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Le ventilateur principal est souvent considéré comme les « poumons » d’une mine souterraine, et son fonctionnement continu et stable est directement lié à la sécurité du personnel souterrain.
Dans une mine de charbon du Shandong, en Chine, le VFD à commande vectorielle FD300 haute performance de FGI a été déployé pour alimenter le système principal de ventilation. La solution permet un contrôle synchronisé de la vitesse des deux moteurs dans chaque ventilateur en rotation inverse, permettant un réglage dynamique de la ventilation selon les différentes conditions de minage. Parallèlement, une configuration redondante de ventilateurs avec commutation automatique améliore la fiabilité du système, tandis que le fonctionnement à fréquence variable améliore l’efficacité énergétique et simplifie l’exploitation et la maintenance.
Une mine de charbon dans le Shandong exploite deux ensembles de ventilateurs principaux anti-explosion FBCDZN20-2×90 à rotation inverse. Chaque ventilateur est équipé de deux moteurs YBF2-315L1-8 à l’épreuve des explosions, chaque moteur étant évalué à 90 kW et 660 V. La vitesse nominale du ventilateur est de 740 tr/min, avec une plage de fonctionnement à fréquence variable de 30 à 50 Hz.
Le système de ventilation est responsable du maintien d’un flux d’air fiable dans toute la mine et constitue donc une partie essentielle de l’infrastructure globale de sécurité de la mine.
En tant que charge critique de classe I, le système principal de ventilation nécessite un fonctionnement continu, une alimentation électrique redondante et une capacité de commutation rapide en cas de panne d’équipement.
Dans les méthodes de fonctionnement conventionnelles, les systèmes de ventilation peuvent dépendre de la régulation du débit d’air par amortisseur. Cela peut entraîner des pertes d’énergie considérables, un courant de démarrage élevé et un impact mécanique lors du démarrage du moteur, ainsi qu’une augmentation des besoins en maintenance des équipements.
Pour relever ces défis, le projet a adopté le VFD à contrôle vectoriel haute performance FD300 de FGI pour le système principal d’entraînement du ventilateur de ventilation. La rétrofit permet un contrôle synchronisé à fréquence variable des deux moteurs et intègre une stratégie de commutation automatique et redondante entre les deux ensembles de ventilateurs de ventilation.
En cas de panne majeure, le ventilateur de secours peut être automatiquement démarré et mis en marche. L’ensemble du système est également connecté à la plateforme principale de surveillance des ventilateurs de la mine, permettant la surveillance à distance, les alarmes de panne et la commutation redondante des ventilateurs pour aider à maintenir une ventilation sûre et fiable.
| Objet | Paramètres |
|---|---|
| Modèle de ventilateur | FBCDZN20-2×90 |
| Modèle moteur | YBF2-315L1-8 Moteur anti-explosion |
| Puissance à moteur unique | 90kW |
| Tension nominale | 660V |
| Vitesse nominale | 740r/min |
| Champ de fonctionnement du VFD | 30-50Hz |
| Plage de volume d’air | 23-68 m³/s |
| Plage de pression statique | 200-2170Pa |
Tableau des paramètres de base des équipements sur site
Exigences élevées en matière de sécurité et de fiabilité
Le système principal de ventilation ne supporte pas de longues interruptions. Une configuration redondante est donc nécessaire, avec un ventilateur en marche et l’autre en veille. En cas de panne, le système de veille doit être mis en service rapidement afin de maintenir une ventilation ininterrompue.
Fonctionnement synchronisé de deux moteurs en sens inverse
Chaque ventilateur se compose de deux étages entraînés par un moteur. Les deux moteurs doivent fonctionner à des fréquences synchronisées et à des vitesses adaptées pour maintenir une sortie équilibrée de l’hélice et éviter des vibrations, du bruit et des contraintes mécaniques excessives.
Exigences de ventilation dynamique
Les activités minières et d’excavation évoluent continuellement dans toute la mine. Le débit d’air et la pression doivent donc être ajustés selon les différentes conditions de fonctionnement.
Comparé à la régulation basée sur les amortisseurs, le contrôle de vitesse à fréquence variable permet une régulation du débit d’air plus fluide et plus précise tout en réduisant la consommation d’énergie inutile.
Intégration avec le Système de Surveillance des Mines
Le système VFD doit communiquer avec la principale plateforme de surveillance des ventilateurs de la mine et transmettre des paramètres de fonctionnement tels que la fréquence, le courant, la tension et les codes de panne.
Cela permet à la fois une surveillance locale et distante et fournit aux opérateurs des informations en temps opportun sur l’état du système.
Environnement de fonctionnement difficile
La salle de ventilation est sujette à d’importantes variations de poussière et de température. Le système VFD doit donc fournir une protection fiable contre la poussière, la dissipation de chaleur et une résistance aux interférences électromagnétiques pour assurer un fonctionnement stable dans des conditions exigeantes sur le site minier.
Le projet utilise quatre VFD FGI FD300, entraînant indépendamment les moteurs anti-explosion des deux principaux ventilateurs de ventilation des premier et deuxième étage.
Les principales caractéristiques de la solution incluent :
Double VFD pour entraînement synchronisé à double moteur
Deux VFD fournissent une sortie synchronisée en fréquence aux deux moteurs de chaque ventilateur en rotation opposée, maintenant des vitesses moteur correspondantes tout au long de la plage de fonctionnement.
Le système supporte la plage de fréquences variables de 30 à 50 Hz du ventilateur, permettant un réglage flexible du débit d’air selon les besoins de ventilation de la mine.
Configuration redondante du ventilateur principal
Les deux principaux systèmes de ventilation sont électriquement et mécaniquement indépendants, et chacun peut fonctionner à pleine charge pour répondre aux besoins de ventilation de la mine.
