永磁電機在煤礦井下的應用

張春輝

【摘 要】永磁電機在煤礦井下的應用，極大提高了生產效率，保證了煤礦生產的安全性。為進一步促進永磁電機在煤礦井下的應用，充分發揮永磁電機的效能，本文就永磁電機的特點、應用優勢做了簡要分析，其次結合具體案例，永磁電機在煤礦井下的實際應用做了探究，以供參考。

【關鍵詞】永磁電機；直驅電動機；煤礦；應用

近年來，永磁材料性能不斷提高，電機技術不斷發展，這均給永磁電機在煤礦井下的應用創造了有利條件。較之傳統的生產設備，永磁電機具有諸多應用優勢，如可實現智能控制，并且安全可靠、高效節能，噪音污染小，便于檢修維護等【1】。近年來，永磁電機逐漸在煤礦生產中得到了廣泛應用。下文首先就永磁電機這一先進的機械設備做簡要分析。

一、永磁變頻直驅系統

關于永磁變頻直驅系統，我們有兩大內容需要描述：一是永磁電動機，二是直驅電動機。下面就這一系統下的兩種設備做分別分析。

（一）永磁電動機

永磁電動機的定子與異步電動機的結構相同，均為三相對稱繞組，但是轉子上存在磁鋼，運行時依靠定子線圈產生旋轉磁場，并與已充磁的磁極作用，進而帶動轉子與旋轉磁場進行同步旋轉【2】。與傳統的直驅電動機相比，永磁電動機具有十分顯著的應用優勢，目前被廣泛應用于煤礦井下作業中。

（二）直驅電動機

傳統的直驅電動機屬于典型的傳動裝置，它包含了諸多的機械傳動元件。直驅電動機成本高，且結構復雜，維修難度較大。除此之外，直驅電動機需要借助相當長的傳動鏈條才能完成生產任務，不僅十分麻煩而且傳動效率也不高，同時，因為存在中間傳動環節，因此比較容易出現機械機構問題，如在傳動過程中會出現程度較為嚴重的摩擦，或是傳動剛度降低，出現反向間隙導致非線性誤差加大，出現不同程度的彈性變形等【3】。隨著電動機技術的發展進步，當前，直驅電動機取消了傳統的傳動系統，取而代之以直接的傳動方式，傳動剛度也明顯增加，傳動效率大為提升，動態響應速度也更快，并且能實現物體的精準定位，也能明顯控制運動噪聲同時實現零保養，省時省力也能節省下大量的保養資金。

二、永磁電機在煤礦井下的應用優勢

與傳統的機械設備相比，永磁電機具有諸多應用優勢，具體如：

（一）工作效率高

永磁電機的傳動系統屬于永磁變頻直驅系統，該系統結構簡單，省去了諸多中間環節，采用了直接傳動的方式，極大地提高了工作效率。同時，以往使用的異步電機的轉子屬于銅制繞線，因此在運轉過程中會消耗大量的熱能，不符合煤礦生產的節能降耗的要求。永磁電機采用永磁體材料代替了銅制繞線，該種永磁體材料在運轉過程中不會產生能量損耗，因此具有高效節能的優點。同時，材料的優越性使永磁電機的額定功率、輸出功率更高，啟動時也不需要多大的電流，對電能資源的利用率高，因此不會對電網造成過大沖擊【4】。同時，與永磁電機相比，異步電機的功率因數要低的多，電機運轉過程中需耗費大量的無功電流，造能能源資源的嚴重浪費。

（二）結構簡單

以往的傳動裝置結構復雜，設置有減速機，不僅不易控制，而且工作效率低，同時在設置有減速機的情況下，減速機的動作會造成齒輪磨損、也會產生嚴重的噪音污染，應用效果不十分理想。針對這一情況，永磁電動機在諸多方面做了改進，不僅采取了直接傳動的方式，也省去了減速機這一部件，有效精簡了裝置內部結構，同時在使用過程中也不再需要度對齒輪箱進行檢查，不需要更換潤滑油，省時省力也減少了資金投入【5】。同時，由于永磁電機結構簡單，因此不存在齒輪磨損問題，運轉時也不會產生大的噪音，安裝維護也十分方便，可以說，永磁電機在煤礦井下的使用，極大的提高了煤礦生產的安全性與經濟性。

