尹淑梅

（神華神東皮帶機(jī)公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

1 膠帶輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

1.1 膠帶輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前國內(nèi)較為常見的膠帶輸送機(jī)的傳動(dòng)方式為異步電機(jī)+液力耦合器+減速器+驅(qū)動(dòng)滾筒，此種結(jié)構(gòu)的膠帶機(jī)啟動(dòng)時(shí)較為簡單，一般是空載啟動(dòng)，對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求不高，通常采用直接啟動(dòng)或是降壓啟動(dòng)就可以了。

近幾年來，“變頻器+異步電機(jī)+減速器+驅(qū)動(dòng)滾筒”的傳動(dòng)方式開始得到推廣應(yīng)用，通過變頻器來控制電機(jī)的矢量變頻，使電機(jī)和膠帶輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，例如在0.1Hz時(shí)，電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能夠達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的三倍左右，目前我國已經(jīng)有許多成功的案例。

1.2 傳統(tǒng)膠帶輸送機(jī)電機(jī)系統(tǒng)功率

膠帶輸送機(jī)電機(jī)一般選用三相鼠籠異步電機(jī)或者是三相繞線型異步電機(jī)，三相鼠籠異步電機(jī)的應(yīng)用較為廣泛一些，三相繞線型異步電機(jī)的使用相對(duì)較少一些。由于膠帶輸送機(jī)電機(jī)要求啟動(dòng)時(shí)電流小，且轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，因此許多電機(jī)廠生產(chǎn)膠帶輸送機(jī)專用三相異步電機(jī)，例如撫順煤礦機(jī)電廠生產(chǎn)煤礦輸送機(jī)專用電機(jī)DSB-55，額定功率為55KW，額定轉(zhuǎn)速為1470rpm，啟動(dòng)時(shí)候的轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為2.5倍，過載倍數(shù)約為2.3，啟動(dòng)的電流倍數(shù)為6.5倍，效率是91%，功率因數(shù)是0.87。盡管專用電機(jī)能夠滿足煤礦企業(yè)生產(chǎn)的需求，但是仍然存在著一些不足之處，例如：（1）效率不夠高，最新的中小型電機(jī)能效等級(jí)規(guī)定，一級(jí)能效的55Kw/4極異步電機(jī)效率值應(yīng)該是95%，二級(jí)能效應(yīng)為94.2%，三級(jí)為92.5%，那么55kw的DSB-55煤礦專用電機(jī)的效率連三級(jí)能效電機(jī)的效率標(biāo)準(zhǔn)都沒有達(dá)到。（2）輕載效率低，異步電機(jī)的效率是隨著負(fù)載變化而變化的，當(dāng)負(fù)載率達(dá)到80%左右時(shí)，效率是最高的，達(dá)到額定效率，如果負(fù)載率低，那么效率也會(huì)降低，而膠帶輸送機(jī)的負(fù)載是根據(jù)生產(chǎn)狀況發(fā)生變化的，負(fù)載會(huì)經(jīng)常的發(fā)生變化，因此所配的電機(jī)要按照最大負(fù)載來進(jìn)行功率配置選擇，因此大多數(shù)情況下，電機(jī)都處于輕載運(yùn)行的狀態(tài)下，運(yùn)行效率和功率的因數(shù)不高，導(dǎo)致大量有功功率以及無功功率發(fā)生浪費(fèi)。

2 礦用膠帶輸送機(jī)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

2.1 高效率電機(jī)能夠提高膠帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)效率

高效率電機(jī)是指損耗比目前生產(chǎn)的電機(jī)降低20%左右，超高效電機(jī)是指損耗比目前生產(chǎn)的電機(jī)降低30%左右。我國以及歐盟將中小型三相異步電機(jī)效率分為了三個(gè)效率標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)，一級(jí)能效、二級(jí)能效、三級(jí)能效，并且進(jìn)行了強(qiáng)制的規(guī)定，低于三級(jí)能效的一般電機(jī)，不能生產(chǎn)銷售，電機(jī)出場(chǎng)的時(shí)候，要粘貼統(tǒng)一格式的能效等級(jí)標(biāo)志。能效一級(jí)的額定功率在3kw～315kw的范圍內(nèi)，能效二級(jí)和三級(jí)的額定功率在0.55kw～315kw范圍內(nèi)，且電機(jī)級(jí)數(shù)多為2～6級(jí)的防爆電機(jī)。

