永磁同步電機驅動系統在皮帶運輸機上的應用

閆海,宋方才,井長輝

(山東能源棗莊礦業集團柴里煤礦,山東 棗莊 277500)

永磁同步電機驅動系統在皮帶運輸機上的應用

閆海,宋方才,井長輝

(山東能源棗莊礦業集團柴里煤礦,山東 棗莊 277500)

目前,國內外皮帶輸送機技術發展已經進入了一個新的階段,大批先進的高技術含量的皮帶輸送機已經研究開發成功,極大地提高了皮帶輸送機的運輸距離、運載量以及運輸速度.本文立足煤礦主提升設備維護需求,對帶式輸送機采用永磁電機驅動技術、變頻技術、自動裝料技術等技術進行研究、探索,取得了較好的研究成果和應用成果.

永磁;節能;雙速雙向

1 開展永磁雙速雙向倒料皮帶機研發的必要性

柴里煤礦主采煤層為3層煤,3上、3下煤實行分層開采,開采3下煤時必須采用架棚支護,支護材料運輸成為制約綜掘效率的瓶頸,由于綜掘沿底板掘進,巷道起伏變化大,采用軌道運輸困難多、效率低、安全管理難度大.為了解決運料難的問題,從2005年開始研制應用了雙向倒料皮帶機,把80皮帶機加裝了上下料平臺,利用上皮帶運煤,下皮帶運輸支護材料,一定程度上提高了掘進工效,但在運料安全上仍然存在一些問題,那就是80雙向倒料皮帶為恒定的2m/s速度,倒料過程中經常出現物料竄出皮帶、卡料損壞皮帶等現象.為了從根本上解決上述問題,我們成立了技術攻關小組,著手研發永磁直驅式雙速雙向倒料皮帶機.

2 設備性能的改進及研究

2.1 配套了永磁同步電動機專用變頻器,變頻器內置濾波器、電抗器,實現了一體化控制

兩臺變頻器采用主從控制,參數設置方便,操作簡單,控制性能好.

2.2 設置了雙速運行模式

在運煤時采用2m/s的速度快速運行;在運輸支護材料時采用1m/s的速度慢速運行,有效解決了倒料過程中的安全問題.變頻控制設有現場控制和集控模式,可以簡便的接入工作面集控系統,實現工作面設備、皮帶機、刮板輸送機的集中控制.

2.3 在驅動裝置上,采用了分離式底盤,運輸和安裝非常方便

兩個驅動滾筒分別獨立,滾筒、電動機在一個獨立底盤上,在生產廠家直接裝配好,外形尺寸滿足在地面運輸和下井運輸的條件,安裝時兩個驅動滾筒可以直接下井,在現場兩個滾筒驅動裝置直接用螺栓連接即可.滾筒直徑從500mm改進為 630mm,確保了皮帶圍包角,保證了摩擦接觸面積,提升了驅動力.采用箱體式結構,內嵌插齒式聯軸器,縮短了驅動裝置寬度,為現場安裝提供了便利條件,更加適用于綜掘工作面,不需要專門擴打皮帶驅動裝置峒室.

3 永磁直驅式雙速雙向倒料皮帶應用前景

3.1 安全方面

一是安裝上料平臺,設置了氣動自動裝料裝置,實現皮帶雙向運輸,在上皮帶正向運輸煤,在下皮帶反向運輸支護材料等物料,保證了安全運輸.二是采用變頻控制,設置了雙速運行模式,實現了雙速運行,在運煤時采用高速運行,運煤效率高;在運輸支護材料時采用慢速運行,確保了運輸物料的安全.三是永磁電動機運行平穩、噪音低,有效改善了職工工作環境.

