智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)在煤礦帶式輸送機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

棗礦集團(tuán)新安煤業(yè)公司 山東 濟(jì)寧 277642

引言

據(jù)了解,國(guó)內(nèi)大小煤礦開(kāi)采企業(yè)在以往的生產(chǎn)體系中都采用的是傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),由于機(jī)械生產(chǎn)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)不同程度的老化和故障,且該系統(tǒng)本就在啟動(dòng)的過(guò)程中存在客觀局限性,無(wú)法進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化。其次,在國(guó)內(nèi)科技不斷更新和進(jìn)步的情況下,對(duì)于生產(chǎn)方式逐漸由機(jī)械化向自動(dòng)化、智能化轉(zhuǎn)變。因此,為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化發(fā)展目標(biāo),采用智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)來(lái)代替原有的動(dòng)力輸入系統(tǒng),希望通過(guò)該系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用能夠有效的提高國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益,推動(dòng)國(guó)家生產(chǎn)力的進(jìn)一步發(fā)展。

1 永磁電機(jī)工作原理

永磁電機(jī)是以磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置,當(dāng)電機(jī)的定子繞組中通入三相電流后,就會(huì)在永磁電機(jī)的定子繞組中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),由于在轉(zhuǎn)子上安裝了永磁體(永磁體的磁極是固定的),根據(jù)磁極的同極相斥和異極相吸的原理,在定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn),最終達(dá)到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁極的轉(zhuǎn)速相同。

2 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)

2.1 同步智能伺服控制器和普通異步變頻器區(qū)別 同步智能伺服控制器是專門針對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和機(jī)械特性開(kāi)發(fā)的控制器,同步伺服控制器針對(duì)同步電機(jī)啟動(dòng)難和控制不當(dāng)易失步飛車的特點(diǎn)專門開(kāi)發(fā)控制軟件,通過(guò)采用同步電機(jī)參數(shù)辨識(shí)技術(shù)和空間矢量控制技術(shù)對(duì)電機(jī)模型進(jìn)行辨識(shí)、對(duì)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行分開(kāi)控制。在減少勵(lì)磁能耗同時(shí)增大了轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)力。而普通變頻器是針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)的控制軟件,普通V/F控制方式無(wú)法在低速區(qū)提供足夠的扭矩輸出;高端矢量型變頻器雖然在輸出轉(zhuǎn)矩方面有所提升,但其控制對(duì)象是異步電機(jī)。普通異步變頻器無(wú)法通過(guò)自學(xué)習(xí)功能識(shí)別永磁同步電機(jī)模型,啟動(dòng)時(shí)無(wú)法對(duì)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行有效識(shí)別,極易造成啟動(dòng)失敗,即使能啟動(dòng)成功,但啟動(dòng)后電機(jī)的空載電流和轉(zhuǎn)矩特性也達(dá)不到同步智能伺服控制器的指標(biāo)。

2.2 智能化 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)運(yùn)用無(wú)傳感器矢量控制技術(shù)(SVC)變頻啟動(dòng),能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)傳動(dòng)的緩慢均勻啟動(dòng),避免了以往異步電機(jī)啟動(dòng)的瞬間大電流給電網(wǎng)帶來(lái)的沖擊,因此降低了電網(wǎng)故障和機(jī)械故障。智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)需要兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng),通過(guò)主從控制使輸出功率及運(yùn)行電流無(wú)偏差,可實(shí)現(xiàn)功率平衡,解決了原來(lái)異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)功率不平衡和易造成電機(jī)損壞的問(wèn)題。此外,智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)支持CAN、MODBUS485、PROFBUSDP等多種通信接口的接入,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。

