永磁變頻電動機直驅帶式輸送機在煤礦井下的應用研究

姜強 范濤 陳玖

摘 要：帶式輸送機的核心部分是其傳輸動力裝置，其中典型的傳輸動力裝置就是永磁電動機和直驅電動機，這兩類電動機的有機結合構建了永磁變頻直驅系統，實現了帶式輸送機的本質功能。本文基于此，首先分析了永磁直驅系統中直驅電動機和永磁電動機的基本特點，然后基于此分析了永磁變頻電動機直驅系統存在的優勢，并最后其對在煤礦井下的應用情況來說明了這一系統的具體應用價值。

關鍵詞：永磁變頻電動機；直驅帶式輸送機；應用研究

前言：對于煤礦井下作業來說，其一個重要的工序環節就是對煤炭等礦物質的輸送。對于這一輸送任務來說，其要求承擔這一輸送任務的輸送機來說要具有安全可靠、節能高效以及維護容易等方面優勢。根據這一技術要求，國內外很多學者對此展開研究提出了很多優秀的建議和方法，其中一個就是利用永磁材料構建輸送任務所需的電動機。在這一技術提出的早期，由于永磁材料的本身性能和成本價格的局限導致這一技術沒有得到很好的推廣。進入新時期以來，隨著永磁材料性能的突破性提升以及成本的降低使得這一優良技術的優良特性被顯現出來，并迅速應用在高負荷的輸送場景中。本文基于這一背景，分析了該技術的優良特性，并就其在煤礦井下作業環節的應用局面進行了相關討論。

1.永磁變頻直驅系統簡述

1.1直驅電動機特點簡述

直驅電動機是一種針對傳統電動機存在的主要缺陷的改進傳動裝置。對于傳統裝置來說，其構造復雜，涵蓋很多機械傳動零部件，這些傳動零部件在這一系統的運轉中會跟隨著運動，此外傳動輪之間的傳動鏈條長度較長，因而導致這一傳動裝置傳動效率低下。除了傳動效率低下的問題外，機械磨損引起的故障概率高，這主要因為其涉及轉動的部件較多，這些部件在傳動運作過程中不可避免地因為摩擦的緣故導致機械受損，由于涉及的部件較多，因而導致出現故障的概率極高，同時因為部件較多的緣故導致維護修理過程困難較大。此外這類裝置在長期的運作中會因為相關部件的機械損耗導致設備的系統魯棒性不佳，導致該設備處于報廢狀態，因而也容易導致設備壽命不高。而作為改進型的直驅電動機，不在使用這種鏈式傳動方式，而是采用直接傳動的方式進行設備的運作，這一傳動過程減少了中間過程，降低了傳動的損耗，提升了傳動效率。此外由于中間環節的減少使得系統運行的魯棒性相對較高，同時設備的故障出現率低，這一顯著的優點使得該類裝置的設備壽命較長，并且故障維護近乎為零，節省了維護成本，從而有助于相關領域的工業生產實現成本控制。

1.2永磁電動機特點簡述

隨著稀土資源的有效開發，大量的高性能的低成本永磁材料被開發出來，使得永磁電動機得到了很好的發展。永磁電動機作為一種新型的電動機裝置，其同傳統的電勵磁電動機相比，結構相對簡單，設備所占體積較小，質量輕便，傳動效率高，并且系統運行魯棒性高等特點。除此之外，該電動機在其形狀設計上靈活多變，因而能夠根據其應用場景對其構造進行適應性設計，從而提升了該裝置安裝的靈活程度，進而提升了其在應用范圍。對于這一構建的電動機來說，其由幾種推廣形式，比如稀土永磁電動機、高效永磁同步電動機等。前者相比傳統的電動機裝置來說省去了集電環和電刷裝置，使得相關的結構簡單化，從而降低了故障概率；對于后者來說，其最大的特點就是不再需要無功勵磁電流，因而提升了功率因素，這樣有助于降低定子電阻所帶來的損耗，從而提升了傳動效率。當然這一類電動機的機械結構上的主要特點就是定子的構造和傳統的異步電動機相，但是轉子上有永磁材料的包裹，因而可以產生穩定的旋轉磁場，從而推動系統高效平穩運轉。

