永磁電動(dòng)滾筒技術(shù)在掘進(jìn)巷道中使用的研究與應(yīng)用

孫玉明 劉林春 李世興 孫磊

摘 要：長(zhǎng)期以來(lái)我礦一直使用傳統(tǒng)的電機(jī)加減速機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)技術(shù)，傳統(tǒng)的皮帶機(jī)占地大，安裝復(fù)雜，并且需要擴(kuò)充巷道，為了滿足智能化及節(jié)能化的目標(biāo)要求，我礦研究了四象限永磁電動(dòng)滾筒技術(shù)。將電機(jī)、驅(qū)動(dòng)滾筒、減速機(jī)一體化，并且采用變頻驅(qū)動(dòng)，可以有效的增加設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備直接啟動(dòng)對(duì)設(shè)備的影響，減少擴(kuò)充巷道的費(fèi)用，并且達(dá)到節(jié)約電能的目的。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)工作面;永磁電動(dòng)滾筒;掘進(jìn)巷道;研究與應(yīng)用

一、立項(xiàng)目的

為了滿足現(xiàn)代化礦井建設(shè)需要，我礦大力引進(jìn)國(guó)內(nèi)先進(jìn)及比較成熟的高新技術(shù)，使用永磁電動(dòng)滾筒后可大大降低皮帶機(jī)故障率，增加設(shè)備的安全和穩(wěn)定性，改善現(xiàn)有設(shè)備使用環(huán)境，降低設(shè)備損壞和用電量。

二、方案的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1、當(dāng)電源頻率變化在-2%～+2%，電源電壓變化不超過(guò)±5%時(shí)，電機(jī)的輸出功率保持額定，溫升符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2、永磁同步電動(dòng)滾筒0-1.2倍額定轉(zhuǎn)速內(nèi)可無(wú)極調(diào)速，具有良好調(diào)速性能，在額定頻率范圍內(nèi)具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性。

3、滾筒表面進(jìn)行聚氨酯進(jìn)行包膠（附阻燃試驗(yàn)報(bào)告、抗靜電性能報(bào)告，并具有煤安標(biāo)志），菱形花紋，包膠層厚度不低于12mm，膠皮要與筒皮緊密粘結(jié)，滾筒表面，無(wú)縫隙、無(wú)鼓包。包膠要求表面平整，具有高耐磨、防粘附、抗拉伸、耐撕扯等性能。

4、永磁同步電動(dòng)滾筒的繞組有測(cè)溫元件，三相測(cè)溫，每相一用一備，在控制方面實(shí)現(xiàn)過(guò)溫報(bào)警和超溫停機(jī)功能，有效保護(hù)電機(jī)，避免電機(jī)溫升過(guò)高造成線圈損壞和永磁體去磁。

5、永磁同步電動(dòng)滾筒過(guò)載轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不小于其額定轉(zhuǎn)矩的2倍。

6、永磁同步電動(dòng)滾筒可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，具有良好調(diào)速性能，在額定頻率范圍內(nèi)具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性。

7、永磁電動(dòng)滾筒應(yīng)具有在低頻狀態(tài)下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，具有電流低、發(fā)熱量小的功能，并且可承受電網(wǎng)電壓±15%波動(dòng)沖擊。

8、永磁滾筒安裝座不允許采用固定不可調(diào)結(jié)構(gòu)，必須配備可以調(diào)整滾筒安裝尺寸的安裝座。

9、配套變頻器技術(shù)要求

（1）變頻器額定功率55kW，額定電壓AC660v，三相，50Hz;

（2）四象限方式運(yùn)行，風(fēng)冷方式冷卻;

（3）防護(hù)等級(jí)為IP54;

（4）專門與永磁同步電動(dòng)滾筒配套設(shè)計(jì)，具有恒轉(zhuǎn)矩輸出、大轉(zhuǎn)矩軟啟動(dòng)的特性;

（5）采用開環(huán)矢量控制技術(shù)（SVC），可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)和調(diào)速要求，滿足低速（如檢修、驗(yàn)帶）狀態(tài)下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行要求;

