智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)在長(zhǎng)城五礦帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用

高嵩

【摘 要】本文介紹了智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)的方案論證，同時(shí)詳細(xì)敘述了智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用與其他幾種帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的對(duì)比，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)在長(zhǎng)城五礦+750斜巷帶式輸送機(jī)應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)的高效節(jié)能，擴(kuò)展了智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)推廣應(yīng)用的意義。

【關(guān)鍵詞】永磁電機(jī)；帶式輸送機(jī)；經(jīng)濟(jì)效益

一、礦井概況

長(zhǎng)城五礦位于寧夏回族自治區(qū)銀川市東南35km，行政區(qū)劃分隸屬內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克前旗上海廟鎮(zhèn)管轄。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力180萬(wàn)t/a。井下煤炭運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸。帶式輸送機(jī)運(yùn)輸具有運(yùn)輸環(huán)節(jié)少、占用人員少，運(yùn)輸系統(tǒng)簡(jiǎn)單，煤炭運(yùn)輸連續(xù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)集中控制，為礦井安全高效生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件，因此，設(shè)計(jì)井下煤炭運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸。

二、課題提出

智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)代替普通帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)是技術(shù)升級(jí)的需求，是科技技術(shù)的再次升級(jí)。為此長(zhǎng)城五礦對(duì)智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)踐與應(yīng)用。

三、技術(shù)方案論證

智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)采用變頻器直接啟動(dòng)，與傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)相比去掉了減速機(jī)、軟起動(dòng)裝置、高速聯(lián)軸器，永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)直接通過(guò)低速軸聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)滾筒相連，與傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)相比具有高效、節(jié)能、運(yùn)行平穩(wěn)可實(shí)現(xiàn)功率平衡等優(yōu)點(diǎn)。

總體性能指標(biāo)與國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)的比較：

1.常用的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

（1）三相異步電動(dòng)機(jī)+調(diào)速型液力偶合器+減速器；

（2）三相異步電動(dòng)機(jī)+液粘軟起動(dòng)裝置+減速器；

（3）三相異步電動(dòng)機(jī)+CST軟啟動(dòng)裝置；

（4）變頻器+變頻三相異步電動(dòng)機(jī)+減速器；

（5）永磁直驅(qū)系統(tǒng)（變頻器+永磁同步電機(jī)）；

2.三相異步電動(dòng)機(jī)+調(diào)速型液力偶合器+減速器

主要優(yōu)點(diǎn)：（1）可以保證輸送機(jī)起動(dòng)加速度值較小范圍內(nèi)（約0.1-0.3m/s2）；（2）滿足電動(dòng)機(jī)空載、滿載啟動(dòng)；（3）易于實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)遙控和自動(dòng)控制；（4）沒(méi)有電控系統(tǒng)，故障率低；（5）能實(shí)現(xiàn)多機(jī)順序起動(dòng)，減少對(duì)外界電網(wǎng)的沖擊；（6）操作簡(jiǎn)單，性價(jià)比高。

主要缺點(diǎn)：（l）軟啟動(dòng)性能稍差，起動(dòng)過(guò)程中始終存在一個(gè)不穩(wěn)定的過(guò)渡區(qū)；（2）系統(tǒng)控制性能和控制精度較差；（3）安裝精度高，電機(jī)、耦合器和減速器要求同心度高；（4）調(diào)速精度和傳動(dòng)效率不及變頻調(diào)速，傳動(dòng)效率較低；（5）電機(jī)啟動(dòng)電流較大；（6）調(diào)速型液力耦合器結(jié)構(gòu)較復(fù)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(hù)費(fèi)用較高。

3.三相異步電動(dòng)機(jī)+液粘軟起動(dòng)裝置+減速器

主要優(yōu)點(diǎn)：（1）具有無(wú)級(jí)調(diào)速功能；（2）輸送機(jī)過(guò)載時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)過(guò)載保護(hù)；（3）電動(dòng)機(jī)可以空載啟動(dòng)，從而減少對(duì)機(jī)械和電氣設(shè)備的沖擊；（4）多電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率相互平衡；（5）能夠?qū)崿F(xiàn)可控減速；（6）具有主、從動(dòng)軸同步運(yùn)行，傳動(dòng)比高的特點(diǎn)；（7）與電動(dòng)機(jī)具有良好的匹配特性，可以充分利用電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)負(fù)載的軟啟動(dòng)。

主要缺點(diǎn)：（1）摩擦片磨損嚴(yán)重，發(fā)熱量大，低速運(yùn)行發(fā)熱量更大且低速運(yùn)行時(shí)間受限；（2）使用油液傳動(dòng)，易因漏油污染環(huán)境；（3）國(guó)產(chǎn)液粘可靠性參差不齊；（4）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障點(diǎn)多。

4.三相異步電動(dòng)機(jī)+CST軟啟動(dòng)裝置

目前，主井皮帶機(jī)采用的是電動(dòng)機(jī)+CST軟啟動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置。

