智能永磁直驅系統在長城五礦帶式輸送機中的應用

高嵩

【摘 要】本文介紹了智能永磁直驅系統的方案論證，同時詳細敘述了智能永磁直驅系統在帶式輸送機中的應用與其他幾種帶式輸送機驅動技術相比的優點和缺點，通過驅動技術的對比，結合現場情況，對智能永磁直驅系統在長城五礦+750斜巷帶式輸送機應用中的經濟效益進行了分析，進一步驗證了智能永磁直驅系統的高效節能，擴展了智能永磁直驅系統推廣應用的意義。

【關鍵詞】永磁電機；帶式輸送機；經濟效益

一、礦井概況

長城五礦位于寧夏回族自治區銀川市東南35km，行政區劃分隸屬內蒙古自治區鄂托克前旗上海廟鎮管轄。礦井設計生產能力180萬t/a。井下煤炭運輸采用帶式輸送機運輸。帶式輸送機運輸具有運輸環節少、占用人員少，運輸系統簡單，煤炭運輸連續性強等特點，易于實現集中控制，為礦井安全高效生產創造有利條件，因此，設計井下煤炭運輸采用帶式輸送機運輸。

二、課題提出

智能永磁直驅系統代替普通帶式輸送機驅動是技術升級的需求，是科技技術的再次升級。為此長城五礦對智能永磁直驅系統進行實踐與應用。

三、技術方案論證

智能永磁直驅系統采用變頻器直接啟動，與傳統帶式輸送機電動機相比去掉了減速機、軟起動裝置、高速聯軸器，永磁同步變頻電動機直接通過低速軸聯軸器與驅動滾筒相連，與傳統電動機相比具有高效、節能、運行平穩可實現功率平衡等優點。

總體性能指標與國內先進技術的比較：

1.常用的帶式輸送機驅動技術

（1）三相異步電動機+調速型液力偶合器+減速器；

（2）三相異步電動機+液粘軟起動裝置+減速器；

（3）三相異步電動機+CST軟啟動裝置；

（4）變頻器+變頻三相異步電動機+減速器；

（5）永磁直驅系統（變頻器+永磁同步電機）；

2.三相異步電動機+調速型液力偶合器+減速器

主要優點：（1）可以保證輸送機起動加速度值較小范圍內（約0.1-0.3m/s2）；（2）滿足電動機空載、滿載啟動；（3）易于實現輸送機遙控和自動控制；（4）沒有電控系統，故障率低；（5）能實現多機順序起動，減少對外界電網的沖擊；（6）操作簡單，性價比高。

主要缺點：（l）軟啟動性能稍差，起動過程中始終存在一個不穩定的過渡區；（2）系統控制性能和控制精度較差；（3）安裝精度高，電機、耦合器和減速器要求同心度高；（4）調速精度和傳動效率不及變頻調速，傳動效率較低；（5）電機啟動電流較大；（6）調速型液力耦合器結構較復雜，功率不同的液力偶合器之間主要部件通用性差，后期維護費用較高。

3.三相異步電動機+液粘軟起動裝置+減速器

主要優點：（1）具有無級調速功能；（2）輸送機過載時，能夠實現自動過載保護；（3）電動機可以空載啟動，從而減少對機械和電氣設備的沖擊；（4）多電機驅動功率相互平衡；（5）能夠實現可控減速；（6）具有主、從動軸同步運行，傳動比高的特點；（7）與電動機具有良好的匹配特性，可以充分利用電機的最大轉矩實現負載的軟啟動。

主要缺點：（1）摩擦片磨損嚴重，發熱量大，低速運行發熱量更大且低速運行時間受限；（2）使用油液傳動，易因漏油污染環境；（3）國產液粘可靠性參差不齊；（4）結構復雜，故障點多。

