Beneficios de las unidades modernas en aplicaciones mineras

Este documento está destinado a arrojar luz sobre el control moderno del motor a través de ejemplos de métodos de control pasados y presentes. No es una discusión de ingeniería en profundidad, sino que es una visión general del estado de esta tecnología y su impacto positivo en el uso futuro de la energía.

Hoy en día, hay un mayor enfoque en el costo de la energía, tanto en términos de su valor monetario como de cómo su uso afecta el medio ambiente. Las recientes fluctuaciones en los costos de alimentar automóviles y calentar hogares han centrado más la atención en el tema de la energía. Con la necesidad de reducir los costos de energía y el enfoque en el medio ambiente, el control eficiente de las máquinas que alimentan la industria minera es crucial.

A lo largo de la historia, el método elegido de control del motor fue tan simple como encender o apagar un motor por completo mediante el uso de un control de contactor. No se proporcionó ni se necesitó ningún medio para variar la velocidad o el requisito de potencia del motor. Este sigue siendo un método utilizado hoy en día para reducir la complejidad del control y el costo inicial y es un método suficiente para algunas aplicaciones. Es el equivalente a un automóvil que tiene solo dos velocidades: pedal de gas completo encendido o pedal de gas completo apagado. Tan pronto como se presiona el pedal del acelerador, el motor revoluciona a RPM completas. Para reducir la velocidad, el pedal debe estar a toda gasolina y el automóvil se desplaza a la velocidad prevista, lo que resultaría en una baja eficiencia de combustible.

El uso ineficiente de la energía también se encuentra cuando los accionamientos de motores eléctricos se utilizan en aplicaciones en las que la carga requiere una fuente variable de energía. Los ejemplos incluyen aplicaciones típicas de ventiladores con un accionamiento que varía la velocidad del ventilador para que coincida con el requisito de flujo de aire en un sistema HVAC de edificio típico, o una aplicación de bomba de agua que necesita bombear el flujo para satisfacer la demanda de los clientes de servicios públicos en un momento dado durante el día.

Al igual que cambiar de bombillas incandescentes a bombillas fluorescentes más eficientes energéticamente en hogares y edificios comerciales ahorra energía y dinero, cambiar a métodos más eficientes de control del motor puede tener efectos dramáticos en el uso de energía. Las estimaciones indican que el 80% de los motores en uso están controlados por métodos tecnológicos "antiguos e ineficientes". Este medio obsoleto de controlar los motores eléctricos ahora puede ser reemplazado por una tecnología moderna y eficiente en forma de variadores de frecuencia.

El verdadero beneficio del moderno variador de frecuencia es la reducción de los costes energéticos. Una unidad moderna puede reducir las necesidades eléctricas de una empresa o edificio. Hacer coincidir la potencia del motor con el requisito de la carga puede aumentar la eficiencia de la máquina. Multiplique este ejemplo por las decenas de miles de motores utilizados en todo el mundo, y uno puede ver fácilmente la necesidad y el beneficio de esquemas de control de motores más eficientes.

Para comprender las tecnologías actuales, es útil mirar al pasado para ilustrar el progreso realizado con los métodos de control motor. Uno de los mejores usos de los motores para el transporte es el tranvía eléctrico. Una vez utilizado en todas las ciudades importantes, el carro representa lo ineficiente que puede ser el uso del control del motor de CC.

Usando dos motores de CC, uno en cada juego de ruedas o camión, el automóvil de la calle fue alimentado por un cable aéreo o sistema de carro. El cable conducía la energía eléctrica a través del poste del carro hasta el sistema de control del operador. Este control era relativamente simple: la velocidad y el par del motor se controlaban variando la corriente continua a través de un banco de resistencias fijas. Se utiliza un motor de serie simple con la armadura y el alambre en serie. El controlador del operador saltó resistencias fijas en serie con el motor, lo que tuvo el efecto de controlar la velocidad del motor. Con el voltaje fijo del carro, la única forma de reducir la potencia de los motores era quemar energía tocando los bancos de resistencias. Las resistencias desperdiciaron energía en forma de calor. La eficiencia de este método de control puede ser tan baja como el 50%. Los avances posteriores pusieron los motores en paralelo o en serie entre sí, pero aún así causaron ineficiencias.

