永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)在皮帶機的應(yīng)用

賀志偉

(山西焦煤集團 技師學(xué)院，山西 汾西 032000)

目前，傳統(tǒng)的皮帶運輸系統(tǒng)是采用異步電動機+液力耦合器+減速器來傳遞動力，存在“大馬拉小車”、傳動效率低、電氣機械分離、產(chǎn)品整合度低等問題，而永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)取消了減速器和聯(lián)軸器，采用直驅(qū)方式，傳動效率可達95%以上。直驅(qū)系統(tǒng)改變了機械裝備的傳統(tǒng)模式，簡化了制造模式，提高了驅(qū)動效率，并降低維護成本，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)煤礦、水泥、鐵礦石等皮帶運輸系統(tǒng)。這種集智能、高效、節(jié)能于一體的高科技產(chǎn)品，與傳統(tǒng)異步電動機驅(qū)動系統(tǒng)相比較，平均效率提高了10%～30%，綜合節(jié)能達到國際領(lǐng)先水平。

汾西集團賀西礦皮帶運輸大巷皮帶機全長2 100 m，帶速2.5 m/s, 帶寬1 m，皮帶機總功率2×220 kW，存在故障多、傳動效率低等問題，使用舜華電氣(昆山)有限公司生產(chǎn)的永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)進行改造后，低速運行，基本實現(xiàn)免維護，可靠性高。

1 技術(shù)方案

拆除原來皮帶機的電機、液力耦合器、減速器、滾筒等，更換成永磁變頻直驅(qū)動力系統(tǒng)。

1.1 永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)由以下幾個部分組成：變頻器、永磁同步電動機、專用控制器等。其核心部件為永磁同步電機，該電機輸出扭矩大、轉(zhuǎn)速低，并且啟動過程比較平穩(wěn)，恒轉(zhuǎn)矩控制，該電機的轉(zhuǎn)速設(shè)計值在65～115 r/min，主要根據(jù)運行的實際工況來定。專用控制器主要是由使用的變頻器所決定。

1.2 永磁電機的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

定子結(jié)構(gòu)：定子繞組一般情況下，采用非常規(guī)的繞組，可以充分抑制磁動勢產(chǎn)生的空間諧波，使得產(chǎn)生的諧波與正弦曲線相類似，以此提高電動機的性能和功率。

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中最重要的部分就是轉(zhuǎn)子永磁體的材料，該永磁體所采用的材料為內(nèi)置式結(jié)構(gòu)的釹鐵硼材料，原因在于永磁體無需面對氣隙，主要受到的磁場力很小，有利于提高轉(zhuǎn)子的抗磁能力。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)示意圖見圖1.

圖1 內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 專用控制器

永磁電機的控制策略采用矢量控制策略，采用矢量控制算法結(jié)合SVPWM技術(shù)實現(xiàn)對電機的精確控制，通過改變電機定子電壓頻率即可實現(xiàn)調(diào)速，為防止失步，采用自控方式，利用轉(zhuǎn)子位置檢測信號控制逆變器輸出電流頻率，同時轉(zhuǎn)子位置檢測信號作為同步電機的啟動以及實現(xiàn)位置伺服功能的組成部分。

2 直驅(qū)系統(tǒng)的主要特點

該系統(tǒng)泵采用先進的矢量控制技術(shù)，起動平穩(wěn)，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，動態(tài)響應(yīng)快，可實現(xiàn)重載啟動。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1) 免維護、頻繁重載啟停、低噪音、恒轉(zhuǎn)矩控制。

2) 具有節(jié)能減排作用，節(jié)電率達到30%左右。

3) 去除了減速機、軟起動裝置，使傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，效率提高，噪音降低，安裝方便，且系統(tǒng)基本無需再維護。

4) 額定轉(zhuǎn)速內(nèi)可以保持恒定轉(zhuǎn)矩，做到給定曲線與運行曲線的重合。

5) 先進的強大的通訊功能，可實現(xiàn)幾臺控制設(shè)備同時運行，并且真正實現(xiàn)智能化控制。

3 節(jié)能效果對比

舜華電氣有限公司生產(chǎn)的400 kW永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)已于2016年9月應(yīng)用于汾西礦業(yè)集團賀西礦。永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)與原異步電機驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)對比見表1.表1中數(shù)據(jù)按照皮帶機每年300個工作日，每天運行16 h，電價1元/kWh計算。

由表1可以看出，永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)的節(jié)能效果非常明顯，能耗小，安全可靠且維護費用低，每年可節(jié)省費用37.52萬元。永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，噪音低，傳動效率高，免維護，易實現(xiàn)智能化等，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

表1 永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)與異步電機驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)對比表

4 應(yīng)用效果

該礦皮帶機改用永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)后，驅(qū)動部分故障率基本為零。使用永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)后，系統(tǒng)運行正常，除正常加潤滑油外，沒有進行任何其它額外投入，帶載直接啟動，運行電流120.7 A，原系統(tǒng)運行電流158.2 A.

5 結(jié)束語

永磁直驅(qū)動力系統(tǒng)的應(yīng)用可以較大幅度降低能耗，提高資源使用效率，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括航空航天等軍事工程領(lǐng)域，風機、水泵、壓縮機、電梯等工業(yè)應(yīng)用，鋼鐵、煤炭、化工、水泥的加工運輸，電動汽車、鐵路運輸、工程車，以及石油勘探、石油開采、地質(zhì)勘探等。