張麗崢

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

無齒輪永磁同步變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在井下膠帶輸送機(jī)中的應(yīng)用

張麗崢

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

經(jīng)技術(shù)改造后的井下膠帶輸送機(jī)采用了無齒輪永磁同步電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過工程實(shí)例與理論分析，確定了整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高效、節(jié)能；低噪音、免維護(hù)；輸出轉(zhuǎn)巨大，起動(dòng)平穩(wěn)；結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。這一系統(tǒng)為礦用設(shè)備領(lǐng)域采用“綠色礦用設(shè)備”進(jìn)行了有益探索。

無齒輪永磁同步變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；高效、節(jié)能；綠色礦用設(shè)備

井下膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，過去采用礦用隔爆型籠式異步電動(dòng)機(jī)，經(jīng)液力偶合器、減速器傳動(dòng)滾筒帶動(dòng)膠帶運(yùn)動(dòng)，這種傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式的缺點(diǎn)是：1、異步電動(dòng)機(jī)→液力耦合器→減速器→傳動(dòng)滾筒，要經(jīng)兩道機(jī)械環(huán)節(jié)，傳動(dòng)環(huán)節(jié)多，機(jī)械效率低。2、重載起動(dòng)困難：當(dāng)膠帶輸送機(jī)滿載運(yùn)行中，因故停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，再次起動(dòng)非常困難而造成停產(chǎn)時(shí)，往往要調(diào)大量人員清理膠帶上的煤炭，才能重新起動(dòng)膠帶輸送機(jī)。3、常對(duì)液力耦合器、減速器等部件進(jìn)行保養(yǎng)、維護(hù)、且更換頻率較高。4、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能耗高、噪音大。

通過市場(chǎng)調(diào)研論證，選用了高效的無齒輪永磁同步變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由永磁同步電動(dòng)機(jī)與變頻器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，省去掉了減速器和液力耦合器，整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高效、節(jié)能、低噪音、免維護(hù)；輸出轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)；它的運(yùn)用成功，為采用“綠色礦用設(shè)備”進(jìn)行了有益探索。

1 永磁同步電機(jī)與異步鼠籠電機(jī)的比較

國陽一礦北丈八井8507綜掘工作面第一部膠帶機(jī)，運(yùn)輸距離長度568m，平均上運(yùn)坡度2.5°，采用二臺(tái)籠式異步電動(dòng)機(jī)（40 kW）DS2B-40Q經(jīng)液力耦合器和減速機(jī)驅(qū)動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)的效率在額定運(yùn)行時(shí)為0.91，液力耦合器效率為0.96，減速機(jī)效率為0.94，整個(gè)系統(tǒng)的效率為0.91×0.96×0.94=0.8212。國陽一礦北丈八井8508綜掘工作面第一部膠帶機(jī)，運(yùn)輸距離長度600 m，平均上運(yùn)坡度3°，采用二臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)（34 kW）與礦用隔爆型變頻器直接驅(qū)動(dòng)。取消了液力耦合器和減速機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)效率為0.89。它與傳統(tǒng)原系統(tǒng)相比效率提高了7%。通過以上兩部膠帶機(jī)實(shí)際運(yùn)行看出；永磁同步電機(jī)運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高、溫升低、機(jī)械特性穩(wěn)定、并聯(lián)效果好、節(jié)能降耗。由于永磁同步電機(jī)傳遞力矩非常大，34kW同步電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩高達(dá)4240N·m，故可直接傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾筒。兩種驅(qū)動(dòng)方式的主要參數(shù)，見表1。

表1 DS2B-40Q異步電機(jī)與同步電機(jī)主要參數(shù)參照表

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，永磁同步電機(jī)的功率比異步電動(dòng)機(jī)?。?0 kW-34 kW=6 kW）。膠帶輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)一天，按16 h計(jì)算，一年節(jié)約電量為6×16×360=34560kWh。每度電價(jià)按0.5元計(jì)，一年節(jié)省電費(fèi)為:34560×0.5=17280元。DSP80膠帶輸送機(jī)為雙滾筒驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)輸送機(jī)一年節(jié)省電費(fèi)為:17280×2=34560元，節(jié)能效果非?？捎^。

2 礦用隔爆型變頻器的低噪音、免維護(hù)特點(diǎn)

