關于礦用膠帶輸送機節能改造的幾點分析

尹淑梅

（神華神東皮帶機公司，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

1 膠帶輸送機傳動系統結構形式

1.1 膠帶輸送機傳動系統結構

目前國內較為常見的膠帶輸送機的傳動方式為異步電機+液力耦合器+減速器+驅動滾筒，此種結構的膠帶機啟動時較為簡單，一般是空載啟動，對起動轉矩的要求不高，通常采用直接啟動或是降壓啟動就可以了。

近幾年來，“變頻器+異步電機+減速器+驅動滾筒”的傳動方式開始得到推廣應用，通過變頻器來控制電機的矢量變頻，使電機和膠帶輸送機實現軟啟動，例如在0.1Hz時，電機起動轉矩能夠達到額定轉矩的三倍左右，目前我國已經有許多成功的案例。

1.2 傳統膠帶輸送機電機系統功率

膠帶輸送機電機一般選用三相鼠籠異步電機或者是三相繞線型異步電機，三相鼠籠異步電機的應用較為廣泛一些，三相繞線型異步電機的使用相對較少一些。由于膠帶輸送機電機要求啟動時電流小，且轉矩大，過載能力強，因此許多電機廠生產膠帶輸送機專用三相異步電機，例如撫順煤礦機電廠生產煤礦輸送機專用電機DSB-55，額定功率為55KW，額定轉速為1470rpm，啟動時候的轉矩倍數為2.5倍，過載倍數約為2.3，啟動的電流倍數為6.5倍，效率是91%，功率因數是0.87。盡管專用電機能夠滿足煤礦企業生產的需求，但是仍然存在著一些不足之處，例如：（1）效率不夠高，最新的中小型電機能效等級規定，一級能效的55Kw/4極異步電機效率值應該是95%，二級能效應為94.2%，三級為92.5%，那么55kw的DSB-55煤礦專用電機的效率連三級能效電機的效率標準都沒有達到。（2）輕載效率低，異步電機的效率是隨著負載變化而變化的，當負載率達到80%左右時，效率是最高的，達到額定效率，如果負載率低，那么效率也會降低，而膠帶輸送機的負載是根據生產狀況發生變化的，負載會經常的發生變化，因此所配的電機要按照最大負載來進行功率配置選擇，因此大多數情況下，電機都處于輕載運行的狀態下，運行效率和功率的因數不高，導致大量有功功率以及無功功率發生浪費。

2 礦用膠帶輸送機電機系統節能技術

2.1 高效率電機能夠提高膠帶機傳動系統效率

高效率電機是指損耗比目前生產的電機降低20%左右，超高效電機是指損耗比目前生產的電機降低30%左右。我國以及歐盟將中小型三相異步電機效率分為了三個效率標準等級，一級能效、二級能效、三級能效，并且進行了強制的規定，低于三級能效的一般電機，不能生產銷售，電機出場的時候，要粘貼統一格式的能效等級標志。能效一級的額定功率在3kw～315kw的范圍內，能效二級和三級的額定功率在0.55kw～315kw范圍內，且電機級數多為2～6級的防爆電機。

高效率電機的生產銷售使用，對膠帶機傳動系統成本的提高影響并不明顯，根據調查電機在一個生命周期中，運行費用占92%，購買成本為7%，維護費用僅為1%，如果電機的效率提高，那么節省的電費會遠遠高于采購成本。高效率異步電機的額定點效率雖然較高，但是負載比較輕，效率相對也較低，還存在一定的缺點，而稀土永磁同步電機便不存在這個問題，稀土永磁同步電機在20%～120%負載時，都能夠得到較高的效率，但是價格較高，且需要變頻器來進行啟動控制，但是隨著科學的不斷發展，相信在未來幾年內，稀土永磁同步電機能夠得到更加廣泛的應用。

高效率電機和稀土永磁電機的普遍推廣和使用將會使膠帶機傳動效率得到很大的提高。

2.2 傳動結構改進提高系統效率

傳統膠帶輸送機的傳動結構為電動機+液力耦合器+減速器+滾筒，或者是變頻器+電動機+減速器+滾筒，在能量轉換和傳遞過程中，不僅中間環節過多，且效率低下，運行的費用和維護成本費用較高，無法進行系統的節能。