Un buen ejemplo del uso de los modernos variadores de CA o CC es la locomotora minera. Las minas han utilizado durante mucho tiempo estas máquinas ferroviarias para transportar personal o equipos y para transportar carbón y otros minerales. A veces llamadas mantrips, transportadores de personal o locomotoras, estas máquinas se utilizan ampliamente en toda la industria minera. A menudo controladas por el mismo método que los viejos carros, estas máquinas han ido cambiando lentamente a esquemas de control de motores más eficientes. Estas máquinas a menudo tienen dos motores eléctricos, uno que alimenta cada eje motriz, y son alimentados por un cable aéreo o un sistema de carro; Batería de CC; o ambas cosas. El voltaje de alimentación típico suele estar en el rango de 120 Vdc a 300 Vdc.

¿Qué pasaría si pudiéramos aumentar la eficiencia del control del motor, utilizando solo los requisitos de par o velocidad para una aplicación determinada y no desperdiciar energía de suministro valiosa, disminuyendo en gran medida nuestra demanda en el suministro de servicios públicos o baterías? El uso de combustibles fósiles disminuiría junto con las emisiones que resultan de la generación de esta energía eléctrica. La misma tecnología regenerativa utilizada en los automóviles híbridos más eficientes en combustible se ha utilizado durante muchos años en la industria minera. Cuando se viaja por una pendiente en un vehículo híbrido, la fuerza de frenado se puede convertir en electricidad desde un generador conectado a las ruedas del automóvil. Esta energía se puede almacenar en baterías recargables utilizadas al acelerar por medio de un motor eléctrico acoplado a las ruedas.

Empleando un moderno sistema de accionamiento de CC o CA, estas máquinas se han vuelto más eficientes con el uso de la moderna tecnología de semiconductores de transistor bipolar de puerta aislada. La capacidad de frenado regenerativo permite que estos accionamientos inverter devuelvan energía a la batería durante el frenado como lo hacen los automóviles híbridos. Otra ventaja importante del frenado regenerativo es el menor desgaste del sistema de frenos de aire. Las aplicaciones que utilizan accionamientos regenerativos incluyen locomotoras mineras, transportadores de carbón y otras máquinas.

El accionamiento de tracción de CA de servicio severo de Magnetek, el SD500™, es un ejemplo de un accionamiento inversor moderno utilizado para aplicaciones de equipos móviles en la industria minera. Está diseñado para ser utilizado en entornos subterráneos en máquinas tales como cucharas, transportadores de baterías y locomotoras. Otras aplicaciones de alto rendimiento incluyen automóviles híbridos, autobuses y equipos móviles de apoyo en tierra del aeropuerto. Con la capacidad de funcionar en modo vectorial Flux, esta unidad puede entregar hasta 240 kW de potencia máxima. Se puede conectar a un motor de imán permanente o a un motor de CA de inducción típico. Estas modernas unidades digitales tienen herramientas de diagnóstico para ayudar al personal de mantenimiento a solucionar problemas de la unidad para aumentar el tiempo de actividad.

Los controles modernos de los motores eléctricos deben alimentar de manera segura y confiable las máquinas que producen el suministro de energía del país, al tiempo que conservan la energía necesaria para alimentar la máquina. Hoy en día, la industria minera del carbón está conservando activamente valiosos combustibles fósiles, no solo en las centrales eléctricas de sus clientes, sino también durante la operación minera. Para aumentar la producción de carbón al tiempo que reduce las tasas de energía, mano de obra y accidentes, la industria minera está a la vanguardia del uso de esta tecnología de accionamiento innovadora y regenerativa.