Sử dụng biến tần trong băng tải đảm bảo vận hành tin cậy, giảm chi phí bảo dưỡng và tiết kiệm năng lượng tiêu thụ. Bài viết dưới đây của PEKKA PULKKI, ABB OY, Phần Lan sẽ đề cập chi tiết đến những lợi ích khi sử dụng biến tần.
Băng tải được sử dụng rộng rãi trong nhiều khâu của quá trình khai thác mỏ, thường dùng trong những điều kiện đòi hỏi khắt khe, với các sự cố thường gặp là băng tải có thể bị giãn, bị trượt hoặc bị đứt gãy. Băng tải hoạt động liên tục sẽ bị hao mòn, trở nên kém tin cậy và có thể bị sự cố. Với những ngành công nghiệp yêu cầu cao về sự liên tục trong hoạt động sản xuất thì sự cố trên băng tải sẽ gây thiệt hại không nhỏ.
Biến tần giúp bảo vệ băng tải và thiết bị cơ khí bằng cách kiểm soát chính xác vận tốc và momen động cơ, kéo dài thời gian hoạt động của băng tải và giảm thiểu chi phí vận hành và bảo dưỡng. Đồng thời, nếu một mối nối của băng tải cần sửa chữa, biến tần sẽ điều khiển di chuyển băng tải vào vị trí chính xác để tiện sửa chữa.
Điều khiển để hoạt động của băng tải ổn định hơn
Hệ truyền động băng tải có momen khởi động rất lớn. Momen khởi động lớn dẫn đến dễ làm hỏng các thiết bị cơ khí và quá tải nguồn cấp điện. Đặc biệt trên những băng tải dài, tải khởi động lại càng cao bởi có nhiều vật liệu trên băng tải hơn. Khi đó quá trình khởi động đòi hỏi momen khởi động và dòng điện khởi động cao hơn. Bộ khởi động mềm có thể được sử dụng để giảm dòng điện khởi động, nhưng cũng làm giảm momen khởi động. Nếu momen khới động không đủ lớn để thắng quán tính của băng tải thì băng tải sẽ không khởi động được.
Biến tần có thể tạo momen khởi động cao nhưng vẫn đảm bảo dòng điện khởi động trong giới hạn cho phép của lưới, dòng điện khởi động không bị tăng quá cao và điện áp lưới cũng không bị sụt trong quá trình khởi động. Ngoài ra, biến tần còn có thể điều chỉnh hệ số công suất luôn ở một giá trị ổn định do đó góp phần giữ ổn định lưới điện. Với lưới điện ổn định hơn, tất cả thiết bị điện trong nhà máy vận hành tin cậy hơn, nâng cao năng suất và giảm hỏng hóc. Băng tải khởi động trơn với momen được điều khiển phù hợp cũng làm giảm bớt sự cố căng và trượt của băng tải.
Bên cạnh việc giảm thiểu sự cố vận hành của băng tải, biến tần mang lại vận hành hiệu quả bằng cách điều khiển trơn và chính xác tốc độ động cơ băng tải, cho phép điều chỉnh tốc độ băng tải phù hợp với yêu cầu quy trình sản xuất. Biến tần cũng có thể được kết nối với hệ thống tự động của nhà máy, để giám sát lượng tải, vận tốc từ đó tính toán tổng lượng hàng tải.
Nếu các điều kiện cơ khí cho phép thì biến tần có thể giúp tăng tốc độ động cơ theo yêu cầu. Với các ứng dụng khác đòi hỏi bien tan điều khiển động cơ chạy dưới tốc độ định mức thì sẽ nảy sinh vấn đề về làm mát động cơ nếu sử dụng loại động cơ tự làm mát. Với các ứng dụng như vậy thì sử dụng động cơ làm mát cưỡng bức là tốt hơn cả.
Tiết kiệm năng lượng
Năng lượng được tiết kiệm khi chạy động cơ ở tốc độ thấp theo yêu cầu của tải và tiết kiệm nhờ bỏ thiết bị bù công suất phản kháng.
Hơn nữa trong trường hợp băng tải có nhiều đoạn chạy dốc xuống, cơ năng của băng tải có thể chuyển hóa thành năng lượng điện để trả về lưới với biến tần hãm tái sinh. Sử dụng biến tần, băng tải có khả năng chạy trơn tru trên toàn quãng đường tải hàng, không bị ảnh hưởng bởi hình dáng, độ cong của quãng đường. Năng lượng cơ khi băng tải chạy trên các đoạn dốc xuống có thể trả về lưới với biến tần hãm tái sinh. Ngoài ra năng lượng cơ này cũng có thể được tận dụng với hệ thống biến tần kép multidrives, khi đó một biến tần điều kiển nhiều động cơ cùng một lúc. Biến tần multidrives sử dụng chung đường DC bus. Khi đó năng lượng cơ phát ra từ động cơ đang ở chế độ máy phát (chạy băng tải đoạn xuống dốc) sẽ được sử dụng để chạy động cơ khác đang chạy ở chế độ động cơ.
