永磁直驅變頻技術用于帶式輸送機的節能探索研究

高剛

摘要：本文我們詳細闡述了永磁直驅變頻技術在帶式傳輸機的組成及相關特點，比較幾種不同帶式輸送機采用驅動系統的優點和缺點，對同一帶式輸送機變頻永磁直驅系統和異步驅動系統進行比較，最終通過計算分析了變頻永磁直驅系統節能和降耗效果。

關鍵詞：永磁直驅變頻技術;帶式輸送機;節能;探索;

1變頻控制技術現狀

目前，國內外針對帶式傳輸機的變頻調節做了很多研究，很多是通過人工控制的，并設置相應的員工崗位進行實時數據分析。膠帶上煤流減少之后，能夠通過人為降低變頻頻率實現節能，然而這種方案無法實現自動化控制，而且人工進行負荷大小判斷，所產生的誤差較大，無法實現節能化以及最大生產功率。此，外接觸式的側煤傳感器是通過在膠帶上方安裝小貼片，當有煤通過時會觸發開關動作，進而實現膠帶控制。這種方案無法確定單個接觸點，也無法進行實時準確的信息反應，傳感器很容易會被損壞，使用壽命較短。因此需要采用變頻控制系統對負荷大小實現實時準確檢測，并根據負荷大小進行頻率的調整。隨著微波光技術的發展，微波光非接觸式傳感器能夠解決上述問題，變頻節能控制系統應用于帶式輸送機是利用微波光技術傳感器來檢測高速旋轉輸送機煤流厚度，接收元件接收到反射信號之后，會通過模擬信號計算出相應的厚度，在經過回波分析過濾之后，到達微處理器算出實時厚度，通過電路輸出，進行物料厚度的反應，最終將這些數據傳送到相應的控制系統中，實現煤流起停車，基于這種情況下可以實現有煤的情況下開車，無煤的情況下停車的節能運行方式。

2變頻永磁直驅系統組成及特點

永磁變頻直驅系統是由永磁電機和變頻器這兩個部分組成的，電磁電動機負載是其驅動模式，能夠代替傳統驅動系統中電動機-耦合器-齒輪箱-負載這種復雜的驅動系統。新型的永磁變頻直驅系統具備以下特點：一，安全性。由于這種永磁直驅變頻系統沒有設置減速系統傳動鏈大大降低，能夠使系統在運行過程中更趨穩定性，產生的噪音較小，在安全性方面可靠性高，沒有設置齒輪傳動，進而能夠有效控制機器磨成所造成的損失，延長機械的使用壽命，其使用的變頻傳動方式不會產生較大沖擊，能夠解決，帶式傳輸機在運行過程中對于機械設備和傳送帶的損害。永磁電機在可控性方面性能較好，能夠解決由于遠距離高運量輸送機多驅動功率的平衡性問題，該變頻器配有濾波和電抗器裝置，能夠有效避免其他設備對機器的干擾以及給外網帶來的污染。在安裝方面，由于組成部件較少，因此在安裝和維護方面比較便利。二，免于維護。變頻永磁驅動系統沒有安裝減速系統以及相應的液壓系統和冷卻系統，因此在維護工作上難度較小，工作量少，能夠有效降低維護成本，該系統在工作過程中使用時間較長，停機少，因而會給企業帶來較大的經濟效益。三，智能控制。該驅動設備具備零速滿轉矩輸出的特點，能夠實現平穩運行，具備低速驗帶的功效。采用的是DTC的轉距控制，在反應過程中時間較短，能夠準確進行控制，便于實現多驅動功率的平衡。采取的是變頻控制的方式，能夠使輸送帶實現曲線式的啟停，根據實際工況來調整運行速度，采取四象限運行方式，能夠根據緊急停車以及工況制動實現電腦反饋。

