智能永磁直驅系統在煤礦帶式輸送機的應用優勢

棗礦集團新安煤業公司 山東 濟寧 277642

引言

據了解,國內大小煤礦開采企業在以往的生產體系中都采用的是傳統的帶式輸送機異步電機驅動系統,由于機械生產隨著時間的增長會出現不同程度的老化和故障,且該系統本就在啟動的過程中存在客觀局限性,無法進行針對性的優化。其次,在國內科技不斷更新和進步的情況下,對于生產方式逐漸由機械化向自動化、智能化轉變。因此,為進一步實現企業生產的現代化發展目標,采用智能永磁直驅系統來代替原有的動力輸入系統,希望通過該系統的廣泛應用能夠有效的提高國內生產的經濟效益,推動國家生產力的進一步發展。

1 永磁電機工作原理

永磁電機是以磁場為媒介進行機械能相互轉換的電磁裝置,當電機的定子繞組中通入三相電流后,就會在永磁電機的定子繞組中形成旋轉磁場,由于在轉子上安裝了永磁體(永磁體的磁極是固定的),根據磁極的同極相斥和異極相吸的原理,在定子中產生的旋轉磁場會帶動轉子進行旋轉,最終達到轉子的旋轉速度與定子中產生的旋轉磁極的轉速相同。

2 智能永磁直驅系統的組成與特點

2.1 同步智能伺服控制器和普通異步變頻器區別 同步智能伺服控制器是專門針對永磁同步電動機結構特點和機械特性開發的控制器,同步伺服控制器針對同步電機啟動難和控制不當易失步飛車的特點專門開發控制軟件,通過采用同步電機參數辨識技術和空間矢量控制技術對電機模型進行辨識、對勵磁電流和轉矩電流進行分開控制。在減少勵磁能耗同時增大了轉矩驅動力。而普通變頻器是針對異步電動機開發的控制軟件,普通V/F控制方式無法在低速區提供足夠的扭矩輸出;高端矢量型變頻器雖然在輸出轉矩方面有所提升,但其控制對象是異步電機。普通異步變頻器無法通過自學習功能識別永磁同步電機模型,啟動時無法對永磁電機轉子位置進行有效識別,極易造成啟動失敗,即使能啟動成功,但啟動后電機的空載電流和轉矩特性也達不到同步智能伺服控制器的指標。

2.2 智能化 智能永磁直驅系統運用無傳感器矢量控制技術(SVC)變頻啟動,能實現系統傳動的緩慢均勻啟動,避免了以往異步電機啟動的瞬間大電流給電網帶來的沖擊,因此降低了電網故障和機械故障。智能永磁直驅系統需要兩臺電機驅動,通過主從控制使輸出功率及運行電流無偏差,可實現功率平衡,解決了原來異步電機運行時功率不平衡和易造成電機損壞的問題。此外,智能永磁直驅系統支持CAN、MODBUS485、PROFBUSDP等多種通信接口的接入,可實現與上位機通訊,實現多臺設備集中控制運行。

2.3 永磁直驅系統的特點 1)傳動效率高。傳統帶式輸送機的驅動方式為電動機、偶合器、減速器組合,其傳動環節多,綜合傳動效率只有85%左右,而永磁直驅系統的傳動效率就是電動機的傳動效率,可高達95%,比傳統驅動系統提高了10%以上。2)故障率低。永磁直驅系統驅動部無減速器、液力偶合器,結構簡單、故障點少、故障率低。3)日常維護和檢修量小。異步電動機驅動部日常維護量主要為減速器換油、電動機軸承注油及聯軸器的檢查維護(由于井下地壓較大需定期對連接部位進行找正),而永磁直驅系統驅動部日常維護量主要是定期為電動機軸承注油。4)調速范圍寬。永磁電動機比普通變頻電動機調速范圍更寬,它可實現超低速(如0.5m/s)、高轉矩運行,最高2倍額定轉矩軟啟動,具有良好的啟動性能,能有效地避免為滿足重載啟動的工況而被迫選擇大功率電動機的尷尬。5)實現功率平均。系統采用多電動機主從控制驅動,避免多電動機因出力不平衡而損壞電動機,實現功率平衡,并能實現對過壓、過流、欠壓、過熱等各種故障的保護,保障系統安全穩定運行。

2.4 智能永磁直驅系統的優越性能 較傳統驅動方式而言,智能永磁直驅系統安裝簡便傳動高效、運行平穩配件費用及工時投入少、節能降耗明顯的優越性顯而易見。安裝便捷傳動高效。傳統帶式輸送機的驅動方式為電動機對接減速器組合,對接時調整對輪水平程序繁瑣,其傳動環節多電動機動能通過對輪減速器傳遞給皮帶驅動滾筒后,動能直接損失在15%-20%以上,而永磁直驅系統驅動部無減速器,電動機輸出軸與皮帶主滾筒通過蛇形聯軸器直接對接,結構簡單,傳動效率就是電動機去除蛇形聯軸器的動能消耗,效率可高達95%。運行平穩配件費用及工時投入少。傳統驅動方式的日常維護量主要為減速器換油、電動機軸承注油及聯軸器的檢查維護,同時重載啟動會對電機線包、連接部位和皮帶接口造成損傷,而永磁直驅系統驅動部日常維護量主要是定期為電動機軸承注油,比普通變頻電動機調速范圍更寬,它可實現超低速(如0.5m/s)、高轉矩運行,最高2倍額定轉矩軟啟動,具有良好的啟動性能,能有效地滿足重載情況下平穩啟動,當煤矸量大,啟動困難時,操作工可以在現場調整電動機頻率,逐漸降低頻率,立即解決壓車問題,避免了傳統驅動的重載啟動困難損壞設備配件,同比維護量小、維修成本低,費用和工時投入少。

2.5 智能永磁直驅系統與傳統驅動系統的應用技術對比 智能永磁直驅系統為新型節能系統,具有高效節能、啟動扭矩大、維護量少等特點。但就現場情況來看,目前在露天地面帶式輸送機系統上應用仍然存在一些較為關鍵的問題需要研究,例如電壓等級、冷卻方式;由于設備質量較大在半固定機頭站等懸挑結構上應用,對空間與承載能力的要求及運行過程中與滾筒軸的對中性與同軸度的保證等。

結語

智能永磁直驅系統具有安全可靠,節能高效,維護量低,噪聲小等特點,較傳統驅動方式節能效果明顯。隨著永磁控制、變頻控制技術的進一步發展完善;永磁體材料成本的進一步降低及輔助應用技術的進一步發展,這種驅動形式必將在帶式輸送機系統中得到廣泛應用。