（6）電源頻率50Hz，電壓允許波動(dòng)±20%;頻率允許波動(dòng)范圍±2.5%;過(guò)載能力：1.5IN一分鐘，1.2 IN三十分鐘，確保平穩(wěn)的重載起動(dòng)，并長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行;

（7）變頻器具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路、過(guò)載、缺相、功率模塊過(guò)熱、永磁電動(dòng)滾筒繞組超溫、腔內(nèi)溫度自動(dòng)檢測(cè)、上電電機(jī)對(duì)地絕緣檢測(cè)（漏電閉鎖）、瞬間斷電保護(hù)等保護(hù)功能，同時(shí)具有故障報(bào)警、記憶功能，能夠保存近三個(gè)月內(nèi)主要運(yùn)行數(shù)據(jù)及故障信息的存儲(chǔ)以及拷貝功能;

（8）變頻器配置不小于7吋高清彩色顯示屏，能夠顯示變頻器電壓、電流、頻率、帶速、溫度等實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息;

（9）變頻器防爆殼外裝有操作按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)等，可方便對(duì)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)近控切換、一鍵主從機(jī)切換等功能;主從機(jī)之間通過(guò)變頻器總線接口進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率平衡。

（10）變頻器主要電氣元件和關(guān)鍵零部件如隔離開關(guān)、主接觸器、功率器件等，采用國(guó)內(nèi)外知名品牌;

（11）具有本地操作和遠(yuǎn)程控制功能，兩種控制功能通過(guò)腔體表面的轉(zhuǎn)換開關(guān)（或鍵盤）進(jìn)行遠(yuǎn)近控切換，同時(shí)具有根據(jù)負(fù)載狀況自動(dòng)調(diào)速功能;

（12）變頻器要預(yù)留RS485（Modbus RTU）通信接口，同時(shí)具有CAN、TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)等多種通訊接口，能將變頻器相關(guān)顯示信息（包含具體故障信息）無(wú)縫上傳至集中控制系統(tǒng)，滿足皮帶機(jī)綜合保護(hù)、實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、礦井自動(dòng)化等要求;

（13）為了便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，變頻器能顯示變頻器的所有參數(shù)、變量、故障代碼;

（14）變頻器具有手動(dòng)停、送電裝置，通過(guò)隔離開關(guān)可無(wú)負(fù)荷切斷變頻器進(jìn)線電源;

（15）變頻器前開門具有機(jī)械閉鎖裝置，確保送電狀態(tài)無(wú)法開蓋;

（16）變頻器設(shè)有主回路保護(hù)熔斷裝置，采用快速熔斷器對(duì)主回路進(jìn)行保護(hù);

（17）變頻器具有行程開關(guān)檢測(cè)回路，用于檢測(cè)隔離開關(guān)閉鎖結(jié)構(gòu)體位置;當(dāng)閉鎖結(jié)構(gòu)體位置變動(dòng)時(shí)自動(dòng)斷開輸出實(shí)現(xiàn)可隔離開關(guān)的無(wú)負(fù)荷分?jǐn)?

（18）變頻器可檢測(cè)與永磁電動(dòng)滾筒配套的循環(huán)冷卻裝置進(jìn)出水口水溫，可根據(jù)電機(jī)繞組溫度自動(dòng)控制循環(huán)冷卻裝置運(yùn)行，控制循環(huán)冷卻裝置內(nèi)的水泵電機(jī)與風(fēng)機(jī);

（19）變頻器具有電機(jī)繞組檢測(cè)功能，當(dāng)電機(jī)繞組溫度超過(guò)設(shè)定值自動(dòng)停止輸出并斷開輸出側(cè)回路;

（20）變頻器具有功率單元溫度檢測(cè)功能，當(dāng)功率單元溫度過(guò)高時(shí)自動(dòng)開啟散熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱，超過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí)自動(dòng)停機(jī);

