鞏劍波

變頻調(diào)速永磁電機在皮帶運輸上的應(yīng)用

鞏劍波

(山西焦煤集團(tuán)投資有限公司機電部，山西 太原 030021)

近年來，永磁同步電動機得到較快發(fā)展，因其功率因數(shù)高、效率高等特點，在一些地面廠礦應(yīng)用逐漸增多，某些場所已逐步取代交流異步電機，是一種新型節(jié)能電機。但在煤礦井下的應(yīng)用才剛開始，山西焦煤投資公司與華鑫機電合作，率先在正益、正興煤業(yè)公司推廣使用無齒輪永磁電機變頻調(diào)速皮帶，即驅(qū)動系統(tǒng)由永磁同步電機與變頻器相結(jié)合實現(xiàn)動力傳遞，因為去掉了減速器、液力偶合器，整個驅(qū)動系統(tǒng)具有高效、節(jié)能、低噪音、免維護(hù)、輸出轉(zhuǎn)矩大、啟動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕等優(yōu)點。運行一年來，工作穩(wěn)定、維護(hù)量小、節(jié)能效果良好。

永磁電機;變頻調(diào)速;煤礦;皮帶;運輸

變頻調(diào)速的無齒輪永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)，具有節(jié)能、高效、扭矩大、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，近年來在許多場合逐步取代了異步電機，應(yīng)用于煤礦井下的皮帶運輸系統(tǒng)能很好地發(fā)揮其優(yōu)勢。

1 系統(tǒng)組成及特性

無齒輪永磁同步電機變頻驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)速裝置，用于煤礦皮帶機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，主機由無齒輪永磁同步電機和皮帶機機頭組成，與傳統(tǒng)皮帶機系統(tǒng)相比去掉了減速機、液力耦合器和同步齒輪。

傳統(tǒng)的帶式輸送機采用異步電動機、液力耦合器、齒輪減速器等組成動力驅(qū)動系統(tǒng)，這種系統(tǒng)應(yīng)用較多，缺點也很明顯，如效率低、機械故障多、重載啟動困難等。

改造后的系統(tǒng)采用了變頻驅(qū)動的無齒輪永磁同步電機，永磁同步電動機采用額定容量為55 kW、級數(shù)為20級、額定電壓660 V、額定頻率12 Hz、轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)的礦用隔爆型三相同步電動機。變頻調(diào)速系統(tǒng)采用ZJT－110/660礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻調(diào)速裝置，防爆型式為礦用隔爆兼本質(zhì)安全型Exd{ib}I。見圖 1。

圖1 變頻驅(qū)動的無齒輪永磁同步電機

變頻器可實現(xiàn)整個系統(tǒng)的軟啟動和多驅(qū)動電機間的功率平衡。與原系統(tǒng)相比具有高效、節(jié)能、低噪音免維護(hù)、啟動轉(zhuǎn)矩大與運行平穩(wěn)等特點。在調(diào)速驅(qū)動方面，永磁同步電動機具有一定的優(yōu)勢。

2 控制系統(tǒng)

礦用隔爆型兼本質(zhì)安全型裝置是由變頻調(diào)速系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和參數(shù)設(shè)定部分組成。將先進(jìn)的IGBT變頻調(diào)速和模糊控制理論應(yīng)用到調(diào)速裝置中。

ZJT－110/660礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻調(diào)速裝置的防爆型式為礦用隔爆兼本質(zhì)安全型Exd{ib}I。它是由變頻調(diào)速系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和參數(shù)設(shè)定部分組成。本裝置的主要元器件的品質(zhì)高，可靠性好。變頻器的核心為IGBT半導(dǎo)體開關(guān)器件機其驅(qū)動模塊，器件的電流裕量大，經(jīng)過反復(fù)試驗和嚴(yán)格測試，安全可靠。電解電容也選用進(jìn)口高端型號，德國產(chǎn)EP-COS可耐受高紋波，壽命長。專門定做的熱管散熱器散熱能力強，兼具免維護(hù)、可靠、實用、美觀的特點。

從控制電路到主電路的通訊，全部采用光纖，抗干擾性好，避免誤動作。

采用了強大的DSP+FPGA的先進(jìn)控制電路，功能分塊、接口簡單、運行可靠。不但大大提高了系統(tǒng)的運算速度，而且大大提高了可靠性。該控制電路板和核心軟件已經(jīng)在多個成熟產(chǎn)品中長期使用，經(jīng)過實踐的反復(fù)驗證。

