永磁電動滾筒技術在掘進巷道中使用的研究與應用

孫玉明 劉林春 李世興 孫磊

摘 要：長期以來我礦一直使用傳統的電機加減速機驅動皮帶機技術，傳統的皮帶機占地大，安裝復雜，并且需要擴充巷道，為了滿足智能化及節能化的目標要求，我礦研究了四象限永磁電動滾筒技術。將電機、驅動滾筒、減速機一體化，并且采用變頻驅動，可以有效的增加設備使用壽命，減少設備直接啟動對設備的影響，減少擴充巷道的費用，并且達到節約電能的目的。

關鍵詞：掘進工作面;永磁電動滾筒;掘進巷道;研究與應用

一、立項目的

為了滿足現代化礦井建設需要，我礦大力引進國內先進及比較成熟的高新技術，使用永磁電動滾筒后可大大降低皮帶機故障率，增加設備的安全和穩定性，改善現有設備使用環境，降低設備損壞和用電量。

二、方案的設計及應用

1、當電源頻率變化在-2%～+2%，電源電壓變化不超過±5%時，電機的輸出功率保持額定，溫升符合標準要求。

2、永磁同步電動滾筒0-1.2倍額定轉速內可無極調速，具有良好調速性能，在額定頻率范圍內具有恒轉矩調速特性。

3、滾筒表面進行聚氨酯進行包膠（附阻燃試驗報告、抗靜電性能報告，并具有煤安標志），菱形花紋，包膠層厚度不低于12mm，膠皮要與筒皮緊密粘結，滾筒表面，無縫隙、無鼓包。包膠要求表面平整，具有高耐磨、防粘附、抗拉伸、耐撕扯等性能。

4、永磁同步電動滾筒的繞組有測溫元件，三相測溫，每相一用一備，在控制方面實現過溫報警和超溫停機功能，有效保護電機，避免電機溫升過高造成線圈損壞和永磁體去磁。

5、永磁同步電動滾筒過載轉矩、起動轉矩不小于其額定轉矩的2倍。

6、永磁同步電動滾筒可實現無極調速，具有良好調速性能，在額定頻率范圍內具有恒轉矩調速特性。

7、永磁電動滾筒應具有在低頻狀態下長期穩定運行，具有電流低、發熱量小的功能，并且可承受電網電壓±15%波動沖擊。

8、永磁滾筒安裝座不允許采用固定不可調結構，必須配備可以調整滾筒安裝尺寸的安裝座。

9、配套變頻器技術要求

（1）變頻器額定功率55kW，額定電壓AC660v，三相，50Hz;

（2）四象限方式運行，風冷方式冷卻;

（3）防護等級為IP54;

（4）專門與永磁同步電動滾筒配套設計，具有恒轉矩輸出、大轉矩軟啟動的特性;

（5）采用開環矢量控制技術（SVC），可實現帶式輸送機的平穩啟動和調速要求，滿足低速（如檢修、驗帶）狀態下長期穩定運行要求;

（6）電源頻率50Hz，電壓允許波動±20%;頻率允許波動范圍±2.5%;過載能力：1.5IN一分鐘，1.2 IN三十分鐘，確保平穩的重載起動，并長期穩定運行;

（7）變頻器具有過壓、欠壓、過流、短路、過載、缺相、功率模塊過熱、永磁電動滾筒繞組超溫、腔內溫度自動檢測、上電電機對地絕緣檢測（漏電閉鎖）、瞬間斷電保護等保護功能，同時具有故障報警、記憶功能，能夠保存近三個月內主要運行數據及故障信息的存儲以及拷貝功能;

（8）變頻器配置不小于7吋高清彩色顯示屏，能夠顯示變頻器電壓、電流、頻率、帶速、溫度等實時運行狀態信息;

（9）變頻器防爆殼外裝有操作按鈕、轉換開關等，可方便對設備進行參數設置、遠近控切換、一鍵主從機切換等功能;主從機之間通過變頻器總線接口進行通信，實現帶式輸送機多機驅動的功率平衡。

（10）變頻器主要電氣元件和關鍵零部件如隔離開關、主接觸器、功率器件等，采用國內外知名品牌;

（11）具有本地操作和遠程控制功能，兩種控制功能通過腔體表面的轉換開關（或鍵盤）進行遠近控切換，同時具有根據負載狀況自動調速功能;