Dans des conditions normales, un ventilateur fonctionne tandis que l’autre reste en veille.
Si le ventilateur de fonctionnement présente une panne majeure et atteint le seuil d’arrêt prédéfini, le système de surveillance initie automatiquement la séquence de commutation. Le ventilateur de fonctionnement est arrêté et sa sortie VFD est déconnectée, tandis que le ventilateur de veille reçoit la commande de démarrage.
Les VFD de premier et deuxième étage du ventilateur de veille montent alors simultanément à la fréquence cible et prennent automatiquement le relais.
Cette architecture redondante améliore considérablement la disponibilité des systèmes de ventilation et soutient les exigences de sécurité de la mine pour les équipements critiques du ventilateur principal.
Intégration transparente avec la plateforme de surveillance
Les VFD transmettent des données de fonctionnement en temps réel — y compris la fréquence de sortie, le courant de sortie, la tension de sortie et les codes de panne — au système principal de surveillance des ventilateurs.
L’état de l’équipement peut être affiché sur l’écran tactile local, tandis que des conditions de fonctionnement anormales déclenchent des alarmes automatiques pour aider les opérateurs à réagir rapidement.
Conçu pour des environnements miniers exigeants
Les armoires VFD offrent une protection renforcée contre la poussière et une dissipation de la chaleur pour s’adapter aux environnements poussiéreux des salles de mine.
Des fonctions de protection complètes — incluant les surcourants, les surtensions, les surcharges, les surchauffes et la protection contre les défauts de terre — contribuent à protéger le système de transmission dans des conditions de fonctionnement anormales.
Modes de fonctionnement flexibles
Le système prend en charge trois modes de fonctionnement :
Fonctionnement local du panneau VFD
Fonctionnement local de l’armoire de contrôle
Télécommande via l’ordinateur de supervision
Cela offre une plus grande flexibilité pour différents scénarios d’exploitation et de maintenance.
Après sa mise en service, le système a maintenu un fonctionnement stable dans des conditions réelles de site minier.
Une condition de fonctionnement représentative était enregistrée avec la fréquence de sortie du VFD à 48 Hz. Le courant moteur du premier étage était de 130,19 A, tandis que celui du second étage était de 141,30 A, avec une tension de sortie maintenue à environ 372–373 V.
Dans ces conditions de fonctionnement, le ventilateur atteignait un débit d’air réel de 51,73 m³/s et une pression statique de 1 000,25 Pa.
La température de l’enroulement du moteur, la température des roulements et les valeurs de vibration sont toutes restées dans la plage de sécurité autorisée.
Sécurité et fiabilité accrues
La combinaison de la technologie de transmission à double VFD et d’une architecture à double ventilateur redondante offre une base fiable pour une ventilation continue de la mine.
Des fonctions de protection complètes et une surveillance des pannes permettent de détecter et signaler rapidement des conditions anormales, permettant au personnel de maintenance de réagir rapidement et réduisant le risque d’interruptions inattendues.
Les caractéristiques de démarrage en douceur du VFD éliminent également le courant de démarrage élevé associé au démarrage direct en ligne, réduisant ainsi la contrainte électrique sur le réseau et l’impact mécanique sur l’impulseur du ventilateur.
Cela permet de prolonger la durée de vie des moteurs et de l’équipement de ventilation.
Exploitation et maintenance améliorées
Les données de fonctionnement sont transmises à la plateforme de surveillance et affichées sur l’écran de contrôle, permettant une exploitation et une maintenance visualisées sans nécessiter de lecture manuelle des compteurs.
Lorsqu’une panne survient, les opérateurs peuvent rapidement identifier l’équipement et l’état de fonctionnement pertinents, ce qui aide à réduire le temps de dépannage.
Parallèlement, un contrôle fluide à fréquence variable permet un ajustement continu du débit d’air et de la pression, permettant au système de ventilation de répondre rapidement aux besoins changeants selon les différentes étapes d’extraction et d’excavation.
| Élément de suivi | Moteur principal | Moteur secondaire |
|---|---|---|
| Fréquence de fonctionnement | 48,00Hz | 48,00Hz |
| Courant de fonctionnement | 130.19A | 141,30A |
| Tension de sortie | 372,00V | 373,00V |
| Température des enroulements du moteur | 92-93°C | 97-99°C |
| Vibration horizontale | 0,30 mm/s | 0,35 mm/s |
| Volume d’air en temps réel du ventilateur | 51,73 m³/s | |
| Pression statique du ventilateur | 1000,25Pa |
Tableau des données opérationnelles typiques sur site
En tant que système de sécurité critique dans l’exploitation minière souterraine, le ventilateur principal nécessite un système d’entraînement très fiable, réactif et capable d’un fonctionnement continu.
Dans cette mine de charbon du Shandong, le VFD FD300 de FGI a été déployé avec succès pour répondre aux exigences de fonctionnement synchronisé des ventilateurs à double moteur à rotation opposée. La solution combine un contrôle synchronisé à fréquence variable, une commutation redondante des ventilateurs, une protection complète et une surveillance numérique pour soutenir une ventilation plus sûre et plus efficace.
Le projet démontre comment la technologie avancée de transmission à fréquence variable peut aider les opérateurs miniers à améliorer la sécurité opérationnelle, l’efficacité énergétique et l’efficacité de la maintenance en même temps.
À l’avenir, FGI continuera de développer des solutions à entraînement à fréquence variable pour les équipements miniers critiques — y compris les ventilateurs principaux, les pals, les pompes et autres systèmes auxiliaires — afin de soutenir l’industrie minière dans la réalisation d’opérations plus sûres, plus efficaces et plus durables.