2.3 永磁直驅(qū)系統(tǒng)的特點(diǎn) 1)傳動(dòng)效率高。傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式為電動(dòng)機(jī)、偶合器、減速器組合,其傳動(dòng)環(huán)節(jié)多,綜合傳動(dòng)效率只有85%左右,而永磁直驅(qū)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率就是電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)效率,可高達(dá)95%,比傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提高了10%以上。2)故障率低。永磁直驅(qū)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部無(wú)減速器、液力偶合器,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障點(diǎn)少、故障率低。3)日常維護(hù)和檢修量小。異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部日常維護(hù)量主要為減速器換油、電動(dòng)機(jī)軸承注油及聯(lián)軸器的檢查維護(hù)(由于井下地壓較大需定期對(duì)連接部位進(jìn)行找正),而永磁直驅(qū)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部日常維護(hù)量主要是定期為電動(dòng)機(jī)軸承注油。4)調(diào)速范圍寬。永磁電動(dòng)機(jī)比普通變頻電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍更寬,它可實(shí)現(xiàn)超低速(如0.5m/s)、高轉(zhuǎn)矩運(yùn)行,最高2倍額定轉(zhuǎn)矩軟啟動(dòng),具有良好的啟動(dòng)性能,能有效地避免為滿足重載啟動(dòng)的工況而被迫選擇大功率電動(dòng)機(jī)的尷尬。5)實(shí)現(xiàn)功率平均。系統(tǒng)采用多電動(dòng)機(jī)主從控制驅(qū)動(dòng),避免多電動(dòng)機(jī)因出力不平衡而損壞電動(dòng)機(jī),實(shí)現(xiàn)功率平衡,并能實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、過(guò)熱等各種故障的保護(hù),保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)的優(yōu)越性能 較傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式而言,智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)便傳動(dòng)高效、運(yùn)行平穩(wěn)配件費(fèi)用及工時(shí)投入少、節(jié)能降耗明顯的優(yōu)越性顯而易見(jiàn)。安裝便捷傳動(dòng)高效。傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式為電動(dòng)機(jī)對(duì)接減速器組合,對(duì)接時(shí)調(diào)整對(duì)輪水平程序繁瑣,其傳動(dòng)環(huán)節(jié)多電動(dòng)機(jī)動(dòng)能通過(guò)對(duì)輪減速器傳遞給皮帶驅(qū)動(dòng)滾筒后,動(dòng)能直接損失在15%-20%以上,而永磁直驅(qū)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部無(wú)減速器,電動(dòng)機(jī)輸出軸與皮帶主滾筒通過(guò)蛇形聯(lián)軸器直接對(duì)接,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,傳動(dòng)效率就是電動(dòng)機(jī)去除蛇形聯(lián)軸器的動(dòng)能消耗,效率可高達(dá)95%。運(yùn)行平穩(wěn)配件費(fèi)用及工時(shí)投入少。傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式的日常維護(hù)量主要為減速器換油、電動(dòng)機(jī)軸承注油及聯(lián)軸器的檢查維護(hù),同時(shí)重載啟動(dòng)會(huì)對(duì)電機(jī)線包、連接部位和皮帶接口造成損傷,而永磁直驅(qū)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部日常維護(hù)量主要是定期為電動(dòng)機(jī)軸承注油,比普通變頻電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍更寬,它可實(shí)現(xiàn)超低速(如0.5m/s)、高轉(zhuǎn)矩運(yùn)行,最高2倍額定轉(zhuǎn)矩軟啟動(dòng),具有良好的啟動(dòng)性能,能有效地滿足重載情況下平穩(wěn)啟動(dòng),當(dāng)煤矸量大,啟動(dòng)困難時(shí),操作工可以在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整電動(dòng)機(jī)頻率,逐漸降低頻率,立即解決壓車問(wèn)題,避免了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的重載啟動(dòng)困難損壞設(shè)備配件,同比維護(hù)量小、維修成本低,費(fèi)用和工時(shí)投入少。

2.5 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)對(duì)比 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)為新型節(jié)能系統(tǒng),具有高效節(jié)能、啟動(dòng)扭矩大、維護(hù)量少等特點(diǎn)。但就現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看,目前在露天地面帶式輸送機(jī)系統(tǒng)上應(yīng)用仍然存在一些較為關(guān)鍵的問(wèn)題需要研究,例如電壓等級(jí)、冷卻方式;由于設(shè)備質(zhì)量較大在半固定機(jī)頭站等懸挑結(jié)構(gòu)上應(yīng)用,對(duì)空間與承載能力的要求及運(yùn)行過(guò)程中與滾筒軸的對(duì)中性與同軸度的保證等。

結(jié)語(yǔ)

智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)具有安全可靠,節(jié)能高效,維護(hù)量低,噪聲小等特點(diǎn),較傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式節(jié)能效果明顯。隨著永磁控制、變頻控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展完善;永磁體材料成本的進(jìn)一步降低及輔助應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,這種驅(qū)動(dòng)形式必將在帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。