（12）變頻器要預留RS485（Modbus RTU）通信接口，同時具有CAN、TCP/IP工業以太網等多種通訊接口，能將變頻器相關顯示信息（包含具體故障信息）無縫上傳至集中控制系統，滿足皮帶機綜合保護、實現無人值守、礦井自動化等要求;

（13）為了便于現場維護，變頻器能顯示變頻器的所有參數、變量、故障代碼;

（14）變頻器具有手動停、送電裝置，通過隔離開關可無負荷切斷變頻器進線電源;

（15）變頻器前開門具有機械閉鎖裝置，確保送電狀態無法開蓋;

（16）變頻器設有主回路保護熔斷裝置，采用快速熔斷器對主回路進行保護;

（17）變頻器具有行程開關檢測回路，用于檢測隔離開關閉鎖結構體位置;當閉鎖結構體位置變動時自動斷開輸出實現可隔離開關的無負荷分斷;

（18）變頻器可檢測與永磁電動滾筒配套的循環冷卻裝置進出水口水溫，可根據電機繞組溫度自動控制循環冷卻裝置運行，控制循環冷卻裝置內的水泵電機與風機;

（19）變頻器具有電機繞組檢測功能，當電機繞組溫度超過設定值自動停止輸出并斷開輸出側回路;

（20）變頻器具有功率單元溫度檢測功能，當功率單元溫度過高時自動開啟散熱風機進行散熱，超過報警設定值時自動停機;

（21）變頻器具有正反轉控制，可通過按鈕進行電機轉向切換并在觸摸屏顯示;

（22）變頻器預留外部閉鎖開關量，可實現同其它設備的閉鎖控制;

（23）變頻器控制礦用隔爆型三相永磁電動滾筒，直接驅動負載設備，硬件結構和軟件控制必須抗負載沖擊能力強;

（24）散熱采用真空熱管加風機強制風冷（或優于前者）;

（25）變頻器配有輸出、輸入電抗器，抑制變頻器工作時對電網的諧波干擾，降低變頻器輸出對電機定子繞組絕緣的損壞;

（26）變頻器之間采用 CAN 總線通訊，實現多臺設備主從聯機、動態功率平衡，功率不平衡度≤2%，并支持以太網或光纖通訊，實現遠程數據傳送及監控;

（27）變頻器具有集控功能。

10、循環冷卻裝置技術要求

（1）適用于煤礦井下含有甲烷和爆炸性氣體的環境中。

（2）礦用隔爆型三相永磁電動滾筒配套循環冷卻裝置所用電機采用防爆電機，配套電動機電壓等級：660V;防爆電機要有防爆證、煤安證;配套水冷箱能滿足為2臺礦用隔爆型三相永磁電動滾筒提供可循環冷卻水的功能。

（3）循環冷卻裝置預留智能檢測儀表接口，可實現遠程集中控制、自動運行。

（4）循環冷卻裝置應帶有流量、水壓、進出口水溫及水箱水位顯示功能。

（5）循環冷卻裝置應帶有循環水過濾、水箱防塵、易清理功能。

（6）循環冷卻裝置應帶有循環水止回功能。

（7）循環水的溫度信號能夠在變頻器上實時顯示，并具有超溫停機保護功能。

（8）循環冷卻裝置應高效，一套循環冷卻裝置能夠滿足2臺永磁同步電動滾筒的散熱需求。

（9）循環冷卻裝置水泵電機功率須滿足冷卻循環要求，可采用風機降溫;水泵、風機須低能耗，低噪音，現場噪音不超過75dB（A）。

（10）所配備的水泵電機、傳感器等電氣元件，具有防爆證、煤安證。

（11）、永磁同步電動滾筒和循環冷卻裝置配套提供冷卻水管路，外管路應采用煤礦KJ系列快接頭，配備管路長度須大于6m。

（12）水質采用井下清潔的防塵水。

11、應用效果：

根據計劃，我礦在91203膠帶順槽使用一部2×55kW的礦用隔爆型三相永磁同步電動滾筒，該電動滾筒在運行期間安全穩定，占地少，故障率低，較傳統的機械式減速機性能更加穩定，取得了預期效果。

結束語：在掘進巷道中使用永磁電動滾筒變頻技術，這在大恒煤業屬于首次，變頻技術的廣泛應用不僅實現了礦井高效發展，并且設備安全穩定，滿足現場使用，為今后的掘進高效生產工作面的建設提供了寶貴的經驗，為實現現代化礦井奠定基礎。