3變頻永磁直驅系統與異步電機驅動系統對比

變頻永磁直驅系統運用于帶式傳輸機中具備以下優勢：一，可以根據傳輸機的參數進行啟動時間調節，能夠使傳送機按照預定速度實現平穩運行，并且可以實現滿載啟動。在允許加速度范圍內控制輸送機的啟動加速度，進而能夠將啟動張力控制在合理的范圍之內。同時，這種系統能夠實現多機驅動功率不平衡控制，將其控制在2%的范圍內。當輸送機實現滿載啟動狀態時，其啟動電流比較小，能夠有效避免外界電源所產生的污染，能夠實現過載保護，運行效率較高，能量消耗比較少，便于實現集中和智能化控制，同時該帶式輸送機體積小，所占面積也相對較小。目前我國很多帶式輸送機在驅動系統上有多種方式，比如變頻異步電動機耦合器減速機系統，CST可控起動制動系統，低速直連直流電機氣動系統等。然而近幾年來這種新型的永磁變頻直驅系統，相比這些驅動系統來說具有獨特優勢。從幾種驅動系統的經濟性，技術指標上我們可以發現，基本都可以滿足帶式輸送機在運輸方面的要求，從功能角度上看，首先在運送量調節和傳輸速度調節上，CST可控驅動系統，低速直連直流電機系統以及永磁變頻直驅系統在該性能上比較強，在過載保護上相比后兩者驅動系統來說CST驅動系統的離合器安裝在低速軸上，因此在過載保護響應值相比會縮短100毫秒。因此，采用這種CST驅動系統和永磁變頻系統能夠實現快速單獨空載和順序的啟動和停止，進而能夠使電網電壓在一定范圍內緩慢降低。但由于CST驅動系統組成比較復雜，成本較高，液壓元器件在維護方面技術性要求高，而且所需要的潤滑油質量較高，使得該系統整體運行費用，高一旦出現潤滑油泄漏，則會給外界環境帶來較為嚴重的污染。因此在帶式輸送機運行時，可以采取變頻永磁直驅系統更加適合。除此之外，以上四種變頻啟動方式在基本的傳送機功能上都可以滿足要求，具有低速驗帶功能。傳統系統是異步電機耦合器減速機系統，這種驅動系統運行效率較低，而且能源消耗量大，而低速直連直流驅動系統在調速功能方面比較完善。然而這種驅動系統所需的電氣設備較多，在控制方面環節復雜，很容易在運行中出現故障，占地面積大，會給后期維護工作帶來較大難度。因此相比來說，采用變頻用自啟動系統所需的電氣設備較少，運行效率較高，在后期維護方面能夠盡量實現零維護。

4應用效果分析

在實際研究中，我們的輸送帶型號和基本參數為ST2500鋼絲繩芯阻燃帶，帶寬為1400mm，帶質量為36.8Kg/m²。輸送機采用變頻節能控制系統，進行數據分析，按照每年工作日計算，該運輸系統的線路阻力計算中，承載分支為238025N，回程分支為3175N，局部阻力其中清掃機的阻力為3076N，相比原始參數來說有了明顯的改善。

4.1節能效果分析

為避免啟動出現故障，需要由三臺起動機同時進行啟停，并拖動膠帶進行運轉，采用變頻器拖動時，由于該變頻器能夠實現恒轉矩，在啟動時不會降低轉矩，甚至可以獲得相應條件下的額定轉距。根據現場所獲數據，采用變頻器拖動膠帶運行，可以將軟啟動三臺電動機的功率進行整體運算。我們發現使用變頻節能系統之后，相比原有的啟動系統來說，在空載時具有較強的節能效果。

4.2降耗效果分析

采用這種變頻控制系統，除了能夠節約能源之外，還可以減少膠帶系統的磨損程度，當處于額定轉速時膠帶的機械功率為1269KW，帶寬降到1400mm，膠帶在沒有煤的情況下，變頻控制器調制深也會降低，相比原有的膠帶機系統運轉來說磨損度也會顯著降低。

小結

總而言之，變頻永磁直驅系統具有免于維護，安全性，穩定性，智能控制，高效節能等特點，相比傳統的驅動方式來說，對于帶式輸送機是比較合適的驅動系統，隨著當前永磁體材料成本，控制技術的發展，未來這種永磁變頻直驅系統將會在輸送機領域方面得到更為廣泛的應用。

參考文獻

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