變頻調(diào)速裝置不僅安全可靠，而且性能優(yōu)異。本裝置采用了先進(jìn)的控制算法。專門針對低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩三相永磁同步電機的變頻調(diào)速，選用無位置傳感器矢量控制—DTC直接轉(zhuǎn)矩控制，調(diào)速范圍寬，動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能好，低速，低速起動轉(zhuǎn)矩大。

3 新舊系統(tǒng)比較

3.1 系統(tǒng)組成及重量比較(見表1)

表1 系統(tǒng)組成及重量比較

由表1可知，永磁直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，配件少、維護(hù)量小、重量輕。

3.2 特性曲線比較

起動性能對比曲線、效率對比曲線、功率因數(shù)的對比曲線見圖2。

由圖2可得：

1)永磁同步電機效率高。用永磁體取代電磁場，無勵磁損耗.由于損耗小，發(fā)熱低，因此，理論效率接近1。

2)機械特性較硬.對于因負(fù)載變化引起的電機轉(zhuǎn)矩的擾動具有較強的承受力。

圖2 特性曲線比較

4 節(jié)能效果分析

現(xiàn)以煤礦常用的DSJ80膠帶輸送機為例來分析節(jié)能問題。DSJ80皮帶機由2臺輕載效率為80%的55 kW三相異步電機驅(qū)動，現(xiàn)改用1臺效率為93%的60 kW無齒輪電機驅(qū)動，下面為兩種配置的能量損耗與各種費用對比，見表2。

均按照膠帶機每年生產(chǎn)360 d，每天16 h，每度電0.6元來計算。

由表2可知，在電機生命周期內(nèi)無齒輪永磁同步變頻驅(qū)動系統(tǒng)可以節(jié)約電能1 474 560 kWh，節(jié)約總費用1 138 230元。

表2 兩種配置的能量損耗與各種費用對比

5 結(jié)論

綜上所述，永磁電機驅(qū)動的膠帶運輸系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點：

1)高效、低噪、節(jié)能。取消了液力偶合器和減速器，系統(tǒng)震動和噪聲大大降低;與原系統(tǒng)相比，電耗降低，效率明顯提高。

2)維護(hù)量小、維修成本低。省掉了因更換、檢修、日常維護(hù)減速器和液力偶合器及齒輪等磨損零部件投入的費用;節(jié)約了由于起動不平穩(wěn)造成皮帶被拉裂而投入的采購費用。

3)輸出轉(zhuǎn)矩大、運行平穩(wěn)。在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)保持恒轉(zhuǎn)矩，可提高運行穩(wěn)定性。特別是電動機在低頻、低壓、低速時可提供足夠的轉(zhuǎn)矩。利用變頻器的調(diào)速功能實現(xiàn)帶式輸送機的緩慢起動，可實現(xiàn)重載起動，滿載起動運行時電流不超過額定電流的2倍。

4)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。由此可見，變頻調(diào)速的無齒輪永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)，應(yīng)用于煤礦井下的皮帶運輸系統(tǒng)能很好的發(fā)揮其優(yōu)勢。這種新的運行模式值得在煤礦井下推廣。

Application on Permanent Magnet Motor of Variable Frequency Control Speed in Belt Transportl

Gong Jian－bo

Abstract：In recent years，the permanent magnet synchronous motor get rapid development，and because the characteristics of high power factor，the high efficiency and so on，the application in some ground factories increase gradually，some places have gradually replaced AC induction motor，is a kind of new energy － saving motor.But the application in underground coal mine is just beginning，Shanxi coking coal investment company collaborates with Huaxin mechanical and electrical company，takes the lead in Zhengyi and Zhengxing coal company promoting the use no gear permanent magnet motor frequency control belts，namely the drive system by permanent magnet synchronous motor combined with frequency converter realizes power transfer，because remove reducer and hydraulic coupler，the whole drive system has advantages such as high efficiency，energy saving，low noise，no maintenance，large output torque，stable starting，compact structure，small volume，light weight and so on.For one year the running is stable，the maintenance quantity is small，energy saving effect is good.

Excel form;Coal blending;Coal quality

TD614

A

1672－0652(2011)12－0011－03

2011－11－21

鞏劍波(1974—)，男，山西平遙人，2007年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，助理工程師，主要從事機電管理工作(E －mail)changfulin481@163.com