2.永磁變頻電動機直驅系統優勢分析

2.1永磁變頻電動機結構簡單且效率高的優勢分析

傳統的異步電動機中的轉子構造和永磁電動機有著很大的不同，其沒有采用磁性材料進行纏繞，而是采用銅線材料，這樣導致在電機運轉的過程中能量的轉變不可避免地有一部分轉化為熱能，從而導致能量的無形浪費，而永磁電動機的轉子由磁性材料組成，其在生成旋轉磁場時，由于其永磁的性質，則其不需要外力的作用來形成相應的旋轉磁場，因而在能量的轉化過程中幾乎不會有能量轉化為熱能，因而提升了能量的利用率。由于后者對應的轉子不在通過勵磁電流來產生旋轉磁場，從而避免了電磁轉化過程中的無功勵磁電流的變化導致無功功率的產生，使得后者的功率因素高（個別情況接近于1），即對應的功率轉換效率高，因而促使其對應的傳動效率高，啟動電流平穩可控，因而啟動時對于電網的瞬時沖擊較小。此外對于永磁變頻式電動機來說，其在運轉的過程中，不在需求減速機等裝置，因而使得這一電動機構架簡單。此外，這一類型的電動機也沒有傳動輪等的磨損，因而在維護中不需要對齒輪箱進行維護，由此使得整個以此電動機為基礎的傳動裝置的維護工作負荷明顯降低，不僅有助于改善維護工作局面，同時也有助于實現維護成本的控制，從而大大降低了這一裝置的運行成本，提升了其潛在的經濟價值和市場前景。

2.2永磁變頻電動機安全性高且壽命長的優勢分析

當前隨著永磁變頻電動機的廣泛使用也促進了其對應的技術的升級和更新，當前無傳感器矢量控制技術作為一種新型的驅動技術被應用在了這一傳動裝置中，因而使得這一裝置在啟動到穩定運行的過程中相比傳統的異步電機顯得更加平穩，這樣就大大降低了互感現象對于電力系統的危害，相比傳統的異步電動機來說，其發生故障的概率大大降低。此外，在構建驅動系統時往往會采用兩臺這一類型的電動機進行過傳動運作，其形成一種主從驅動的方式，實現了運行中的電流和輸出功率具有一致性，有助于系統的平衡，降低了電動機的磨損率。以上兩個方面的分析可知這一構架提升了系統的可靠性。此外這一類型的電動機相比傳統的異步電動機來說其由于沒有能量轉化為熱能的形式，因而就不會有電動機因為其溫度過高而導致損壞的情況出現，因而從這一層面來說，其對應的使用壽命普遍長于傳統的異步電動機。除了以上的優勢外，永磁變頻電動機在安全性等性能上也遠遠優于傳統的異步電動機，對于這一優點來說，其主要是因為該裝置內部具有過熱、欠壓、過流、過壓等相關情況下的電機保護系統，從而使其安全系數有所提升。

3.永磁變頻電動機直驅帶式輸送機在煤礦井下的應用情況分析

以某典型的煤礦井下作業為例，在近些年實現了煤炭傳輸裝置的升級改造，將原先的“滾筒——聯軸器——減速器——異步電機”的構架轉化為永磁電動機驅動方式。根據具體的應用功情況分析，這一新型傳輸裝置相比原先的的傳輸裝置在傳動效率上上提升了大約50%。此外，此電動機采用了變頻器來對煤炭的具體輸送情況來適當的變化傳輸速度，從而實現了節能的目的。根據運行的數據來看，在相同的額定功率下，傳統方式對應的傳輸總效率大約為67%，而永磁電機裝置對應的傳輸系統的傳動效率高達92%，此外從兩種傳輸裝置的壽命期內的費用對比可知，永磁電動機的壽命期內的費用大約為傳統的異步電動機的70%，由此可見這一新型傳輸裝置的應用使得運行成本降低了大約30%，由此提升了對應企業的經濟效益。

4.結語

本文以永磁變頻電動機為研究對象，分析了其構建基礎的直驅電動機和永磁電動機對應的特點，并基于此分析了永磁變頻直驅系統的優勢所在，最后分析了以永磁變頻電動機直驅系統為傳動裝置的帶式輸送機在某一煤礦井下作業的情況，應用情況表明，這一新型傳動裝置的引入對于煤炭輸送情況來說，能夠提升傳送效率，降低成本，從而為相應的企業帶來經濟效益的提升。

參考文獻：

[1]靳昌軍，周存燕.永磁變頻電動機直驅帶式輸送機在煤礦井下的應用研究[J].價值工程，2018，37（31）：178-179.