永磁變頻電動(dòng)機(jī)直驅(qū)帶式輸送機(jī)在煤礦井下的應(yīng)用研究

靳昌軍 周存燕

摘要：近幾年，永磁同步電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展迅速，對(duì)比傳統(tǒng)的液力偶合器軟啟動(dòng)方式，具有低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高、安裝簡(jiǎn)便、維護(hù)成本低等特點(diǎn)。通過在柴里煤礦帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)中的推廣應(yīng)用，大大延長(zhǎng)了膠帶輸送機(jī)使用壽命，降低了生產(chǎn)過程中的維修量，增強(qiáng)了綜掘工作面主輸送系統(tǒng)的安全性和可靠性，杜絕了因故停機(jī)不能帶載起動(dòng)的狀況，節(jié)電率高達(dá)25%，具有較高實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

Abstract： In recent years， permanent magnet synchronous motor variable frequency drive technology has developed rapidly. Compared with the traditional hydraulic coupler soft start method， it has the characteristics of low speed， high torque， simple structure， high transmission efficiency， simple installation， and low maintenance cost. Through the promotion and application in the driving of Chaili coal belt conveyor， the service life of the belt conveyor has been greatly extended， the maintenance volume in the production process has been reduced， and the safety and reliability of the main transportation system for the comprehensive excavation face have been enhanced. It puts an end to some reason stop can not carry the condition of starting， save power rate is as high as 25%， has the high practical application value and the application foreground.

關(guān)鍵詞：煤礦；帶式輸送機(jī)；永磁同步；驅(qū)動(dòng)；電機(jī)

Key words： coal mine；belt conveyor；permanent magnet synchronization；driver；electric motor

中圖分類號(hào)：TD528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）31-0178-02

1 背景

帶式輸送機(jī)是煤礦安全生產(chǎn)中的重要運(yùn)輸設(shè)備，承擔(dān)從采煤工作面到主井煤倉(cāng)到洗煤廠等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的煤炭運(yùn)輸任務(wù)。帶式輸送機(jī)在拖動(dòng)運(yùn)行過程中，如果直接啟動(dòng)，瞬間啟動(dòng)力矩高，容易對(duì)電動(dòng)機(jī)和輸送帶接頭及機(jī)械部件造成強(qiáng)烈的沖擊，為了避免過高的起動(dòng)力矩造成的不良影響，因此在帶式輸送機(jī)拖動(dòng)控制中引入了軟啟動(dòng)技術(shù)。所謂軟啟動(dòng)，是指動(dòng)力輸出裝置在滿載，保持足夠的起動(dòng)時(shí)間，起動(dòng)加速度保持在設(shè)定的范圍內(nèi)，并且能夠克服系統(tǒng)的慣性，按照要求平穩(wěn)地起動(dòng)或停車。目前在柴里煤礦普遍應(yīng)用的啟動(dòng)方式為液力偶合器軟啟動(dòng)方式，通過在電機(jī)與減速器之間安裝液力偶合器實(shí)現(xiàn)。

2 液力偶合器軟啟動(dòng)方式在煤礦應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

液力偶合器軟啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式目前普遍應(yīng)用于柴里煤礦掘進(jìn)施工過程中具有以下優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1 優(yōu)點(diǎn)

①對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，可以在煤礦井下特定的環(huán)境下工作。②故障率低，使用壽命長(zhǎng)。③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)簡(jiǎn)便，不需要特別復(fù)雜的技術(shù)，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低。④性能價(jià)格比高，價(jià)格低廉。

2.2 缺點(diǎn)

①啟動(dòng)過程不能控制。②停機(jī)不能帶載起動(dòng)。

3 永磁同步電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用狀況

近年來，隨著電力電子技術(shù)快速發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)得以迅速的推廣應(yīng)用。與傳統(tǒng)的電勵(lì)磁同步電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)具有損耗少、效率高、節(jié)電效果、電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活、可靠性高、體積小功率密度大等明顯的優(yōu)點(diǎn)。在一些地面廠礦應(yīng)用逐漸增多，已逐步取代交流異步電機(jī)，作為一種新型節(jié)能電機(jī)，在煤礦井下也逐步開始應(yīng)用。永磁同步電動(dòng)機(jī)以永磁體提供勵(lì)磁，使電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，降低了加工和裝配費(fèi)用，且省去了容易出問題的集電環(huán)和電刷，提高了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性；又因無需勵(lì)磁電流，沒有勵(lì)磁損耗，提高了電動(dòng)機(jī)的效率和功率密度，因而它是近幾年研究較多并在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛的一種電動(dòng)機(jī)。

