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                永磁同步电动滚筒在带式输送机中的应用
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                  永磁同步电动滚筒在带式输送机中的应用

                  永磁直驱系统具有效率高、能耗低的优点,系统免维护,调速性能优越,具有丰※富的通信 功能。通过研究分析,决定对高阳煤矿下运带式输送机采用永磁同步电动滚筒技术方案。重点对 传统驱动装置与永磁同步电动滚筒进行了技术分析,实际运行显示了永磁同步电动滚筒的优越性。

                  随着煤矿“四化”建设的不断要求,永磁同步电 动滚筒已应用于煤矿井下带式输送机。本文重点介 绍永磁同步电动滚筒的工作原理及其在矿井下运式 带式输送机的应用。

                  1 永磁同步电动滚筒的工作原理

                  永磁同步电动滚筒俗称外转子电动机,主要包 括永磁同步电动滚筒、智能同步变频器及水冷装置 等[1]。它以磁场为媒介进行电能和机械能的能量 转换,利用永磁体建立磁场,当永磁电动机的三相定 子绕组通入频率为 f 的三相交流电后,将产生一个 以同步转速推移的旋转磁场[2]。永磁同步电动滚 筒永磁体由稀土永磁材料钕铁硼制成[3],取代电励磁,无励磁损耗。转子无绕组,无转子铜耗、铁耗,高 性能的钕铁硼稀土永磁材料具有很高的磁能积,它 的剩余磁感应强度、矫顽力较大,用较少的钕铁硼永 磁体便能产生足够的电机磁能积。将外转子表面作 为驱动滚筒表面,采用阻燃性、抗静电性材料进行包 胶,直接与输送带接触,依靠摩擦阻力带动输送带 运行。

                  2 永磁直驱系统应用特点

                  1)、 效率高,能耗低。采用的永磁直驱电动机效 率达到国际 IE4( 高于国家一级能耗标准) ,与传统 驱动系统比较,实现节电 15% ~ 20%,如图 1、图 2 所示。

                  2)、 起动转矩大,重载起动性能更卓越。永磁同 步电动机匹配智能同步变频器能恒定输出额定负载转矩2 倍的起动转矩,彻底解决了重载起动难的问 题。异步电动机和永磁同步电动机的起动特性如图 3、图4 所示。

                  3)、 系统免维护。电动机采用直驱式结构,去掉减速机、耦合器等中间环节,安装方便,无需加油维 护,减少大量巡检工作量,节省人力、物力。

                  4)、 调速性能优越。实现由量定速,减小输送带 磨损和设备损耗,低速变频调速工况下节能效果更 为明显。

                  5)、 功率平衡功能好。根据需要分配多』机载荷, 可避免单机过载造成的设备损坏等问题。

                  6)、 通信功能丰富。支持多种通信接口的接入, 可与上位机通信,实现在线监测监控。完善的保护 功能,能实现对过压、过流、欠压等各种故障的保护, 保障系统安全稳定运行。

                  3 永磁直驱电动滚筒的实际应用

                  高阳煤矿二采区二部带式输送机全长750 m, 提升高度 -43 m,要求运输能力达 2 300 t/h。对矿 用隔爆型永磁同步电动滚筒与传统驱动装置进行对 比分析。矿用隔爆型永磁同步电动滚筒应用于煤矿 带式输送机中,采用永磁直驱电动机替代传统的机 械驱动装置,取代了异步电动机、减速器、液力偶合 器和联轴器[4],这种直接驱动的方式,可使传动系 统结构简化、效率提高、噪声降低、安装方便,而且无 需进行日常维护、检修,从而节省了大量的人力物力 成本,有效提高了带式输送机运行的可靠性和运行 效率。两种驱@动方式对比见表1。

                  4 节能效益分析

                  永磁直驱电动滚筒带式输送机轴功率103 kW, 结合驱动系统效率,每天运行时间 20 h,每年按 330 d 计,每年耗电量为 192/0. 912 × 20 × 330 = 1 389 474 kW·h。“异步电机 + 减速器 + 液压联轴节ξ ”带式输送 机轴功率103 kW,结合驱动系统效率,每天运行时 间20 h,每年按330 d 计,每年耗电量为 192/0. 700×20 ×330 =1 810 286 kW·h。电费0. 7 元/( kW·h) ,永磁直驱电动滚筒驱 动较“异步电机 + 减速机 + 液压联轴节”驱动每年 可节省电费294568 元。

                  5 配套变频器的选用

                  《煤矿安全规程》第三百七十四条规定 : “采用 滚筒驱动带式输送机运输时,应当遵守下列规定: ( 五) 倾斜井巷中使用的带式输送机,上运时,必须 装设防逆转装置和制动装置;下运时,应当装设软制 动装置且必须装设防超速保护装置”。由基础数据 得知,该二采二部带式输送机为下运带式输送机,应 当装设软制动装置。其下运行时,重力牵引电动机 发电,将势能转化为电能,电动机处于发电状态,必 须选用四象限变频器才能将电动机的再生能量回馈 给电网[5],设计时选用具有回馈功能的四象限变频 器。而永磁电机选择变频器时以实际电机电流值作 为变频器选择的依据,电动机的额定功率作为参考。永磁电动机变频器必须为低转速大扭矩矢量同步变 频器,具有开环矢量和闭环矢量控制。该变频器在 IGBT 模块里集成续流二极管,这样便可以实现能量 的双向流动,将电动机被动转动时产生的电能运输 到电网,实现电气软制动。经过设计选用 BPB1315/1140K 型变频器,额定功率 315 kW,额定电压 1 140 V,冷却方式为风 冷。与永磁同步电动滚筒配套设计,具有恒转矩输 出、大转矩软起动的特性,具备过流、过压、欠压、短 路、过载、缺相、永磁滚筒绕组过热、瞬间断电保护等 保护功能,具有绕组温度显示和超温停机保护的功 能。带◣式输送机起动时具有 5 s 的缓动预警功能, 空载时具有自动降速的功能,以达到最佳的节能效 果。控制和通信接口具有集中控制、就地控制、检修 等选择按钮,配置有 RS485 通信接口,满足了带式 输送机综合保护、无人值守等要求。

                  6 结论

                  永磁电动滚筒在矿井下带式输送机中的使用, 从短期利益看,节约了巷道施工成本,确保了作业安 全;从长期利益看,设备使卐用及维护成本低,仅用两 年的时间便可以将投资回收。特别是结合四象限变 频器的使用,实现下运式带式输送机的软制动,解决 了带式输送机可能发生飞车↑、埋机头事故,变频器永 磁电动滚筒在矿井将发挥着越来越重要的作用。

                  散热装置对减速器效率也有影响,但不是散 热效果越强越好。因为冷却水压过大,导致热平衡 时温度不高,效率达不到标准要求。但同样散热水 压过低,散热效果差,油池温度过高,超过煤炭行业 标准要求,给煤矿安全生产⊙会带来隐患。由此,通过本次试验得知,对于大型减速器,水 冷却循环水流、水压,散热速度至关重要,必须控制 在合理的范围内。

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