永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)在皮帶機(jī)的應(yīng)用

賀志偉

(山西焦煤集團(tuán) 技師學(xué)院，山西 汾西 032000)

目前，傳統(tǒng)的皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)是采用異步電動(dòng)機(jī)+液力耦合器+減速器來(lái)傳遞動(dòng)力，存在“大馬拉小車(chē)”、傳動(dòng)效率低、電氣機(jī)械分離、產(chǎn)品整合度低等問(wèn)題，而永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)取消了減速器和聯(lián)軸器，采用直驅(qū)方式，傳動(dòng)效率可達(dá)95%以上。直驅(qū)系統(tǒng)改變了機(jī)械裝備的傳統(tǒng)模式，簡(jiǎn)化了制造模式，提高了驅(qū)動(dòng)效率，并降低維護(hù)成本，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)煤礦、水泥、鐵礦石等皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)。這種集智能、高效、節(jié)能于一體的高科技產(chǎn)品，與傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比較，平均效率提高了10%～30%，綜合節(jié)能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

汾西集團(tuán)賀西礦皮帶運(yùn)輸大巷皮帶機(jī)全長(zhǎng)2 100 m，帶速2.5 m/s, 帶寬1 m，皮帶機(jī)總功率2×220 kW，存在故障多、傳動(dòng)效率低等問(wèn)題，使用舜華電氣(昆山)有限公司生產(chǎn)的永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行改造后，低速運(yùn)行，基本實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，可靠性高。

1 技術(shù)方案

拆除原來(lái)皮帶機(jī)的電機(jī)、液力耦合器、減速器、滾筒等，更換成永磁變頻直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)。

1.1 永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：變頻器、永磁同步電動(dòng)機(jī)、專(zhuān)用控制器等。其核心部件為永磁同步電機(jī)，該電機(jī)輸出扭矩大、轉(zhuǎn)速低，并且啟動(dòng)過(guò)程比較平穩(wěn)，恒轉(zhuǎn)矩控制，該電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值在65～115 r/min，主要根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際工況來(lái)定。專(zhuān)用控制器主要是由使用的變頻器所決定。

1.2 永磁電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

定子結(jié)構(gòu)：定子繞組一般情況下，采用非常規(guī)的繞組，可以充分抑制磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的空間諧波，使得產(chǎn)生的諧波與正弦曲線(xiàn)相類(lèi)似，以此提高電動(dòng)機(jī)的性能和功率。

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中最重要的部分就是轉(zhuǎn)子永磁體的材料，該永磁體所采用的材料為內(nèi)置式結(jié)構(gòu)的釹鐵硼材料，原因在于永磁體無(wú)需面對(duì)氣隙，主要受到的磁場(chǎng)力很小，有利于提高轉(zhuǎn)子的抗磁能力。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1.

圖1 內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 專(zhuān)用控制器

永磁電機(jī)的控制策略采用矢量控制策略，采用矢量控制算法結(jié)合SVPWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制，通過(guò)改變電機(jī)定子電壓頻率即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速，為防止失步，采用自控方式，利用轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)控制逆變器輸出電流頻率，同時(shí)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)作為同步電機(jī)的啟動(dòng)以及實(shí)現(xiàn)位置伺服功能的組成部分。

2 直驅(qū)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

該系統(tǒng)泵采用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，起動(dòng)平穩(wěn)，輸出轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1) 免維護(hù)、頻繁重載啟停、低噪音、恒轉(zhuǎn)矩控制。

2) 具有節(jié)能減排作用，節(jié)電率達(dá)到30%左右。

3) 去除了減速機(jī)、軟起動(dòng)裝置，使傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，效率提高，噪音降低，安裝方便，且系統(tǒng)基本無(wú)需再維護(hù)。

4) 額定轉(zhuǎn)速內(nèi)可以保持恒定轉(zhuǎn)矩，做到給定曲線(xiàn)與運(yùn)行曲線(xiàn)的重合。

5) 先進(jìn)的強(qiáng)大的通訊功能，可實(shí)現(xiàn)幾臺(tái)控制設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，并且真正實(shí)現(xiàn)智能化控制。

3 節(jié)能效果對(duì)比

舜華電氣有限公司生產(chǎn)的400 kW永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)已于2016年9月應(yīng)用于汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西礦。永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)與原異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1.表1中數(shù)據(jù)按照皮帶機(jī)每年300個(gè)工作日，每天運(yùn)行16 h，電價(jià)1元/kWh計(jì)算。

由表1可以看出，永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能效果非常明顯，能耗小，安全可靠且維護(hù)費(fèi)用低，每年可節(jié)省費(fèi)用37.52萬(wàn)元。永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪音低，傳動(dòng)效率高，免維護(hù)，易實(shí)現(xiàn)智能化等，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

表1 永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)與異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)比表

4 應(yīng)用效果

該礦皮帶機(jī)改用永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)后，驅(qū)動(dòng)部分故障率基本為零。使用永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)后，系統(tǒng)運(yùn)行正常，除正常加潤(rùn)滑油外，沒(méi)有進(jìn)行任何其它額外投入，帶載直接啟動(dòng)，運(yùn)行電流120.7 A，原系統(tǒng)運(yùn)行電流158.2 A.

5 結(jié)束語(yǔ)

永磁直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用可以較大幅度降低能耗，提高資源使用效率，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括航空航天等軍事工程領(lǐng)域，風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、電梯等工業(yè)應(yīng)用，鋼鐵、煤炭、化工、水泥的加工運(yùn)輸，電動(dòng)汽車(chē)、鐵路運(yùn)輸、工程車(chē)，以及石油勘探、石油開(kāi)采、地質(zhì)勘探等。