（21）變頻器具有正反轉(zhuǎn)控制，可通過(guò)按鈕進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)向切換并在觸摸屏顯示;

（22）變頻器預(yù)留外部閉鎖開關(guān)量，可實(shí)現(xiàn)同其它設(shè)備的閉鎖控制;

（23）變頻器控制礦用隔爆型三相永磁電動(dòng)滾筒，直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載設(shè)備，硬件結(jié)構(gòu)和軟件控制必須抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng);

（24）散熱采用真空熱管加風(fēng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷（或優(yōu)于前者）;

（25）變頻器配有輸出、輸入電抗器，抑制變頻器工作時(shí)對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾，降低變頻器輸出對(duì)電機(jī)定子繞組絕緣的損壞;

（26）變頻器之間采用 CAN 總線通訊，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備主從聯(lián)機(jī)、動(dòng)態(tài)功率平衡，功率不平衡度≤2%，并支持以太網(wǎng)或光纖通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送及監(jiān)控;

（27）變頻器具有集控功能。

10、循環(huán)冷卻裝置技術(shù)要求

（1）適用于煤礦井下含有甲烷和爆炸性氣體的環(huán)境中。

（2）礦用隔爆型三相永磁電動(dòng)滾筒配套循環(huán)冷卻裝置所用電機(jī)采用防爆電機(jī)，配套電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)：660V;防爆電機(jī)要有防爆證、煤安證;配套水冷箱能滿足為2臺(tái)礦用隔爆型三相永磁電動(dòng)滾筒提供可循環(huán)冷卻水的功能。

（3）循環(huán)冷卻裝置預(yù)留智能檢測(cè)儀表接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制、自動(dòng)運(yùn)行。

（4）循環(huán)冷卻裝置應(yīng)帶有流量、水壓、進(jìn)出口水溫及水箱水位顯示功能。

（5）循環(huán)冷卻裝置應(yīng)帶有循環(huán)水過(guò)濾、水箱防塵、易清理功能。

（6）循環(huán)冷卻裝置應(yīng)帶有循環(huán)水止回功能。

（7）循環(huán)水的溫度信號(hào)能夠在變頻器上實(shí)時(shí)顯示，并具有超溫停機(jī)保護(hù)功能。

（8）循環(huán)冷卻裝置應(yīng)高效，一套循環(huán)冷卻裝置能夠滿足2臺(tái)永磁同步電動(dòng)滾筒的散熱需求。

（9）循環(huán)冷卻裝置水泵電機(jī)功率須滿足冷卻循環(huán)要求，可采用風(fēng)機(jī)降溫;水泵、風(fēng)機(jī)須低能耗，低噪音，現(xiàn)場(chǎng)噪音不超過(guò)75dB（A）。

（10）所配備的水泵電機(jī)、傳感器等電氣元件，具有防爆證、煤安證。

（11）、永磁同步電動(dòng)滾筒和循環(huán)冷卻裝置配套提供冷卻水管路，外管路應(yīng)采用煤礦KJ系列快接頭，配備管路長(zhǎng)度須大于6m。

（12）水質(zhì)采用井下清潔的防塵水。

11、應(yīng)用效果：

根據(jù)計(jì)劃，我礦在91203膠帶順槽使用一部2×55kW的礦用隔爆型三相永磁同步電動(dòng)滾筒，該電動(dòng)滾筒在運(yùn)行期間安全穩(wěn)定，占地少，故障率低，較傳統(tǒng)的機(jī)械式減速機(jī)性能更加穩(wěn)定，取得了預(yù)期效果。

結(jié)束語(yǔ)：在掘進(jìn)巷道中使用永磁電動(dòng)滾筒變頻技術(shù)，這在大恒煤業(yè)屬于首次，變頻技術(shù)的廣泛應(yīng)用不僅實(shí)現(xiàn)了礦井高效發(fā)展，并且設(shè)備安全穩(wěn)定，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用，為今后的掘進(jìn)高效生產(chǎn)工作面的建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化礦井奠定基礎(chǔ)。