永磁同步電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，是由永磁同步電機(jī)和專用變頻控制系統(tǒng)組成。在永磁同步電機(jī)上安裝高精度速度傳感器，傳感器將速度和轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置信號(hào)，實(shí)時(shí)傳送到變頻控制器中。在控制策略上，采用變頻器控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)的電機(jī)磁極運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，施加矢量電流控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩精準(zhǔn)控制。實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟停車、帶載啟動(dòng)、多驅(qū)功率平衡等功能操作。

4 永磁變頻皮帶機(jī)機(jī)頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

根據(jù)永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)了新型機(jī)頭傳動(dòng)裝置，該傳動(dòng)裝置主要組合方箱式機(jī)頭架、分體式底盤、主傳動(dòng)滾筒、卸載滾筒、TBVF永磁變頻電動(dòng)機(jī)及配套BPJ變頻器組成。

組合方箱式結(jié)構(gòu)，方便主傳動(dòng)滾筒拆裝；電動(dòng)機(jī)和滾筒設(shè)計(jì)采用同一底盤，給電動(dòng)機(jī)找正安裝帶來了方便；電動(dòng)機(jī)和主傳動(dòng)滾筒連接采用內(nèi)外齒聯(lián)軸器減少橫向安裝空間。

5 永磁變頻電動(dòng)機(jī)直驅(qū)帶式輸送機(jī)介紹

5.1 提高效率，節(jié)約能源

永磁直驅(qū)系統(tǒng)傳動(dòng)效率在94%以上，原有異步電動(dòng)機(jī)+液力耦合器+減速機(jī)傳動(dòng)效率在76%以下，效率提高了18%以上，大大節(jié)約了電能。

5.2 啟動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)行噪音低，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)

永磁變頻電動(dòng)機(jī)直驅(qū)帶式輸送機(jī)的變頻器可以根據(jù)負(fù)載情況的變化，通過調(diào)整變頻輸出頻率，皮帶機(jī)可實(shí)現(xiàn)從0到額定速度之間無極調(diào)速，滿足特殊運(yùn)行情況下的需要，使啟動(dòng)過程平滑穩(wěn)定，沒有機(jī)械沖擊。

5.3 降低了設(shè)備的維護(hù)量

由于采用直接驅(qū)動(dòng)方式，省去了對(duì)液力偶合器、減速器和齒輪的維護(hù)，在實(shí)際應(yīng)用中無需更換齒輪油，檢修減速箱，節(jié)約了使用成本，減低了維護(hù)工作量，實(shí)現(xiàn)了真正的免維護(hù)。

5.4 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)

傳統(tǒng)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩通常是額定轉(zhuǎn)矩的55%，沒辦法實(shí)現(xiàn)滿載啟動(dòng)。與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)所使用的永磁直驅(qū)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩的22%，因此當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)需要滿載或過載啟動(dòng)時(shí)，就能直接啟動(dòng)，不需要人工再把物料卸載，極大地減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率，也避免由于堵轉(zhuǎn)、過載等造成的電機(jī)損壞，保護(hù)了設(shè)備的正常運(yùn)行。

5.5 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)智能化

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能化，是采用PLC智能控制，運(yùn)用無傳感器矢量控制技術(shù)（SVC）變頻啟動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)傳動(dòng)的緩慢勻速啟動(dòng)。勻速啟動(dòng)避免了電機(jī)瞬間啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)也避免了轉(zhuǎn)矩波動(dòng)給傳動(dòng)系統(tǒng)帶來的機(jī)械沖擊，因此降低了系統(tǒng)的電網(wǎng)故障和機(jī)械故障。同時(shí)該系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，支持RS485等多種通訊協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備集中控制運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)無人值守、遠(yuǎn)程控制、在線監(jiān)控、故障診斷。

6 推廣應(yīng)用價(jià)值

永磁變頻電動(dòng)機(jī)直驅(qū)帶式輸送機(jī)，目前已正式用于柴里煤礦掘進(jìn)三區(qū)23下306運(yùn)輸巷跟機(jī)膠帶輸送機(jī)上，通過在現(xiàn)場(chǎng)的安裝應(yīng)用，使用效果非常好。其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，尤其適合煤礦井下膠帶輸送機(jī)的重載起動(dòng)，大大減輕了現(xiàn)場(chǎng)職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高運(yùn)行效率，具有較高實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

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