膠帶輸送機配永磁電動機節電研究及應用

何水金

前言

科學技術的進步，變頻技術的發展，筆者發現，在井下使用的膠帶輸送機上，使用智能永磁直驅同步電動機作為驅動模式，能夠有效降低電動機無功消耗，節約電能，提高膠帶輸送機的效能[1]。而傳統異步電動機+液力偶合器+減速器綜合設施作為驅動模式，高耗能，低效率，因此，改造永磁電動機的驅動模式成為節能重點。筆者通過案例對此展開深入研究。

1 煤礦案例

某煤礦企業井下一部主運強力膠帶輸送機安裝于建井初期，負擔井下原煤運輸任務。該膠帶輸送機是井下煤礦運輸的主要機械設備，運行質量直接影響著井下煤礦的運輸與生產。膠帶輸送機運輸長度491m，運輸傾角13°，帶寬1m，運輸能力1000t/h，運行速度為3m/s，由異步電動機+液力偶合器+減速器作為輸送機傳動設施，具體如圖1所示。輸送機所用的傳動模式在當初是最為先進的技術，但是，多年的發展，各種新技術不斷出現，傳統的傳動裝置已經難以滿足煤礦運輸的需求。并且，輸送機在長期高速運行下，因經常受到沖擊，電動機老化，減速器損傷嚴重，偶合器傳動效率降低，當前，此臺強力膠帶輸送機已經成為低效能、高消耗的運輸產品，并且，故障率高，運輸設備結構復雜，檢修維護時間長，嚴重影響井下運輸工作，為煤礦開采帶來巨大成本損失。針對此現象，永磁電動機的節能研究成為煤礦企業的重點，而節能設備的應用也迫在眉睫。

2 膠帶輸送機配永磁電動機節電研究

2.1 異步電動機應用

在膠帶輸送機運行中，異步電動機的應用主要存在以下問題：①異步電動機作為輸送機的驅動裝置，需要偶合器、制動器、減速器等作為輔助設備，設備復雜，增大了檢修難度，增大了成本投入；②在煤礦開采過程中，綜合開采、綜合掘進技術的應用，礦井產能增強，異步電動機驅動下的輸送機效率較低，難以及時將開采原煤及時運輸出去；③液力偶合器、減速器等的應用中，常出現軸承損壞、液體滲漏等故障，影響了輸送機的運行，維護工作量較大；④當膠帶輸送機重啟時，異步電動機會產生較大電流，對電動機帶來較大沖擊力，電動機壽命降低，并且，常發生膠帶拉裂損壞現象，增強了原煤運輸成本[2]。對此，節能高效性驅動設施的改造勢在必行。

圖1 輸送機現有驅動系統示意圖

2.2 膠帶輸送機配永磁電動機節電方法

通過自身多年工作經驗，最終決定，選擇永磁直驅變頻調速裝置代替傳統驅動裝置，裝置系統由圖2所示，以此提高電動機壽命與輸送機效能，節約電能。永磁直驅變頻調速設置是一款新型驅動裝置，裝置主要由安全型變頻器，稀土低頻永磁同步電動機、膠帶輸送機滾筒組成[3]。驅動裝置的核心為永磁同步電動機，永磁同步電動機的應用，電動機初始電流不再是大電流，而是由零開始隨著輸送機原料的多少逐步提升，有效保護了電動機，節約了電能，解決了傳統電動機效率低、高耗能的缺陷。在膠帶輸送機中，永磁直驅變頻調速設置的應用，有效發揮了永磁同步電動機的特點，高效發揮了變頻器的調速功能，減速器與液力偶合器直接被取代，節約了成本，避免了電能在系統運行中不必要的消耗，實現了對膠帶輸送機的同步變頻驅動[4]。

圖2 永磁同步電動機直驅變頻驅動裝置

3 永磁電動機直驅調速裝置的應用效果

近兩年，為節約電能，提高輸送機運輸效率，利用永磁直驅變頻器調速裝置代替了傳統的異步電動機，在新節能裝置應用后，相比與傳統驅動裝置，永磁電動機壽命長，效率高，提高了煤礦原煤運輸量，為企業帶來了較高的經濟效益。

