永磁直驅(qū)皮帶機系統(tǒng)關鍵技術的研究

許赟莉，朱殿瑞

（1.山西煤炭運銷集團 陽泉有限公司，山西 陽泉 045000；2.太原重工 軋鋼設備分公司 軋鋼廠，山西太原 030024）

1 永磁直驅(qū)系統(tǒng)簡介

永磁直驅(qū)皮帶機系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，它由永磁同步電機、永磁同步變頻器和皮帶機機頭組成，與傳統(tǒng)帶式輸送機系統(tǒng)相比去掉了減速機、液力耦合器和同步齒輪，具有高效、節(jié)能、低噪聲、免維護、啟動轉(zhuǎn)矩大、運行平穩(wěn)等特點。其中的永磁電動機達到國家一級能耗標準，具有高極數(shù)、可輸出較大轉(zhuǎn)矩的特點，因此無需減速器就可直接驅(qū)動傳動滾筒；變頻器可實現(xiàn)整個系統(tǒng)的軟啟動和多驅(qū)動電機間的功率平衡。該系統(tǒng)目前已在各煤礦得以廣泛推廣使用。

永磁直驅(qū)系統(tǒng)外形如圖1所示。

2 永磁直驅(qū)系統(tǒng)結構組成及各部件的作用

永磁直驅(qū)系統(tǒng)由皮帶機機頭架、電機連接法蘭、永磁直驅(qū)電機等組成，如圖2所示，其各部件作用如下：

（1）皮帶機機頭架：承載皮帶，并驅(qū)動皮帶進行直線運動。

（2）電機連接法蘭：承擔永磁直驅(qū)電機與皮帶機機頭架之間的連接作用，保證電機軸伸端與皮帶機滾筒軸的同心度。

（3）永磁直驅(qū)電機：將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，在變頻器的配合下直接輸出與皮帶機帶速相吻合的轉(zhuǎn)速，無需減速器和液力耦合器，直接驅(qū)動皮帶機，不但效率提高，而且實現(xiàn)了真正意義上的免維護。

3 永磁系統(tǒng)特點

永磁直驅(qū)皮帶機系統(tǒng)還具有以下特點和優(yōu)勢：

（1）豐富的通訊功能。可支持CAN、RS485、ProfBUS DP等多種通信接口的接入，可實現(xiàn)與上位機通訊，實現(xiàn)多臺設備集中控制運行，可將運行數(shù)據(jù)傳送至地面調(diào)度室進行在線監(jiān)測 。

（2）歷史數(shù)據(jù)存儲。可保存最近一年的運行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可導出為Excel格式文件，可通過華鑫開發(fā)的軟件轉(zhuǎn)化為圖形模式，便于了解皮帶機歷史工作情況。

（3）降低系統(tǒng)變壓器容量。永磁直驅(qū)帶式輸送機系統(tǒng)采用變頻器驅(qū)動，具有很高的功率因素，與原系統(tǒng)相比可降低變壓器的容量。

（4）縮小變壓器的體積。由于變頻器采用交直交技術，因此給變頻器供電可采用高頻電源，從而可大大縮小變壓器的體積。

圖1 永磁直驅(qū)系統(tǒng)外形圖

圖2 永磁直驅(qū)皮帶機系統(tǒng)示意圖

4 使用反饋及改進措施

4.1 礦山使用反饋

經(jīng)礦上使用后，反饋其優(yōu)點是：①皮帶機慢速啟動，不撒煤，減少了工人工作量；②振動小，運行平穩(wěn)，減少了聯(lián)軸器、減速器、同步齒輪的安裝，其維護量小，維修費用每年可節(jié)約3萬元～5萬元；③節(jié)電效果明顯，每年可省電費近10萬元。

缺點是：①皮帶機拉力沒有原皮帶機的大，運輸距離短；②電機體積大，占用空間大，井下安裝運輸不便；③系統(tǒng)供電現(xiàn)為660V，而礦上供電多為1 140V；④變頻開關對供電系統(tǒng)造成一定的干擾；⑤變頻皮帶機在運行期間容易偷停；⑥電機軸頭強度易出現(xiàn)問題；⑦皮帶機張緊力度不夠。

4.2 電機退磁問題的改進措施

傳統(tǒng)皮帶系統(tǒng)電機轉(zhuǎn)子結構及永磁體布置見圖3，改進后的永磁直驅(qū)系統(tǒng)電機轉(zhuǎn)子結構及永磁體布置見圖4。

圖3 原電機轉(zhuǎn)子結構及永磁體布置圖

圖4 改進后電機轉(zhuǎn)子結構及 永磁體布置圖

永磁電機運行時受到的退磁磁場強度是反復變化的。圖5（a）為改進前用普通材料制作的永磁體的回復線與退磁曲線，圖5（b）為改進后用燒結NdFeB永磁材料制作的永磁體的回復線與退磁曲線。圖5中，橫坐標H為磁場強度，縱坐標B為磁通量密度。

圖5 回復線與退磁曲線

在圖5（a）中，當對已充磁的永磁體施加退磁磁場強度時，磁通密度沿圖中的退磁曲線BrP下降，如果在下降到P點時消去外加退磁磁場，則磁通密度并不沿退磁曲線恢復，而是沿著另一近似直線PR曲線上升；若再施加退磁磁場強度，則磁通密度同樣沿著新的近似直線PR曲線下降，該直線稱為回復線。就是說，具有類似圖5（a）所示退磁曲線的永磁體，在施加退磁磁場后，磁性能不可恢復。

改進后的永磁體采用燒結NdFeB永磁材料，在常溫或者較低溫度下，其退磁曲線為一直線。但在溫度較高的情況下，退磁曲線的上半部分為直線，下半部分開始拐彎，開始拐彎的點稱為拐點（又稱為膝點）。當永磁體工作點高于拐點k時，回復線與退磁曲線的直線段重合，永磁體性能可恢復，見圖5（b）。若永磁體工作點低于拐點k時，新的回復線RP不再與退磁曲線重合，同樣會造成永磁體的性能不穩(wěn)定。因此，若要保證永磁體退磁現(xiàn)象不在永磁電機中發(fā)生，可采取降低拐點k，并確保永磁體的工作點永遠高于拐點。

5 結語

改進后系統(tǒng)已應用于上社煤礦9204掘進工作面，結果表明該設備具有高效、節(jié)能、低噪聲、免維護、輸出轉(zhuǎn)矩大、啟動平穩(wěn)、恒轉(zhuǎn)矩控制等優(yōu)點。

［1］ 于學謙.礦山運輸機械［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1993.

［2］ 武興華.礦用帶式輸送機電機系統(tǒng)節(jié)能技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.煤礦機械，2011（12）：1－2.

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［4］ 牛玉卉.變頻技術在煤礦的應用及節(jié)能效果研究［J］.山西科技，2009（6）：148－149.