永磁電動滾筒在帶式輸送機升級改造中的應用

韓鵬

汾西礦業(集團)有限責任公司賀西煤礦 山西 汾西 031500

煤礦帶式輸送機是煤礦主要的運輸設備，目前井下帶式輸送機大部分采取傳統的傳動驅動方式，主要由異步電動機、液力耦合器、減速機、聯軸器等組成，這種機械傳動方式主要是通過電動機帶動減速機，減速后再通過滾筒驅動輸送帶，實現煤炭等物料的運輸。其啟動電流大，扭矩小，重載、過載情況下啟動困難，啟動時產生大電流沖擊電網，同時沖擊機械設備，穩定性差，故障率高，并且后期維護保養成本高，嚴重制約煤礦安全生產。

隨著新設備、新技術、新工藝的推廣應用，賀西礦對部分耗能高、技術落后的設備進行更新改造，率先在三采區集中皮帶巷帶式輸送機實施設備技術更新改造，采用了安徽明騰公司研發生產的永磁電動滾筒，替換升級改造傳統的機械傳動驅動方式，配備變頻器組成了帶式運輸機的永磁變頻直驅系統，取得較好的效果。

1 永磁電動滾筒的工作原理

永磁電動滾筒實際是一臺永磁電動機，永磁體由稀土永磁材料制成，滾筒表面采用阻燃性、抗靜電性材料進行包膠，滾筒軸相當于電動機的定子部分，定子鐵芯由硅鋼片疊加固定到軸上，其中嵌入定子繞組，永磁電動滾筒的筒面相當于電機轉子部分，轉子鐵芯由硅鋼片疊加固定在滾筒的內表面，內嵌入永磁體，通入三相交流電后，產生一個以同步轉速推移的旋轉磁場，滾筒轉動直接在摩擦阻力下帶動輸送帶運行。

2 永磁電動滾筒主要技術特點

永磁電動滾筒是一種直驅式電動機，直接驅動皮帶，不需要減速裝置，簡化了傳動結構，提高運轉效率，不需要日常維護、檢修工作，節約了維修費用，降低了人工成本，省去了勵磁環節，具有能效高、功率因數高、啟動力矩大。該系統具有以下特點。

2.1 高效節能

傳統的異步電動機、聯軸器、減速機、液力耦合器組成的驅動系統傳動效率低，使用的Y系列異步電機能耗高。永磁電動滾筒省去了勵磁環節，效率高，直接驅動輸送帶，省去傳動環節，傳動效率高達 100%，能耗達到國家一級能耗標準，帶式輸送機使用永磁電動滾筒和變頻器的變頻直驅系統，提高了系統運轉效率，節能效果明顯，運行成本低。

2.2 起動轉矩大，過載能力強

傳統的機械傳動驅動系統使用的三相異步電動機起動轉矩小，一般為額定轉矩的55%左右，只能滿足空載啟動要求，實際煤礦生產中常常出現重載起動的情況，驅動系統無法滿足滿載起動，需人工卸載，經常重載起動會造成設備故障率高，嚴重影響安全生產。采用永磁電動滾筒和變頻器直驅系統，起動轉矩大，是額定轉矩的2倍，可直接起動，避免了因過載而造成的設備損壞，同時減輕了工人的勞動強度和設備維護工作量[1]。

2.3 避免電網及機械沖擊

永磁電動滾筒直驅系統運用變頻起動，實現系統變頻勻速起動，輸出力矩大，啟動平穩，恒轉矩控制，避免了啟動瞬間大電流對電網的沖擊及轉矩波動給傳動系統帶來的機械沖擊，降低了供電系統故障率和機械故障率。

2.4 系統維護簡單

永磁電動滾筒變頻直驅系統去除了減速器，無齒輪磨損、無油脂泄漏，一體化布置，結構簡單，傳遞直接，占用空間小，維護量少，運行成本低。節省維護成本，維護簡便。

2.5 驅動智能化

兩臺及以上永磁電動滾筒驅動帶式輸送機時，通過變頻主從控制實現多機傳動及功率平衡，避免了因出力不均而造成的電機損壞。通過多種通信接口與上位機通訊，實現設備集中控制運行，能夠將運行數據傳送至地面調度室，實現無人值守、遠程控制、在線監控功能。

