無齒輪永磁同步變頻驅動系統在井下膠帶輸送機中的應用

張麗崢

（陽泉煤業集團有限責任公司，山西 陽泉 045000）

無齒輪永磁同步變頻驅動系統在井下膠帶輸送機中的應用

張麗崢

（陽泉煤業集團有限責任公司，山西 陽泉 045000）

經技術改造后的井下膠帶輸送機采用了無齒輪永磁同步電機變頻驅動系統，通過工程實例與理論分析，確定了整個驅動系統具有高效、節能；低噪音、免維護；輸出轉巨大，起動平穩；結構緊湊、體積小、重量輕的優點。這一系統為礦用設備領域采用“綠色礦用設備”進行了有益探索。

無齒輪永磁同步變頻驅動系統；高效、節能；綠色礦用設備

井下膠帶輸送機驅動系統，過去采用礦用隔爆型籠式異步電動機，經液力偶合器、減速器傳動滾筒帶動膠帶運動，這種傳統驅動方式的缺點是：1、異步電動機→液力耦合器→減速器→傳動滾筒，要經兩道機械環節，傳動環節多，機械效率低。2、重載起動困難：當膠帶輸送機滿載運行中，因故停止運轉時，再次起動非常困難而造成停產時，往往要調大量人員清理膠帶上的煤炭，才能重新起動膠帶輸送機。3、常對液力耦合器、減速器等部件進行保養、維護、且更換頻率較高。4、驅動系統能耗高、噪音大。

通過市場調研論證，選用了高效的無齒輪永磁同步變頻驅動系統，由永磁同步電動機與變頻器相結合實現動力傳遞，省去掉了減速器和液力耦合器，整個驅動系統具有高效、節能、低噪音、免維護；輸出轉矩大、起動平穩、結構緊湊、體積小、重量輕等優點；它的運用成功，為采用“綠色礦用設備”進行了有益探索。

1 永磁同步電機與異步鼠籠電機的比較

國陽一礦北丈八井8507綜掘工作面第一部膠帶機，運輸距離長度568m，平均上運坡度2.5°，采用二臺籠式異步電動機（40 kW）DS2B-40Q經液力耦合器和減速機驅動。異步電動機的效率在額定運行時為0.91，液力耦合器效率為0.96，減速機效率為0.94，整個系統的效率為0.91×0.96×0.94=0.8212。國陽一礦北丈八井8508綜掘工作面第一部膠帶機，運輸距離長度600 m，平均上運坡度3°，采用二臺永磁同步電動機（34 kW）與礦用隔爆型變頻器直接驅動。取消了液力耦合器和減速機，整個系統效率為0.89。它與傳統原系統相比效率提高了7%。通過以上兩部膠帶機實際運行看出；永磁同步電機運行效率高、功率因數高、溫升低、機械特性穩定、并聯效果好、節能降耗。由于永磁同步電機傳遞力矩非常大，34kW同步電機額定轉矩高達4240N·m，故可直接傳動驅動滾筒。兩種驅動方式的主要參數，見表1。

表1 DS2B-40Q異步電機與同步電機主要參數參照表

現場實測，永磁同步電機的功率比異步電動機小（40 kW-34 kW=6 kW）。膠帶輸送機正常運轉一天，按16 h計算，一年節約電量為6×16×360=34560kWh。每度電價按0.5元計，一年節省電費為:34560×0.5=17280元。DSP80膠帶輸送機為雙滾筒驅動，每臺輸送機一年節省電費為:17280×2=34560元，節能效果非常可觀。

2 礦用隔爆型變頻器的低噪音、免維護特點

普通傳統驅動系統運行時，由于液力耦合器、減速器、齒輪的長時間工作，液力耦合器會常出現軸承損壞、工作液體滲漏、易熔塞熔化、葉片被打壞等故障；減速器會常出現軸承損壞、油封漏油、齒輪磨損等故障；增大了礦方的維修量、影響了整個運輸系統效率。

新型變頻器與同步電機直接驅動系統，由于取消了減速器、耦合器，系統的震動和噪聲大大降低。變頻器是一種電子器件的集成，它將機械的壽命轉化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設備維護量。利用變頻器的軟起動功能實現帶式輸送機的軟起動，起動過程中對機械部件基本無沖擊，大大減少了皮帶機系統機械部分的檢修量。

由此可見，采用無齒輪永磁同步變頻驅動系統以后，節約了因更換減速器、耦合器、齒輪等磨損零部件投入的費用；節約了因維修減速器、耦合器而采購密封、油脂、軸承投入的費用；節約了因檢修及日常維護減速器、耦合器、齒輪而投入的人工費用；節約了由于起動不平穩造成皮帶拉裂而投入的采購費用。

3 輸出轉矩大、運行平穩特點

由參數表1看出，永磁電機具有20極的高極數，可獲得較大的轉矩，無需減速器也可直接驅傳動滾筒。

采用普通驅動系統時，起動電流大，是電機額定電流的4倍～7倍。大的瞬間起動電流會在起動過程中產生沖擊，引起電機內機械應力和熱力發生變化。對機械部分造成嚴重磨損甚至損壞，還將引起電網電壓下降，影響電網內其它設備的正常運行。

采用無齒輪永磁同步變頻驅動系統時，利用變頻器的調速功能實現帶式輸送機的緩慢起動，起動過程中對機械部件基本無沖擊，對設備機械部分基本不會造成損壞，并可實現重載起動。

4 應用價值及其特點

無齒輪永磁同步變頻驅動系統，現已正式用于山西國陽新能股份有限公司一礦北丈八井8508綜掘工作面第一部膠帶機上，通過一年來的實踐證明，應用效果顯著。該系統具有起動轉矩大，過載能力強的特點，尤其適合膠帶輸送機重載起動，不僅可以實現多臺驅動電機之間的功率平衡和速度同步，而且提供可調的驗帶速度，以降低快速起動、快速停車過程對膠帶輸送機的機械沖擊和對井下電網的沖擊，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%。該系統可廣泛用于綜掘工作面膠帶輸送機，具有較高實際應用價值和應用前景。

Application of No-gear Permanent-magnet Synchronous Frequency Conversion Driver System in Mine Belt Conveyer

ZHANG Li-zheng
（Yangquan Coal Group，Yangquan Shanxi045000）

By technology improvement,the no-gear permanent-magnet synchronous frequency conversion driver system was used in mine belt conveyer.Through the engineering case and theory analysis,we find that the system has the following qualities:high efficiency,energy saving,low noise,maintenance free,high output rate,smooth starting,compact structure,small size and light weight.The system is a significant exploration of green mining equipments.

no-gear permanent-magnet synchronous frequency conversion driver system;efficiency and energy saving;green mining equipments

TD65+3

A

1672-5050（2011）03-0038-02

2010-11-06

張麗崢（1968—），女，山西陽泉人，本科，電氣工程師，國家注冊電氣工程師，主要從事電氣設計工作。

徐樹文