帶式輸送機驅動系統優化設計

【摘要】本文將皮帶機驅動部分現有三項異步電機驅動改造為永磁電機驅動，取消了減速機、偶合器等中間環節，通過對比結果顯示，有效的提高傳動效率，降低驅動部分故障率，保證了煤炭輸送量。

【關鍵詞】帶式輸送機；永磁電機；優化

引言

永磁同步電動機結構簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高，和直流電機相比，不含直流電機的換向器和電刷點。和異步電動機相比，不需要無功勵磁電流，效率高，功率因數高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉子參數可測、控制性能好；與普通同步電動機相比，不含勵磁裝置，結構簡單，效率高。永磁同步電機矢量控制系統能夠實現高精度、高動態性能、大范圍的調速或定位控制。可見，采用永磁同步電動機取代異步電動機用于大功率帶式輸送機的驅動是非常有效的節能辦法。

1改造方案

1.1已知工況

本文根據潘集某礦西翼2×75KW“智能永磁直驅系統”帶式輸送機項目設計。皮帶機額定運量Q=600（t/h） 、帶寬：B=1000（mm）、帶速：V=2.5（m/s） 、巷道傾角：β=0～8°、水平運距： Lh=620（m） 、巷道拐彎角度：98.5°、皮帶機軸功率：N=115（kW）。原驅動部分由電動機、減速器、液力偶合器組成，驅動部中間環節較多，維護環節多；傳動效率低，用電量偏大；驅動部體積偏大，對巷道及硐室要求高，安裝工作量大。

1.2帶式輸送機驅動部改造

根據永磁電機主要技術參數和關于本皮帶機工況的技術要求，擬采用75kW永磁直驅系統。皮帶機配用兩套永磁直驅系統，永磁直驅系統單臺額定功率75kW、額定電壓1140V、額定頻率27Hz、額定轉速81 r/min、額定轉矩26528N.m、過載轉矩/額定轉矩2.2倍、起動轉矩/額定轉矩2倍、電動機冷卻方式為水冷、配套變頻器為BPJ系列變頻器配套變頻器額定輸入頻率50Hz。

傳統的帶式輸送機驅動系統如圖1所示，通過異步電動機、液力偶合器、減速器將動力傳給滾筒帶動皮帶運動。該系統的傳動方式明顯的缺點是：由于通過幾級傳動，該驅動系統的效率低，啟動不平穩，重載啟動困難。由于構成的部件多，需要對減速器、液力偶合器等部件的維護及更換，增加用戶的日常工作量。

經技術改造后的無齒輪永磁直驅皮帶機系統，由永磁同步電機、永磁同步變頻器和皮帶機機頭組成，如圖2所示。由于永磁電動機達到國家一級能耗標準，具有高極數，可輸出較大的轉矩和較低的轉速。與傳統帶式輸送機系統相比，去掉了液力偶合器、減速器，可以直接驅動傳動滾筒嗎，減少了中間傳動環節，增加了傳動效率；另外，變頻器可實現整個系統的軟啟動和多驅動電機間的功率平衡。與傳統皮帶系統相比具有高效、節能、低噪音、免維護、啟動轉矩大、運行平穩等特點。

從圖1、2可以看出，永磁電機驅動方案與傳統的異步電機比較，取消了減速機、液力偶合器等中間環節，減少了維護，增大了傳動效率。因此，與傳統的異步電機相比較，采用永磁同步電機驅動的皮帶機主要有以下幾點優勢：

2.1安全性比較

永磁直驅電動機絕緣采用真空灌封技術，比異步電動機絕緣好，防水、防塵、防污效果顯著，適用于煤礦井下環境較差的工況。永磁直驅系統中間環節少，故障率低，可靠性較高。自安裝以來智能永磁直驅系統運行穩定，未出現過任何故障。

2.2井巷工程比較

永磁直驅系統方案驅動部分沒有減速器、偶合器和聯軸器等構成，驅動部分尺寸比異步電動機大大減小，西翼矸石大巷現有兩個專門為原有電機設計的硐室，其單個造價約為14萬，合計約28萬。因此永磁直驅系統的驅動系統，今后不需要新建硐室，大大降低了工程成本。

2.3安裝工程比較

永磁直驅系統方案驅動部沒有減速器，與傳動滾筒采用直連方式，因此其安裝工程量明顯小于異步電動機方案。

2.4維護量比較

異步電動機方案驅動部日常維護量主要為減速器換油及聯軸節的檢查維護（由于井下地壓較大定期需要對連接部位進行找正）。永磁直驅系統方案驅動部日常維護量主要為水冷裝置的維護。異步電動機方案維護量大于永磁直驅系統方案。

2.5成本比較

異步電動機方案驅動部分由變頻器、異步電動機、減速器及聯軸器組成，成本約77萬，永磁電機及配套變頻器約為110萬。

2.6用電費用比較，如表1，表2所示

在同一運量下，永磁直驅系統方案比異步電動機方案一年節約用電34.56萬度，節約電費約為29.3萬元（單臺電機）。

3結束語

永磁電動機絕緣采用真空灌封技術，防水、防塵、防污效果顯著，適用于煤礦井下環境較差出煤或出矸系統。永磁直驅電動機采用直接轉矩控制方式，能恒定輸出額定負載轉矩2倍以上的起動轉矩，采用永磁直驅系統減少了減速器和高速軸聯軸器，具有中間環節少，傳動效率高，節能效果明顯等特點，屬節能新技術，是煤礦未來驅動技術的發展方向。該系統在膠帶機需要重載起動的工況下，相比異步電動機性能優勢較為明顯。

參考文獻

[1]馬雋.三相異步起動永磁同步電動機的優化設計[D].浙江：浙江大學碩士學位論 文，2007：2-7

[2]竇滿鋒，劉衛國.高效節能稀土永磁同步電機設計技術研究[J].西北工業大學學報.2004，22（3）：355-358

[3]Liviu MINCIUNA，Contradictions in Permanent magnet synchronous motor Parameter Upon line-starting，Optimization of Electrical and Electronic Equipments-Brasov，1998

[4]Tang Tenyuan，Geng Lianfa，et al.The Application of NdFeB to Electrical Machines and It’s Comparison Whth Some Other Permanent Magnets.Proceedings of the Eighth International .Workshop on Rare Earth Magnets and Their Applications， ayton：University of Dayton，1985

作者簡介：高漢利 （1976.2--），男，安徽淮南人，工程師，現在淮南比淮機械有限公司主要從事帶式輸送機的設計工作。