高效率電機(jī)的生產(chǎn)銷售使用，對(duì)膠帶機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)成本的提高影響并不明顯，根據(jù)調(diào)查電機(jī)在一個(gè)生命周期中，運(yùn)行費(fèi)用占92%，購買成本為7%，維護(hù)費(fèi)用僅為1%，如果電機(jī)的效率提高，那么節(jié)省的電費(fèi)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采購成本。高效率異步電機(jī)的額定點(diǎn)效率雖然較高，但是負(fù)載比較輕，效率相對(duì)也較低，還存在一定的缺點(diǎn)，而稀土永磁同步電機(jī)便不存在這個(gè)問題，稀土永磁同步電機(jī)在20%～120%負(fù)載時(shí)，都能夠得到較高的效率，但是價(jià)格較高，且需要變頻器來進(jìn)行啟動(dòng)控制，但是隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，相信在未來幾年內(nèi)，稀土永磁同步電機(jī)能夠得到更加廣泛的應(yīng)用。

高效率電機(jī)和稀土永磁電機(jī)的普遍推廣和使用將會(huì)使膠帶機(jī)傳動(dòng)效率得到很大的提高。

2.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)提高系統(tǒng)效率

傳統(tǒng)膠帶輸送機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為電動(dòng)機(jī)+液力耦合器+減速器+滾筒，或者是變頻器+電動(dòng)機(jī)+減速器+滾筒，在能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程中，不僅中間環(huán)節(jié)過多，且效率低下，運(yùn)行的費(fèi)用和維護(hù)成本費(fèi)用較高，無法進(jìn)行系統(tǒng)的節(jié)能。

目前，直驅(qū)式電機(jī)是簡化傳動(dòng)系統(tǒng)最為有效的途徑之一，也是提高傳動(dòng)效率和簡化傳動(dòng)結(jié)構(gòu)最主要、最有效的方法，主要措施就是用高效低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三相異步電機(jī)，節(jié)省了減速器、液力耦合器等傳動(dòng)部件的損耗，使用電機(jī)直接來帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，使傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，效率提高，且能夠降低噪音，省去維護(hù)檢修減速器、液力聯(lián)軸器的中間環(huán)節(jié)及定期更換潤滑油等工作，可節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力資源，并減少對(duì)環(huán)境的污染和碳排放，真正做到節(jié)能減排。

3 膠帶輸送機(jī)用直驅(qū)式電機(jī)的設(shè)計(jì)及控制特點(diǎn)

3.1 電機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

礦用隔爆直驅(qū)式輸送機(jī)專用永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)為啟動(dòng)的電流較小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，效率較高。設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：（1）多極數(shù)。定子交流電流的額定頻率較低，有利于降低電機(jī)的鐵芯損耗；（2）分?jǐn)?shù)槽繞組。增加每極每相槽數(shù)，并選擇合適的短距比，能夠提高繞組系數(shù)，減低高次諧波，減小定位力矩；（3）內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。選擇合適的磁極形狀和尺寸，使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)的波形能夠按照正弦分布，直軸和膠軸的磁阻不相同，磁阻轉(zhuǎn)矩大，過載的能力也強(qiáng)一些。

3.2 控制特點(diǎn)