（三）安全性高

智能永磁直驅系統中應用了無傳感器矢量控制技術（SVC），這一技術的運用使得整個系統在啟動過程中更為勻速、緩慢且穩定；但是異步電機的系統與此稍有不同，在缺少先進技術支撐的情況下，異步電動機在啟動時會出現瞬間的大電流，這些瞬時電流會給電網的安全穩定運行帶來負面影響，嚴重時還會導致機械設備以及整個電網出現運行故障，為有效解決這一問題，智能永磁長驅系統通過將兩臺電機同時驅動，并通過高效有序的主從控制，有效保證了運行電流以及輸出功率的一致性，從而實現了功率平衡，最大程度降低了故障發生幾率，在運行過程中不會出現電機損壞等問題，有效提升了煤礦生產的安全性。

（四）設備損耗率低，使用壽命長

以往，煤礦井下作業多使用異步電機，但異步電機在工作過程中會產生的大量熱能，在熱量發散不及時的情況下會加重設備損耗程度，縮短設備使用時間，頻繁的更換機械設備會導致煤礦生產成本上升，同時也會影響煤礦生產質量。為有效解決這一問題，永磁電機在各個方面都做了改善。智能永磁直驅系統中定子繞組中的無功電流極低，轉子繞組無電子損耗，具有較高的運行效率，并且在設備運轉過程中也不會產生過多熱量，不會出現設備受損的情況，因此永磁電機的使用時間要更長。永磁電機性能的提高為煤礦生產企業節省了一大筆設備采購費用。

（五）可靠性更高

異步電機的機械驅動裝置包括液力耦合器、減速機以及異步電機等，在元件眾多，內部結構復雜的情況下，任何一個部件、一個環節出現問題，都會使整個煤礦生產工作受到影響，同時，在缺少先進技術支持的情況下，異步電機的運行也不甚穩定，在運行過程中經常出現一些問題。但與異步電機不同的是，永磁電機采用了智能永磁直驅系統，在此系統中，不再需要經過中間傳動環節，而智能永磁直驅系統代替了這些裝置，不需要經過中間傳動環節，由系統實現對生產機械的驅動，機械設備的內部結構得到了簡化，故障發生率得以降低，機械設備的可靠性得到顯著增強。

三、永磁電機在煤礦井下的實際應用

起初，內蒙古煤礦采用了滾筒 + 聯軸器 + 減速器 + 異步電機，這一工作系統不僅工作效率低，而且安全性與穩定性得不到保證，為此，企業采用了永磁變頻電動直驅系統對其進行了改造。結合煤礦井下生產的實際情況以及作業要求，最終確定由2 臺同功率永磁電機代替原來的 3 臺異步電機【6】。將原來使用的3 套軟啟動開關、減速器以及異步電機做了拆除，代之以2套變頻器（ BPJ - 630 /1140 伺服控制器） + 永磁電機（ 型號為 TBVF - 250 /40YC）。在經過完善改造后，工作模式更為靈活，煤少時慢轉，煤多時快轉，不僅有效降低了能源資源損耗，更提高了工作效率，獲得了理想的應用效果。

四、結語

綜上所述，永磁電機具有安全可靠、節能環保、高效率、低損耗、低污染等諸多應用優勢，將永磁電機應用于煤礦井下作業，可提高工作效率，降低生產升本，幫助煤礦企業獲得良好的經濟效益、社會效益與生態效益。為此，煤礦企業需立足實際，不斷優化對永磁電機的應用，使它的功能作用得到充分發揮。

【參考文獻】

[1]張榮，賈清華，李麗，王郡武，高云峰.智能永磁直驅系統在煤礦井下帶式輸送機上的應用[J].中國煤炭，2018，44（08）：99-102.

[2]方成. 盤式異步磁力耦合器溫度場及散熱裝置研究[D].安徽理工大學，2018.

[3]毛楊明. 煤礦井下探測機器人防爆電機與動力電源研究[D].中國礦業大學，2015.

[4]張俊卿. 基于永磁同步電機的蓄電池機車調速系統研究[D].安徽理工大學，2014.

[5]牛耀宏. 礦用永磁磁力耦合器設計理論及實驗研究[D].中國礦業大學（北京），2014.

[6]張傳偉，郭衛.煤礦井下無軌膠輪電動車再生制動建模與仿真[J].煤礦機械，2012，33（03）：75-77.