3 帶式輸送機驅動系統改造方案

改造前三采區集中皮帶巷總長1200米，平均坡度5°，安裝兩部DSJ80/40/2×75型帶式輸送機，其中三采區西翼第一部帶式輸送機長550米，第二部帶式輸送機長650米，分別配備75kW異步電動機、減速器、液力偶合器和聯軸器各兩臺，帶寬均為800mm，運量為400T/h，帶速為 2m/s。2022年4月，對三采區集中皮帶巷帶式輸送機原機械傳動驅動系統進行升級改造，將三采區西翼原第一部和第二部帶式輸送機的4套電動機、減速機、聯軸器、驅動滾筒、機頭架及控制開關拆除，將第一部和第二部整合為一部帶式輸送機。在三采區西翼第一部機頭位置更換為一套 2×110kW的STYB 系列隔爆型永磁電動滾筒和變頻器組成的永磁變頻直驅系統[2]。

帶式輸送機永磁變頻直驅系統的升級改造，解決了傳統驅動存在的啟動電流大、易損壞電機減速機、重載壓死輸送機、電動機恒速運行等問題，實現了帶式輸送機節能運行，降低了故障點，有效提高了帶式輸送機運行的可靠性和運行效率。 帶式輸送機系統基本結構簡圖如圖1所示。

4 永磁電動滾筒配套變頻器選用

設計時選用具有回饋功能的四象限變頻器。可以實現能量的雙向流動，將電動機被動轉動時產生的電能回饋到電網，實現電氣軟制動。經過設計選用 BPJ1-200/1140 型變頻器，額定功率200kW，額定電壓 1140V，冷卻方式為風冷。與永磁電動滾筒配套設計，具有恒轉矩輸出、大轉矩軟起動的特性，采用先進的三電平拓撲結構，諧波總畸變率遠小于二電平變頻器，電波形更平滑，極大的減少浪涌電壓和峰值對電機的影響。三電平變頻器有效降低電機軸電壓和軸電流，減小對電機軸承的損壞，增加電機的使用壽命[3]。

5 升級改造后應用效果

（1）永磁電動滾筒變頻直驅系統的升級改造，降低了供電電壓波動，減少對電網的沖擊，加速功能、運行速度可控，能控制電動機的啟動電流，實現帶式輸送機的平穩啟動，避免了機械沖擊。

（2）在原有的設備基礎上進行永磁變頻直驅系統升級改造，使帶式輸送機能夠在煤量減少時降低運行速度，煤量增加時加快運行速度，實現了變頻拖動的帶式輸送機節能運行。

（3）永磁電動滾筒直驅系統的使用降低了設備事故造成的損失，減少了機械傳動部件的磨損，有效降低了設備維護、檢修工作量。采用變頻啟動，降低了啟動時對機械設備的沖擊，提高了帶式輸送機的運行效率，延長了帶式輸送機的使用壽命。

（4）節能效果明顯，提高功率因數，節約大量電能。經比較改造前兩部帶式輸送機電動機功率為300kW，效率為85%，現在使用兩臺永磁電動滾筒功率為220kW，帶式輸送機每天運行16h，每年運輸200萬噸。

經統計，改造前年消耗電量34.2萬KWh，改造后皮帶輸送機運量給定，年消耗19.3萬KWh，經計算，采用變頻改造后，年消耗電量減少14.9萬Kwh，節能效率約為43.5%，效果顯著。

6 結論

通過永磁電動滾筒變頻直驅系統在帶式輸送機升級改造應用，運行穩定，有效地降低了設備維護成本，減少設備故障率，減少電網和機械沖擊，節能效果明顯，提高了運輸系統的安全性和穩定性。將帶式輸送機傳統驅動方式改造為永磁直驅方式，實現了節能、增效，提高了煤礦的生產效率，提升了礦井新技術、新產品裝備水平，為同類煤礦帶式輸送機的升級改造，開創了新路子，具有良好的推廣應用前景。