetoelektrycznymi kierowany przez prof. dra hab. inż. Krzysztofa Zawirskiego (PPozn.),
• Zespół Badań nad Układami Napędowymi i Strukturami Maszyn Elektrycznych dla Górnictwa kierowany przez prof. dra hab. inż. Jana Zawilaka (PWr.),

które podjęło się wykonania badań oraz opracowania zagadnień w ramach projektu POIG nt. „Nowa generacja energooszczędnych napędów elektrycznych do pomp i wentylatorów dla górnictwa”.

 

W zespole Politechniki Wrocławskiej dostrzeżono możliwości budowy energooszczędnych silników synchronicznych wzbudzanych magnesami trwałymi o dużych i bardzo dużych mocach. Korzystając z wieloletnich kontaktów i współpracy z zakładami górniczymi, zaproponowano wykonanie prototypów takich maszyn w napędach kopalń rud miedzi oraz węgla kamiennego. Wykonano i wdrożono silniki średniej mocy (110, 160 kW) oraz dużej mocy (1 100 i 1 600 kW) [6, 7, 8, 9].

Na podstawie badania literatury światowej można stwierdzić, że maszyny takie (dużej mocy) nie są oferowane przez światowe firmy produkujące maszyny elektryczne.

 

Cały artykuł został opublikowany w numerze 2/2015 magazynu "Pompy Pompownie"

 

Literatura

[1] de Almeida A.T, Ferreira F.J.T.E, Quintino Duarte A, Technical and Economical Considerations on Super High-Efficiency Three-Phase Motors, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 50, no 2, 2014, pp. 1274-1285.
[2] Lu Q., Huang X., Ye Y., Fang Y.: Experiment and analysis of high power line-start PM motor, Przegląd Elektrotechniczny 2/2012.
[3] Debruyne C., Sergeant P., Derammelaere S., Desmet J., Lieven Vandevelde L.: Influence of Supply Voltage Distortion on the Energy Efficiency of Line Start Permanent Magnet. IEEE Transactions on industry applications, vol. 50, no. 2, march/april 2014.
[4] Feng X., Liu L., Kang J., Zhang Y.: Super Premium Efficient Line Start-up Permanent Magnet Synchronous Motor, XIX International Conference on Electrical Machines, ICEM 2010, Roma, Italy.
[5] Ugale R.T., BalaKrishna Y., Chaudhari B. N.: Effects of Short Power Interruptions and Voltage Sags on the Performance of Line Start Permanent Magnet Synchronous Motor. 4th IET Conference on Power Electronics, Machines and Drives, 2008. PEMD 2008 (s. 184-188).
[6] Zawilak T.: Utilizing the deep bar effect in direct on line start of permanent magnet machines, Przegląd Elektrotechniczny, 2/2013, s. 177–179.
[7] Zawilak T., Zawilak J.: Energooszczędne silniki synchroniczne z magnesami trwałymi o rozruchu bezpośrednim, Górnictwo Odkrywkowe. 2014, R. 55, nr 1, s. 29-33.
[8] Zawilak T., Zawilak J.: Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi o dużej sprawności, Przegląd Elektrotechniczny. 2014, R. 90, nr 1, s. 224-226.
[9] Zawilak T., Zawilak J.: Patent. Polska, nr 218489. Wirnik silnika synchronicznego z magnesami trwałymi: H02K 1/27. Zgłosz. pat. nr P 394666 z dn. 26.04.2011.