目前，直驅式電機是簡化傳動系統最為有效的途徑之一，也是提高傳動效率和簡化傳動結構最主要、最有效的方法，主要措施就是用高效低速大轉矩永磁同步電機來代替傳統的三相異步電機，節省了減速器、液力耦合器等傳動部件的損耗，使用電機直接來帶動生產機械，使傳動系統結構簡化，效率提高，且能夠降低噪音，省去維護檢修減速器、液力聯軸器的中間環節及定期更換潤滑油等工作，可節省大量的人力、物力、財力資源，并減少對環境的污染和碳排放，真正做到節能減排。

3 膠帶輸送機用直驅式電機的設計及控制特點

3.1 電機設計特點

礦用隔爆直驅式輸送機專用永磁同步電機的特點為啟動的電流較小，起動轉矩大，過載能力強，電機轉矩波動小，運轉平穩，效率較高。設計特點為：（1）多極數。定子交流電流的額定頻率較低，有利于降低電機的鐵芯損耗；（2）分數槽繞組。增加每極每相槽數，并選擇合適的短距比，能夠提高繞組系數，減低高次諧波，減小定位力矩；（3）內置混合式轉子結構。選擇合適的磁極形狀和尺寸，使轉子勵磁磁場的波形能夠按照正弦分布，直軸和膠軸的磁阻不相同，磁阻轉矩大，過載的能力也強一些。

3.2 控制特點

無位置傳感器矢量控制，無論是在啟動還是運行的時候，都能夠準確的控制電機輸出轉矩和轉速，能夠有效的確保膠帶輸送機進行恒速運行；SPWM控制，能夠使定子繞組電機接近理想正弦波，消除轉矩文波，利于膠帶機平穩的運行，且能夠延長膠帶的使用壽命。隔爆直驅式膠帶電機專用電機和特有的軟啟動特性、較高的性價比，將成為礦用膠帶輸送機驅動在未來的主要發展方向。

4 礦用膠帶輸送機節能比較分析

4.1 電機直接啟動配合盤型閘控制節能分析

電機直接啟動配合盤形閘運行是較為古老落后的礦用皮帶控制方式之一，基本實現不了節能，從電能和液壓油浪費等多個角度，都不提倡使用這樣的方法。電機在直啟時，會浪費較多的電能，且沒有電力反饋系統，電能消耗十分大，在盤形閘工作時液壓油的浪費也比較大，對皮帶機速度進行控制時，皮帶機的動能轉化成為皮帶和盤形閘摩擦產生的熱能散去，在整個過程中，機械的損壞相當大。因為電機不論是在何種條件下，都以額定轉速來進行運轉，電機輸出了最大功率，多余的能量便會在閥門處消耗，剩余的能量也通過摩擦的方式浪費掉了，如果使用太大的電機，那么將會消耗比實際需求更多的能量，導致能源浪費的問題更加嚴重，電機的轉速是固定的，用戶一般都會根據設計值選用比實際需要更大一些的電機功率，導致輸出功率發生浪費。

4.2 液力耦合器控制節能分析

采用液力耦合器調速節能效益主要表現在：

4.2.1 匹配合力，降低裝機的容量

調速型液力耦合器能夠使電機帶大慣量載荷空載啟動，所以電機運行的時候要適當的降低安全系數，選擇適合的即可。

4.2.2 降低電機啟動功率消耗

因液力耦合器能夠解決大慣量機械啟動困難的問題，因此電機啟動時電流較低，啟動持續的時間也相對短一些，對電網的沖擊較小，啟動時消耗的功率低，尤其是電機驅動設備，應該使用液力傳動，能夠使各電機順序延時啟動，避免多個電機同時啟動，對電網造成較大的沖擊，降低啟動電流，延長啟動時間，尤其是對于啟動頻繁的機械，使用液力耦合器節能效果會更顯著一些。

結語

綜上所述，礦用膠帶輸送機節能改造要從膠帶輸送機的結構和性能入手，改造完成之后，也要對節能方面進行科學的、全面的分析和研究。目前，國內外關于礦用膠帶輸送機的節能改造還正在研究，相信在未來幾年內，能夠取得較大的進步，節能的效果也會更加顯著。

[1]武興華，賈好來.礦用膠帶輸送機電機系統節能技術研究 [J].山西煤炭管理干部學院學報，2011，02(10).

[2]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2009，01.