永磁直驅(qū)變頻技術(shù)用于帶式輸送機(jī)的節(jié)能探索研究

高剛

摘要：本文我們詳細(xì)闡述了永磁直驅(qū)變頻技術(shù)在帶式傳輸機(jī)的組成及相關(guān)特點(diǎn)，比較幾種不同帶式輸送機(jī)采用驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，對同一帶式輸送機(jī)變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)和異步驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行比較，最終通過計算分析了變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)節(jié)能和降耗效果。

關(guān)鍵詞：永磁直驅(qū)變頻技術(shù);帶式輸送機(jī);節(jié)能;探索;

1變頻控制技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外針對帶式傳輸機(jī)的變頻調(diào)節(jié)做了很多研究，很多是通過人工控制的，并設(shè)置相應(yīng)的員工崗位進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)分析。膠帶上煤流減少之后，能夠通過人為降低變頻頻率實(shí)現(xiàn)節(jié)能，然而這種方案無法實(shí)現(xiàn)自動化控制，而且人工進(jìn)行負(fù)荷大小判斷，所產(chǎn)生的誤差較大，無法實(shí)現(xiàn)節(jié)能化以及最大生產(chǎn)功率。此，外接觸式的側(cè)煤傳感器是通過在膠帶上方安裝小貼片，當(dāng)有煤通過時會觸發(fā)開關(guān)動作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)膠帶控制。這種方案無法確定單個接觸點(diǎn)，也無法進(jìn)行實(shí)時準(zhǔn)確的信息反應(yīng)，傳感器很容易會被損壞，使用壽命較短。因此需要采用變頻控制系統(tǒng)對負(fù)荷大小實(shí)現(xiàn)實(shí)時準(zhǔn)確檢測，并根據(jù)負(fù)荷大小進(jìn)行頻率的調(diào)整。隨著微波光技術(shù)的發(fā)展，微波光非接觸式傳感器能夠解決上述問題，變頻節(jié)能控制系統(tǒng)應(yīng)用于帶式輸送機(jī)是利用微波光技術(shù)傳感器來檢測高速旋轉(zhuǎn)輸送機(jī)煤流厚度，接收元件接收到反射信號之后，會通過模擬信號計算出相應(yīng)的厚度，在經(jīng)過回波分析過濾之后，到達(dá)微處理器算出實(shí)時厚度，通過電路輸出，進(jìn)行物料厚度的反應(yīng)，最終將這些數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)煤流起停車，基于這種情況下可以實(shí)現(xiàn)有煤的情況下開車，無煤的情況下停車的節(jié)能運(yùn)行方式。

2變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)是由永磁電機(jī)和變頻器這兩個部分組成的，電磁電動機(jī)負(fù)載是其驅(qū)動模式，能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)中電動機(jī)-耦合器-齒輪箱-負(fù)載這種復(fù)雜的驅(qū)動系統(tǒng)。新型的永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：一，安全性。由于這種永磁直驅(qū)變頻系統(tǒng)沒有設(shè)置減速系統(tǒng)傳動鏈大大降低，能夠使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中更趨穩(wěn)定性，產(chǎn)生的噪音較小，在安全性方面可靠性高，沒有設(shè)置齒輪傳動，進(jìn)而能夠有效控制機(jī)器磨成所造成的損失，延長機(jī)械的使用壽命，其使用的變頻傳動方式不會產(chǎn)生較大沖擊，能夠解決，帶式傳輸機(jī)在運(yùn)行過程中對于機(jī)械設(shè)備和傳送帶的損害。永磁電機(jī)在可控性方面性能較好，能夠解決由于遠(yuǎn)距離高運(yùn)量輸送機(jī)多驅(qū)動功率的平衡性問題，該變頻器配有濾波和電抗器裝置，能夠有效避免其他設(shè)備對機(jī)器的干擾以及給外網(wǎng)帶來的污染。在安裝方面，由于組成部件較少，因此在安裝和維護(hù)方面比較便利。二，免于維護(hù)。變頻永磁驅(qū)動系統(tǒng)沒有安裝減速系統(tǒng)以及相應(yīng)的液壓系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，因此在維護(hù)工作上難度較小，工作量少，能夠有效降低維護(hù)成本，該系統(tǒng)在工作過程中使用時間較長，停機(jī)少，因而會給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。三，智能控制。該驅(qū)動設(shè)備具備零速滿轉(zhuǎn)矩輸出的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，具備低速驗(yàn)帶的功效。采用的是DTC的轉(zhuǎn)距控制，在反應(yīng)過程中時間較短，能夠準(zhǔn)確進(jìn)行控制，便于實(shí)現(xiàn)多驅(qū)動功率的平衡。采取的是變頻控制的方式，能夠使輸送帶實(shí)現(xiàn)曲線式的啟停，根據(jù)實(shí)際工況來調(diào)整運(yùn)行速度，采取四象限運(yùn)行方式，能夠根據(jù)緊急停車以及工況制動實(shí)現(xiàn)電腦反饋。

3變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)與異步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)對比