3.1 節電裝置為膠帶輸送機機頭節省了較大空間

永磁直驅變頻裝置主要由變頻器與永磁同步電機構成，而輸送機過去所用驅動裝置則是由異步電動機、液力偶合器、制動機、減速器等構成，兩相對比可知，新型驅動器設備較少，驅動系統較為簡便。新型裝置的應用，現驅動系統總寬度較原先的驅動系統減少約20cm，總長度較原先驅動系統減少約150cm，空間的增大，為膠帶輸送機的安裝帶來了較大便利。此時，可適當增大輸送機的帶寬，提高一次運輸原煤的量，增大了運輸效率，以此在相同電能消耗下運輸更多原煤，提高永磁電動機對電能的節約。

3.2 膠帶輸送機啟動更加平穩

無論是在靜止狀態，或者在運行狀態下，輸送機的膠帶上都儲存有較大勢能，給膠帶帶來傷害，影響了膠帶壽命，增大了電能消耗。為此，選擇軟啟動方式，將膠帶內部存儲能量釋放出來，減小膠帶啟動時產生的張力，減小電能消耗。

變頻器會根據負載變化而變化，隨時調整輸出頻率，變頻器的應用，當膠帶輸送機啟動時，永磁電動機電流可以由零開始緩慢啟動，沒有機械沖擊，提高了永磁電動機的使用壽命，避免了異步電動機初啟動時較大電流對電動機以及其他設備的危害，有效節約了電能。在膠帶輸送機中，永磁直驅變頻調速裝置的應用，實現了輸送機的平穩運行，減小了機械沖擊，降低了電流的消耗，有效節約電能。并且，沖擊減小，意味著輸送機對膠帶的要求降低，大大節約了煤礦運輸成本。

3.3 杜絕了高耗能現象

永磁直驅變頻裝置的應用，有效節約了電動機對電能的消耗，降低了成本投入。因為變頻裝置內部安裝有多機軟件，能夠通過輸送機各項參數變化智能切換功能，有效平衡功率，有效保護了電動機的安全。在膠帶輸送機運行時，若功率較小，可單機運行或多機冗余切換不運行，多機備用下，若一處出現故障，能夠有效保障輸送機繼續運行。并且，變頻裝置的應用，當輸送機上物料較少時，輸送機運速下降，空載情況下，輸送機自動停止，有效節約了電能，杜絕了高消耗、低效能現象。據相關人員統計，變頻裝置的應用，在閉環速度的控制下，輸送機節約電能是原來輸送機的10～60%之間，可見，新驅動系統的應用，大大節約了電能消耗。并且，新型裝置的應用，電動機不再長期處于高速運行狀態，有效提高了永磁電動機的壽命。

4 總結

通過煤礦實例，對新型驅動裝置與傳統驅動裝置進行對比，展現了永磁直驅變頻調速裝置的優勢。通過實際應用，可以發現，永磁電動機的節能系統應用，節電裝置為膠帶輸送機機頭節省了較大空間，膠帶輸送機啟動更加平穩，杜絕了高耗能現象，有效節約了電能，提高了輸送機運輸效率，延長了輸送機的膠帶、永磁電動機等的壽命，提高了企業經濟效益，可見，新型節能系統具有較高的應用價值，值得推廣應用。

[1]王勇，張君勇，楊海鵬，等.膠帶輸送機配備永磁電動機的節電研究及應用[J].能源技術與管理，2017，42（1）：170～172.

[2]楊志強.稀土永磁電機技術及應用探討[J].化工管理，2014（5）：123～124.

[3]李生祥.起重機用永磁同步電機的設計與研究[D].沈陽工業大學，2016：141.

[4]于治華，劉維東，羅楊.油田抽油機用永磁同步電動機高效運行研究[J].石油石化節能，2014，35（1）：7～9.