3.2 節能方面

一是電機效率高,能力指標好.永磁同步電動機在轉子上嵌了永磁體后,由永磁體來建立轉子磁場,在正常工作時轉子與定子磁場同步運行,轉子中無感應電流,不存在轉子電阻損耗,可提高電機效率約10%.二是電機升溫低,使用壽命長.異步電機工作時,轉子繞組有電流流動,而這個電流完全以熱能的形勢消耗掉,所以在轉子繞組中將產生大量的熱量,使電機的溫度升高,影響了電機的使用壽命.而永磁電機轉子繞組中不存在電阻損耗,定子繞組中幾乎不存在無功電流,使電機溫升低,延長了電機的使用壽命.三是電能利用高,節電效果好.由于異步電機的效率低,要滿足輸出功率的需求,勢必要從電網多吸收電能,進一步增加了電能量的損失,加重了電網負荷.而永磁電機轉子中無感應電流,電機的功率因數高,可吸收網上無功的負擔,減輕用戶供電系統原有無功補償裝置.經過相似23605運輸巷安裝的普通150皮帶機,運輸長度基本相同,9月份掘進進尺基本相同情況下用電量對比,永磁直驅式雙速雙向倒料皮帶綜合節能可以比同類皮帶機節約16%~18%.四是設備環節少,運行質量高.永磁電動機的使用可去掉減速箱、液力聯軸節,消除減速箱和液力聯軸節的效率損耗,減少礦井的設備投入和設備運行環節的故障幾率,大大提高了設備的運行可靠性,如表1所示.

表1

3.3 安裝調試方面

一是兩個滾筒裝置設計為獨立模式,每個滾筒裝置可以整體運輸下井,安裝不用調整,兩個滾筒裝置直接連接就完成了驅動裝置的安裝,簡化了安裝過程和調整同心度的困難.二是變頻控制提前設置好雙速運行模式,主副機主控從控模式,正常情況下現場不需要調整相關參數,控制方便可靠.三是提前在貝斯特按照2016年版安全規程規定,將皮帶8大保護安裝完畢,達到符合安全規程的規定,不需要在現場再配套安裝調試保護裝置.四是進行了宜人性設計,便于人員施工,方便了安裝、調試和應急問題處理.

4 永磁直驅式雙速雙向倒料皮帶在應用中的不足及改進方法

(1)電動機和滾筒之間采用齒套聯軸器,在電動機側聯軸器采用了漲套連接,雖然現場安裝方便,但是由于摩擦力不足,容易出現漲套和軸之間相對運動,導致燒傷軸和漲套現象.建議電動機直接加工成銷齒或采用鍵連接方式安裝聯軸器.同時在啟動和停止時,應采用緩慢起動和停止的方式,盡量避免皮帶緊急停車,增大電動機和滾筒之間的相對轉動慣量.由于沒有液力耦合器的緩沖,永磁同步電動機不像異步電動機一樣可以有滑差.緊急停車時,皮帶滿載的力量無法釋放,因為是滾筒和電動機直聯就作用在電動機上.建議在驅動滾筒上安裝制動裝置,消除在緊急情況下,皮帶停止時皮帶張力對電動機的影響.

(2)膠帶輸送機采用異步電動機驅動時,因為異步電動機特性,轉矩與功率比值大.所以在膠帶輸送機選型上我們一直采用功率驗算的方式進行,只要功率滿足,轉矩就一定滿足要求.但是永磁同步電動機轉矩與功率比值偏小,其特性為軟特性,只校驗功率就會出現偏差,會出現轉矩不足,滿載啟動困難.永磁同步電動機的轉速與功率存在正比例關系,在低速運行時功率低于額定功率,存在低速拖動功率不足,出現滿載啟動困難的現象.因此在選用永磁同步電動機時必須同時校驗功率和轉矩,且選用功率要考慮大于計算功率,留出一定余量.

(3)在超過6度的傾斜井巷運輸,需根據上運或者下運條件,按照安全規程規定,可以在皮帶滾筒側相應安裝制動裝置和逆止裝置.我們在23306安裝的永磁直驅式雙速雙向電動機由于運輸基本為平巷沒有安裝制動和逆止裝置.

[1]許赟莉,朱殿瑞.永磁直驅皮帶機系統關鍵技術的研究[J].機械工程與自動化,2014.

[2]李文濤.變頻調速永磁同步電動機在皮帶機上的應用[J].山東工業技術,2014.

TD63+4 < class="emphasis_bold">文獻標識碼:文章編號:

文章編號:1671-0711(2017)11(上)-0165-03