變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)運(yùn)用于帶式傳輸機(jī)中具備以下優(yōu)勢：一，可以根據(jù)傳輸機(jī)的參數(shù)進(jìn)行啟動時間調(diào)節(jié)，能夠使傳送機(jī)按照預(yù)定速度實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，并且可以實(shí)現(xiàn)滿載啟動。在允許加速度范圍內(nèi)控制輸送機(jī)的啟動加速度，進(jìn)而能夠?qū)訌埩刂圃诤侠淼姆秶畠?nèi)。同時，這種系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)驅(qū)動功率不平衡控制，將其控制在2%的范圍內(nèi)。當(dāng)輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)滿載啟動狀態(tài)時，其啟動電流比較小，能夠有效避免外界電源所產(chǎn)生的污染，能夠?qū)崿F(xiàn)過載保護(hù)，運(yùn)行效率較高，能量消耗比較少，便于實(shí)現(xiàn)集中和智能化控制，同時該帶式輸送機(jī)體積小，所占面積也相對較小。目前我國很多帶式輸送機(jī)在驅(qū)動系統(tǒng)上有多種方式，比如變頻異步電動機(jī)耦合器減速機(jī)系統(tǒng)，CST可控起動制動系統(tǒng)，低速直連直流電機(jī)氣動系統(tǒng)等。然而近幾年來這種新型的永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)，相比這些驅(qū)動系統(tǒng)來說具有獨(dú)特優(yōu)勢。從幾種驅(qū)動系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)指標(biāo)上我們可以發(fā)現(xiàn)，基本都可以滿足帶式輸送機(jī)在運(yùn)輸方面的要求，從功能角度上看，首先在運(yùn)送量調(diào)節(jié)和傳輸速度調(diào)節(jié)上，CST可控驅(qū)動系統(tǒng)，低速直連直流電機(jī)系統(tǒng)以及永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)在該性能上比較強(qiáng)，在過載保護(hù)上相比后兩者驅(qū)動系統(tǒng)來說CST驅(qū)動系統(tǒng)的離合器安裝在低速軸上，因此在過載保護(hù)響應(yīng)值相比會縮短100毫秒。因此，采用這種CST驅(qū)動系統(tǒng)和永磁變頻系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速單獨(dú)空載和順序的啟動和停止，進(jìn)而能夠使電網(wǎng)電壓在一定范圍內(nèi)緩慢降低。但由于CST驅(qū)動系統(tǒng)組成比較復(fù)雜，成本較高，液壓元器件在維護(hù)方面技術(shù)性要求高，而且所需要的潤滑油質(zhì)量較高，使得該系統(tǒng)整體運(yùn)行費(fèi)用，高一旦出現(xiàn)潤滑油泄漏，則會給外界環(huán)境帶來較為嚴(yán)重的污染。因此在帶式輸送機(jī)運(yùn)行時，可以采取變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)更加適合。除此之外，以上四種變頻啟動方式在基本的傳送機(jī)功能上都可以滿足要求，具有低速驗(yàn)帶功能。傳統(tǒng)系統(tǒng)是異步電機(jī)耦合器減速機(jī)系統(tǒng)，這種驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)行效率較低，而且能源消耗量大，而低速直連直流驅(qū)動系統(tǒng)在調(diào)速功能方面比較完善。然而這種驅(qū)動系統(tǒng)所需的電氣設(shè)備較多，在控制方面環(huán)節(jié)復(fù)雜，很容易在運(yùn)行中出現(xiàn)故障，占地面積大，會給后期維護(hù)工作帶來較大難度。因此相比來說，采用變頻用自啟動系統(tǒng)所需的電氣設(shè)備較少，運(yùn)行效率較高，在后期維護(hù)方面能夠盡量實(shí)現(xiàn)零維護(hù)。

4應(yīng)用效果分析

在實(shí)際研究中，我們的輸送帶型號和基本參數(shù)為ST2500鋼絲繩芯阻燃帶，帶寬為1400mm，帶質(zhì)量為36.8Kg/m²。輸送機(jī)采用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，按照每年工作日計算，該運(yùn)輸系統(tǒng)的線路阻力計算中，承載分支為238025N，回程分支為3175N，局部阻力其中清掃機(jī)的阻力為3076N，相比原始參數(shù)來說有了明顯的改善。

4.1節(jié)能效果分析

為避免啟動出現(xiàn)故障，需要由三臺起動機(jī)同時進(jìn)行啟停，并拖動膠帶進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，采用變頻器拖動時，由于該變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩，在啟動時不會降低轉(zhuǎn)矩，甚至可以獲得相應(yīng)條件下的額定轉(zhuǎn)距。根據(jù)現(xiàn)場所獲數(shù)據(jù)，采用變頻器拖動膠帶運(yùn)行，可以將軟啟動三臺電動機(jī)的功率進(jìn)行整體運(yùn)算。我們發(fā)現(xiàn)使用變頻節(jié)能系統(tǒng)之后，相比原有的啟動系統(tǒng)來說，在空載時具有較強(qiáng)的節(jié)能效果。

4.2降耗效果分析

采用這種變頻控制系統(tǒng)，除了能夠節(jié)約能源之外，還可以減少膠帶系統(tǒng)的磨損程度，當(dāng)處于額定轉(zhuǎn)速時膠帶的機(jī)械功率為1269KW，帶寬降到1400mm，膠帶在沒有煤的情況下，變頻控制器調(diào)制深也會降低，相比原有的膠帶機(jī)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)來說磨損度也會顯著降低。

小結(jié)

總而言之，變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)具有免于維護(hù)，安全性，穩(wěn)定性，智能控制，高效節(jié)能等特點(diǎn)，相比傳統(tǒng)的驅(qū)動方式來說，對于帶式輸送機(jī)是比較合適的驅(qū)動系統(tǒng)，隨著當(dāng)前永磁體材料成本，控制技術(shù)的發(fā)展，未來這種永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)將會在輸送機(jī)領(lǐng)域方面得到更為廣泛的應(yīng)用。

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