永磁變頻電動機直驅帶式輸送機在煤礦井下的應用研究

靳昌軍 周存燕

摘要：近幾年，永磁同步電機變頻驅動技術發展迅速，對比傳統的液力偶合器軟啟動方式，具有低轉速大轉矩、結構簡單，傳動效率高、安裝簡便、維護成本低等特點。通過在柴里煤礦帶式輸送機驅動中的推廣應用，大大延長了膠帶輸送機使用壽命，降低了生產過程中的維修量，增強了綜掘工作面主輸送系統的安全性和可靠性，杜絕了因故停機不能帶載起動的狀況，節電率高達25%，具有較高實際應用價值和應用前景。

Abstract： In recent years， permanent magnet synchronous motor variable frequency drive technology has developed rapidly. Compared with the traditional hydraulic coupler soft start method， it has the characteristics of low speed， high torque， simple structure， high transmission efficiency， simple installation， and low maintenance cost. Through the promotion and application in the driving of Chaili coal belt conveyor， the service life of the belt conveyor has been greatly extended， the maintenance volume in the production process has been reduced， and the safety and reliability of the main transportation system for the comprehensive excavation face have been enhanced. It puts an end to some reason stop can not carry the condition of starting， save power rate is as high as 25%， has the high practical application value and the application foreground.

關鍵詞：煤礦；帶式輸送機；永磁同步；驅動；電機

Key words： coal mine；belt conveyor；permanent magnet synchronization；driver；electric motor

中圖分類號：TD528 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）31-0178-02

1 背景

帶式輸送機是煤礦安全生產中的重要運輸設備，承擔從采煤工作面到主井煤倉到洗煤廠等多個關鍵環節的煤炭運輸任務。帶式輸送機在拖動運行過程中，如果直接啟動，瞬間啟動力矩高，容易對電動機和輸送帶接頭及機械部件造成強烈的沖擊，為了避免過高的起動力矩造成的不良影響，因此在帶式輸送機拖動控制中引入了軟啟動技術。所謂軟啟動，是指動力輸出裝置在滿載，保持足夠的起動時間，起動加速度保持在設定的范圍內，并且能夠克服系統的慣性，按照要求平穩地起動或停車。目前在柴里煤礦普遍應用的啟動方式為液力偶合器軟啟動方式，通過在電機與減速器之間安裝液力偶合器實現。

2 液力偶合器軟啟動方式在煤礦應用中的優缺點對比

液力偶合器軟啟動驅動方式目前普遍應用于柴里煤礦掘進施工過程中具有以下優缺點。

2.1 優點

①對環境的適應性強，可以在煤礦井下特定的環境下工作。②故障率低，使用壽命長。③結構簡單，操作維護簡便，不需要特別復雜的技術，養護費用低。④性能價格比高，價格低廉。

2.2 缺點

①啟動過程不能控制。②停機不能帶載起動。

3 永磁同步電機變頻驅動的應用狀況

近年來，隨著電力電子技術快速發展，永磁同步電動機得以迅速的推廣應用。與傳統的電勵磁同步電機相比，永磁同步電機具有損耗少、效率高、節電效果、電機結構簡單靈活、可靠性高、體積小功率密度大等明顯的優點。在一些地面廠礦應用逐漸增多，已逐步取代交流異步電機，作為一種新型節能電機，在煤礦井下也逐步開始應用。永磁同步電動機以永磁體提供勵磁，使電動機結構較為簡單，降低了加工和裝配費用，且省去了容易出問題的集電環和電刷，提高了電動機運行的可靠性；又因無需勵磁電流，沒有勵磁損耗，提高了電動機的效率和功率密度，因而它是近幾年研究較多并在各個領域中應用越來越廣泛的一種電動機。

永磁同步電機變頻驅動系統，是由永磁同步電機和專用變頻控制系統組成。在永磁同步電機上安裝高精度速度傳感器，傳感器將速度和轉子的絕對位置信號，實時傳送到變頻控制器中。在控制策略上，采用變頻器控制系統根據實時的電機磁極運動狀態，施加矢量電流控制電機運轉，對電機轉速和轉矩精準控制。實現軟啟動、軟停車、帶載啟動、多驅功率平衡等功能操作。

4 永磁變頻皮帶機機頭結構特點

根據永磁電機的結構特點，重新設計了新型機頭傳動裝置，該傳動裝置主要組合方箱式機頭架、分體式底盤、主傳動滾筒、卸載滾筒、TBVF永磁變頻電動機及配套BPJ變頻器組成。

組合方箱式結構，方便主傳動滾筒拆裝；電動機和滾筒設計采用同一底盤，給電動機找正安裝帶來了方便；電動機和主傳動滾筒連接采用內外齒聯軸器減少橫向安裝空間。

5 永磁變頻電動機直驅帶式輸送機介紹

5.1 提高效率，節約能源

永磁直驅系統傳動效率在94%以上，原有異步電動機+液力耦合器+減速機傳動效率在76%以下，效率提高了18%以上，大大節約了電能。

5.2 啟動平穩，運行噪音低，實現軟啟動

永磁變頻電動機直驅帶式輸送機的變頻器可以根據負載情況的變化，通過調整變頻輸出頻率，皮帶機可實現從0到額定速度之間無極調速，滿足特殊運行情況下的需要，使啟動過程平滑穩定，沒有機械沖擊。

5.3 降低了設備的維護量

由于采用直接驅動方式，省去了對液力偶合器、減速器和齒輪的維護，在實際應用中無需更換齒輪油，檢修減速箱，節約了使用成本，減低了維護工作量，實現了真正的免維護。

5.4 啟動轉矩大，過載能力強

傳統電機的啟動轉矩通常是額定轉矩的55%，沒辦法實現滿載啟動。與傳統驅動系統相比，智能永磁直驅系統所使用的永磁直驅電機的啟動轉矩是額定轉矩的22%，因此當現場需要滿載或過載啟動時，就能直接啟動，不需要人工再把物料卸載，極大地減輕了操作工人的勞動強度，節省了時間，提高了效率，也避免由于堵轉、過載等造成的電機損壞，保護了設備的正常運行。

5.5 驅動系統智能化

驅動系統的智能化，是采用PLC智能控制，運用無傳感器矢量控制技術（SVC）變頻啟動，可實現系統傳動的緩慢勻速啟動。勻速啟動避免了電機瞬間啟動對電網的沖擊，同時也避免了轉矩波動給傳動系統帶來的機械沖擊，因此降低了系統的電網故障和機械故障。同時該系統采用物聯網技術，支持RS485等多種通訊協議，可實現與上位機通訊，實現多臺設備集中控制運行，可實現無人值守、遠程控制、在線監控、故障診斷。

6 推廣應用價值

永磁變頻電動機直驅帶式輸送機，目前已正式用于柴里煤礦掘進三區23下306運輸巷跟機膠帶輸送機上，通過在現場的安裝應用，使用效果非常好。其起動轉矩大，過載能力強的特點，尤其適合煤礦井下膠帶輸送機的重載起動，大大減輕了現場職工的勞動強度，提高運行效率，具有較高實際應用價值和應用前景。

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