Việc sử dụng biến tần ABB công nghiệp với hệ điều khiển DTC còn đem lại một lợi ích khác đó là cho phép các động cơ chia tải. Các động cơ có thể chia tải sẽ không phải hoạt động với tải nặng nề do vậy động cơ ít bị quá nhiệt, bị hỏng và quá trình tải vật liệu sẽ ít bị gián đoạn hơn.
DTC cũng phát hiện ra khi nào tải trên băng chuyền tăng lên đột ngột, momen yêu cầu tăng đột ngột. Nhờ đó phát nhanh những thay đổi này biến tần có thể phản ứng ngay lập tức. Một biến tần với hệ thống điều khiển khác có thể sẽ dừng trong các tình huống này.
Biến tần cho băng tải dài
Midland Quarry Pruducts tại Leicester, Anh Quốc, có một trong những băng tải khai thác đá dài nhất với tốc độ vận hành biến đổi tại Old Cliffe Hill. Băng tải dài hơn 1.5 km và vận chuyển đá hoa cương từ mỏ đá, qua 713m đường hầm dưới lòng đất, trước khi vận chuyển lên nhà máy xử lý thứ cấp.
Trước khi được vận chuyển, đá được nghiền bởi máy nghiền xoay tròn chạy bằng động cơ 450kW, 3.3kV. Hệ thống băng tải bao gốm 6 đoạn băng tải riêng lẻ, mỗi băng tải rộng 1600mm và chiều dài khác nhau. Phần xử lý sơ cấp đá hoa cương khai thác (nghiền +băng tải) hoạt động với công suất 2500 tấn/giờ và là phần chính của toàn quá trình xử lý. Vận tốc của băng tải đá được điều khiển bởi biến tần công nghiệp ABB. Một băng tải đầu tiên dùng 2 biến tần 200kW; 3 băng tải dùng 1 biến tần 200kW; và băng tải cuối cùng dùng biến tần 132kW.
Hai biến tần được dùng trong băng tải đầu tiên sử dụng phần mềm master-follower, bảo đảm rằng 1 biến tần nắm quyền điều khiển và biến tần còn lại hoạt động theo. Điều này hạn chế các động cơ hoạt động không đồng bộ với nhau dẫn đến hỏng băng tải.
Băng tải với biến tần dừng khi đưa đá hoa cương lên băng tải, sau đó biến tần khởi động động cơ nhẹ nhàng, đưa băng tải dần dần trở lại vận tốc hoạt động. Nếu không có biến tần, động cơ có thể bị quá tải và bị cháy hỏng.
Sử dụng biến tần giúp kiểm soát chính xác tốc độ và vị trí băng tải để vận chuyển các tảng đá vào đúng kho đá.
Đơn giản hoá thiết kế
Biến tần giúp đơn giản hoá thiết kế hệ thống băng tải, giảm được chi phí đầu tư và bảo dưỡng. Với vận tốc động cơ được điều chỉnh theo ứng dụng, ta có thể sử dụng hộp truyền động loại đơn giản hơn trong hệ thống băng tải. Trong một số trường hợp, có thể bỏ hoàn toàn hộp truyền động, tăng hiệu suất hệ thống băng tải. Động cơ không đồng bộ được sử dụng với ưu điểm kết cấu bền, chi phí bảo dưỡng thấp.
Quá trình truyền động được điều khiển trơn tru hơn giảm được quá tải trong các khớp nối truyền động và hộp truyền động, tăng tuổi thọ của các cơ cấu này.
Biến tần cũng có thể giúp quá trình bảo dưỡng băng tải dễ dàng hơn vì cho phéo đảo chiều quay của động cơ. Biến tần cho phéo đảo chiều và dừng băng tải tại vị trí cần thiết để tiện sửa chữa. Nếu băng tải bị kẹt, biến tần có thể phát hiện ra được và dừng băng tải lại.
Bằng việc nâng cao tính ổn định, giảm bớt chi phí bảo dưỡng, điều khiển chính xác hơn, tiết kiệm năng lượng hơn, biến tần rõ ràng đã mang lại nhiều lợi ích cho băng tải nói riêng và các thiết bị ngành khai thác mỏ nói chung.