4.三相異步電動機+CST軟啟動裝置

目前，主井皮帶機采用的是電動機+CST軟啟動裝置的驅動裝置。

主要優點：（1）成功解決了帶式輸送機起動、停車、功率平衡等問題，具有良好的軟起動特性；（2）速度調節范圍為10%～100%，在此范圍內可以任何速度運行；（3）最高效率可達95%；（4）功率平衡性能較好。

主要缺點：（1）行星減速機與粘液傳動合二為一，相互影響；（2）制造難度大，安裝調試復雜；（3）對油的粘度與清潔度要求特高，否則影響齒輪壽命，容易造成比例閥卡堵而壓力不穩定；（4）維護復雜，使用維護費用高；（5）摩擦片直徑大，必須依賴進口。

5.變頻器+變頻三相異步電動機+減速器

主要優點：（1）在低頻下，通過磁場調節可確保電動機長期、平滑地運轉，在電動機過載的情況下，能夠自動調節輸出頻率，并最終在一個新的穩定速度點運行；（2）軟啟動效果較好；（3）控制精度高；（4）可長時間地保持在低于額定速度下的較低速度運行，且低速運行穩定，調頻特性可避開機械共振點，能有效避免機械共振，可滿足長距離帶式輸送機的驗帶要求；

主要缺點：（1）調速范圍較窄，一般為35Hz～50Hz，無法實現較低頻率調速，變頻主要目的仍為軟啟動；（2）變頻器核心部件（如IGBT）依賴進口，內部原理較為復雜，一般維護保養人員難以掌握。

6.永磁直驅系統（變頻器+永磁同步電機）

永磁直驅系統一種全新驅動方式，它采用的是礦用隔爆兼本質安全型低壓交流變頻器+礦用隔爆型永磁同步變頻電動機組成，與傳動滾筒直接連接的結構，中間無需減速器，驅動部件最少。

主要優點：（1）高效節能：永磁直驅系統的傳動效率約為93%，較“異步電機+減速機+機械軟起裝置“效率提高了20%左右，節約大量電能；（2）性能優越：起動轉矩大，過載能力強，滿足現場皮帶機重載起動需求；（3）對配電設備的電氣沖擊及對皮帶機機械沖擊小；（4）系統運行可靠、維護簡單：永磁直驅系統不需要減速器、機械軟起裝置，簡化了傳動系統結構，減少了故障點，提高系統運行可靠性。（5）功率平衡性好：通過主從控制能夠實現多機功率平衡；（6）驅動智能化：支持ModBus485、PROFBUS DP、以太網等多種通信接口的接入，可實現與上位機通訊。

主要缺點：（1）單臺永磁電機體積、重量較大，對現場運輸、安裝有一定要求；（2）價格較高，目前仍只適用于大功率驅動系統，小功率驅動應用時性價比低；（3）必須依賴變頻器驅動，不可在工頻電網下直接運行。

從以上幾種帶式輸送機驅動技術的對比中可以看出，在大功率驅動系統中永磁電機無論是從性能方面、智能方面，還是能耗方面、穩定方面都優于其他驅動技術，而且還簡化了傳動系統的結構，減少了設備故障點，提高了煤礦正常生產的穩定性。

四、經濟效益分析

長城五礦采用的智能永磁直驅系統應用在+750斜巷帶式輸送機，經過三個月使用，該設備一直處于平穩、可靠的運行狀態。

智能永磁直驅系統因省去了減速器、液力耦合器等中間傳動環節，經實際測算，整體傳動效率可提高15%，提高了原煤的運輸效率，帶來了可觀的效益，其設備體積小，節省了大量的空間。此外，還免去了這些設備的日常維護量，節約了大量的人力、物力的成本，而且工作噪聲低、安全性能高。同時該系統高效節能，每年實現節約電費74 萬元，節省機械維修費用2.4萬元。

【參考文獻】

[1]王鑫，李偉力，程樹康.永磁同步電動機發展展望[J].微電機.2007，40（5）：1-5

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