普通傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于液力耦合器、減速器、齒輪的長時(shí)間工作，液力耦合器會(huì)常出現(xiàn)軸承損壞、工作液體滲漏、易熔塞熔化、葉片被打壞等故障；減速器會(huì)常出現(xiàn)軸承損壞、油封漏油、齒輪磨損等故障；增大了礦方的維修量、影響了整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)效率。

新型變頻器與同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由于取消了減速器、耦合器，系統(tǒng)的震動(dòng)和噪聲大大降低。變頻器是一種電子器件的集成，它將機(jī)械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設(shè)備維護(hù)量。利用變頻器的軟起動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)，起動(dòng)過程中對(duì)機(jī)械部件基本無沖擊，大大減少了皮帶機(jī)系統(tǒng)機(jī)械部分的檢修量。

由此可見，采用無齒輪永磁同步變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以后，節(jié)約了因更換減速器、耦合器、齒輪等磨損零部件投入的費(fèi)用；節(jié)約了因維修減速器、耦合器而采購密封、油脂、軸承投入的費(fèi)用；節(jié)約了因檢修及日常維護(hù)減速器、耦合器、齒輪而投入的人工費(fèi)用；節(jié)約了由于起動(dòng)不平穩(wěn)造成皮帶拉裂而投入的采購費(fèi)用。

3 輸出轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行平穩(wěn)特點(diǎn)

由參數(shù)表1看出，永磁電機(jī)具有20極的高極數(shù)，可獲得較大的轉(zhuǎn)矩，無需減速器也可直接驅(qū)傳動(dòng)滾筒。

采用普通驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，起動(dòng)電流大，是電機(jī)額定電流的4倍～7倍。大的瞬間起動(dòng)電流會(huì)在起動(dòng)過程中產(chǎn)生沖擊，引起電機(jī)內(nèi)機(jī)械應(yīng)力和熱力發(fā)生變化。對(duì)機(jī)械部分造成嚴(yán)重磨損甚至損壞，還將引起電網(wǎng)電壓下降，影響電網(wǎng)內(nèi)其它設(shè)備的正常運(yùn)行。

采用無齒輪永磁同步變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，利用變頻器的調(diào)速功能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的緩慢起動(dòng)，起動(dòng)過程中對(duì)機(jī)械部件基本無沖擊，對(duì)設(shè)備機(jī)械部分基本不會(huì)造成損壞，并可實(shí)現(xiàn)重載起動(dòng)。

4 應(yīng)用價(jià)值及其特點(diǎn)

無齒輪永磁同步變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，現(xiàn)已正式用于山西國陽新能股份有限公司一礦北丈八井8508綜掘工作面第一部膠帶機(jī)上，通過一年來的實(shí)踐證明，應(yīng)用效果顯著。該系統(tǒng)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，尤其適合膠帶輸送機(jī)重載起動(dòng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的功率平衡和速度同步，而且提供可調(diào)的驗(yàn)帶速度，以降低快速起動(dòng)、快速停車過程對(duì)膠帶輸送機(jī)的機(jī)械沖擊和對(duì)井下電網(wǎng)的沖擊，延長了膠帶輸送機(jī)使用壽命，降低了生產(chǎn)過程中的維修量，增強(qiáng)了綜掘工作面主輸送系統(tǒng)的安全性和可靠性，杜絕了因故停機(jī)不能帶載起動(dòng)的狀況，節(jié)電率高達(dá)25%。該系統(tǒng)可廣泛用于綜掘工作面膠帶輸送機(jī)，具有較高實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

Application of No-gear Permanent-magnet Synchronous Frequency Conversion Driver System in Mine Belt Conveyer

ZHANG Li-zheng
（Yangquan Coal Group，Yangquan Shanxi045000）

By technology improvement,the no-gear permanent-magnet synchronous frequency conversion driver system was used in mine belt conveyer.Through the engineering case and theory analysis,we find that the system has the following qualities:high efficiency,energy saving,low noise,maintenance free,high output rate,smooth starting,compact structure,small size and light weight.The system is a significant exploration of green mining equipments.

no-gear permanent-magnet synchronous frequency conversion driver system;efficiency and energy saving;green mining equipments

TD65+3

A

1672-5050（2011）03-0038-02

2010-11-06

張麗崢（1968—），女，山西陽泉人，本科，電氣工程師，國家注冊(cè)電氣工程師，主要從事電氣設(shè)計(jì)工作。

徐樹文