主要優(yōu)點(diǎn)：（1）成功解決了帶式輸送機(jī)起動(dòng)、停車、功率平衡等問(wèn)題，具有良好的軟起動(dòng)特性；（2）速度調(diào)節(jié)范圍為10%～100%，在此范圍內(nèi)可以任何速度運(yùn)行；（3）最高效率可達(dá)95%；（4）功率平衡性能較好。

主要缺點(diǎn)：（1）行星減速機(jī)與粘液傳動(dòng)合二為一，相互影響；（2）制造難度大，安裝調(diào)試復(fù)雜；（3）對(duì)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(wěn)定；（4）維護(hù)復(fù)雜，使用維護(hù)費(fèi)用高；（5）摩擦片直徑大，必須依賴進(jìn)口。

5.變頻器+變頻三相異步電動(dòng)機(jī)+減速器

主要優(yōu)點(diǎn)：（1）在低頻下，通過(guò)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)可確保電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期、平滑地運(yùn)轉(zhuǎn)，在電動(dòng)機(jī)過(guò)載的情況下，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率，并最終在一個(gè)新的穩(wěn)定速度點(diǎn)運(yùn)行；（2）軟啟動(dòng)效果較好；（3）控制精度高；（4）可長(zhǎng)時(shí)間地保持在低于額定速度下的較低速度運(yùn)行，且低速運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)頻特性可避開(kāi)機(jī)械共振點(diǎn)，能有效避免機(jī)械共振，可滿足長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的驗(yàn)帶要求；

主要缺點(diǎn)：（1）調(diào)速范圍較窄，一般為35Hz～50Hz，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較低頻率調(diào)速，變頻主要目的仍為軟啟動(dòng)；（2）變頻器核心部件（如IGBT）依賴進(jìn)口，內(nèi)部原理較為復(fù)雜，一般維護(hù)保養(yǎng)人員難以掌握。

6.永磁直驅(qū)系統(tǒng)（變頻器+永磁同步電機(jī)）

永磁直驅(qū)系統(tǒng)一種全新驅(qū)動(dòng)方式，它采用的是礦用隔爆兼本質(zhì)安全型低壓交流變頻器+礦用隔爆型永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)組成，與傳動(dòng)滾筒直接連接的結(jié)構(gòu)，中間無(wú)需減速器，驅(qū)動(dòng)部件最少。

主要優(yōu)點(diǎn)：（1）高效節(jié)能：永磁直驅(qū)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率約為93%，較“異步電機(jī)+減速機(jī)+機(jī)械軟起裝置“效率提高了20%左右，節(jié)約大量電能；（2）性能優(yōu)越：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，滿足現(xiàn)場(chǎng)皮帶機(jī)重載起動(dòng)需求；（3）對(duì)配電設(shè)備的電氣沖擊及對(duì)皮帶機(jī)機(jī)械沖擊小；（4）系統(tǒng)運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單：永磁直驅(qū)系統(tǒng)不需要減速器、機(jī)械軟起裝置，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了故障點(diǎn)，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。（5）功率平衡性好：通過(guò)主從控制能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)功率平衡；（6）驅(qū)動(dòng)智能化：支持ModBus485、PROFBUS DP、以太網(wǎng)等多種通信接口的接入，可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通訊。

主要缺點(diǎn)：（1）單臺(tái)永磁電機(jī)體積、重量較大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸、安裝有一定要求；（2）價(jià)格較高，目前仍只適用于大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，小功率驅(qū)動(dòng)應(yīng)用時(shí)性價(jià)比低；（3）必須依賴變頻器驅(qū)動(dòng)，不可在工頻電網(wǎng)下直接運(yùn)行。

從以上幾種帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的對(duì)比中可以看出，在大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中永磁電機(jī)無(wú)論是從性能方面、智能方面，還是能耗方面、穩(wěn)定方面都優(yōu)于其他驅(qū)動(dòng)技術(shù)，而且還簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了設(shè)備故障點(diǎn)，提高了煤礦正常生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

四、經(jīng)濟(jì)效益分析

長(zhǎng)城五礦采用的智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)應(yīng)用在+750斜巷帶式輸送機(jī)，經(jīng)過(guò)三個(gè)月使用，該設(shè)備一直處于平穩(wěn)、可靠的運(yùn)行狀態(tài)。

智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)因省去了減速器、液力耦合器等中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，經(jīng)實(shí)際測(cè)算，整體傳動(dòng)效率可提高15%，提高了原煤的運(yùn)輸效率，帶來(lái)了可觀的效益，其設(shè)備體積小，節(jié)省了大量的空間。此外，還免去了這些設(shè)備的日常維護(hù)量，節(jié)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(shí)該系統(tǒng)高效節(jié)能，每年實(shí)現(xiàn)節(jié)約電費(fèi)74 萬(wàn)元，節(jié)省機(jī)械維修費(fèi)用2.4萬(wàn)元。

【參考文獻(xiàn)】

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