無位置傳感器矢量控制，無論是在啟動(dòng)還是運(yùn)行的時(shí)候，都能夠準(zhǔn)確的控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，能夠有效的確保膠帶輸送機(jī)進(jìn)行恒速運(yùn)行；SPWM控制，能夠使定子繞組電機(jī)接近理想正弦波，消除轉(zhuǎn)矩文波，利于膠帶機(jī)平穩(wěn)的運(yùn)行，且能夠延長膠帶的使用壽命。隔爆直驅(qū)式膠帶電機(jī)專用電機(jī)和特有的軟啟動(dòng)特性、較高的性價(jià)比，將成為礦用膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)在未來的主要發(fā)展方向。

4 礦用膠帶輸送機(jī)節(jié)能比較分析

4.1 電機(jī)直接啟動(dòng)配合盤型閘控制節(jié)能分析

電機(jī)直接啟動(dòng)配合盤形閘運(yùn)行是較為古老落后的礦用皮帶控制方式之一，基本實(shí)現(xiàn)不了節(jié)能，從電能和液壓油浪費(fèi)等多個(gè)角度，都不提倡使用這樣的方法。電機(jī)在直啟時(shí)，會(huì)浪費(fèi)較多的電能，且沒有電力反饋系統(tǒng)，電能消耗十分大，在盤形閘工作時(shí)液壓油的浪費(fèi)也比較大，對(duì)皮帶機(jī)速度進(jìn)行控制時(shí)，皮帶機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為皮帶和盤形閘摩擦產(chǎn)生的熱能散去，在整個(gè)過程中，機(jī)械的損壞相當(dāng)大。因?yàn)殡姍C(jī)不論是在何種條件下，都以額定轉(zhuǎn)速來進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)輸出了最大功率，多余的能量便會(huì)在閥門處消耗，剩余的能量也通過摩擦的方式浪費(fèi)掉了，如果使用太大的電機(jī)，那么將會(huì)消耗比實(shí)際需求更多的能量，導(dǎo)致能源浪費(fèi)的問題更加嚴(yán)重，電機(jī)的轉(zhuǎn)速是固定的，用戶一般都會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)值選用比實(shí)際需要更大一些的電機(jī)功率，導(dǎo)致輸出功率發(fā)生浪費(fèi)。

4.2 液力耦合器控制節(jié)能分析

采用液力耦合器調(diào)速節(jié)能效益主要表現(xiàn)在：

4.2.1 匹配合力，降低裝機(jī)的容量

調(diào)速型液力耦合器能夠使電機(jī)帶大慣量載荷空載啟動(dòng)，所以電機(jī)運(yùn)行的時(shí)候要適當(dāng)?shù)慕档桶踩禂?shù)，選擇適合的即可。

4.2.2 降低電機(jī)啟動(dòng)功率消耗

因液力耦合器能夠解決大慣量機(jī)械啟動(dòng)困難的問題，因此電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流較低，啟動(dòng)持續(xù)的時(shí)間也相對(duì)短一些，對(duì)電網(wǎng)的沖擊較小，啟動(dòng)時(shí)消耗的功率低，尤其是電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，應(yīng)該使用液力傳動(dòng)，能夠使各電機(jī)順序延時(shí)啟動(dòng)，避免多個(gè)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊，降低啟動(dòng)電流，延長啟動(dòng)時(shí)間，尤其是對(duì)于啟動(dòng)頻繁的機(jī)械，使用液力耦合器節(jié)能效果會(huì)更顯著一些。

結(jié)語

綜上所述，礦用膠帶輸送機(jī)節(jié)能改造要從膠帶輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能入手，改造完成之后，也要對(duì)節(jié)能方面進(jìn)行科學(xué)的、全面的分析和研究。目前，國內(nèi)外關(guān)于礦用膠帶輸送機(jī)的節(jié)能改造還正在研究，相信在未來幾年內(nèi)，能夠取得較大的進(jìn)步，節(jié)能的效果也會(huì)更加顯著。

[1]武興華，賈好來.礦用膠帶輸送機(jī)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究 [J].山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，02(10).

[2]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009，01.