許赟莉，朱殿瑞

（1.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 陽(yáng)泉有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000；2.太原重工 軋鋼設(shè)備分公司 軋鋼廠，山西太原 030024）

1 永磁直驅(qū)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

永磁直驅(qū)皮帶機(jī)系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它由永磁同步電機(jī)、永磁同步變頻器和皮帶機(jī)機(jī)頭組成，與傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)相比去掉了減速機(jī)、液力耦合器和同步齒輪，具有高效、節(jié)能、低噪聲、免維護(hù)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)。其中的永磁電動(dòng)機(jī)達(dá)到國(guó)家一級(jí)能耗標(biāo)準(zhǔn)，具有高極數(shù)、可輸出較大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，因此無(wú)需減速器就可直接驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)滾筒；變頻器可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)和多驅(qū)動(dòng)電機(jī)間的功率平衡。該系統(tǒng)目前已在各煤礦得以廣泛推廣使用。

永磁直驅(qū)系統(tǒng)外形如圖1所示。

2 永磁直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及各部件的作用

永磁直驅(qū)系統(tǒng)由皮帶機(jī)機(jī)頭架、電機(jī)連接法蘭、永磁直驅(qū)電機(jī)等組成，如圖2所示，其各部件作用如下：

（1）皮帶機(jī)機(jī)頭架：承載皮帶，并驅(qū)動(dòng)皮帶進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。

（2）電機(jī)連接法蘭：承擔(dān)永磁直驅(qū)電機(jī)與皮帶機(jī)機(jī)頭架之間的連接作用，保證電機(jī)軸伸端與皮帶機(jī)滾筒軸的同心度。

（3）永磁直驅(qū)電機(jī)：將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，在變頻器的配合下直接輸出與皮帶機(jī)帶速相吻合的轉(zhuǎn)速，無(wú)需減速器和液力耦合器，直接驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)，不但效率提高，而且實(shí)現(xiàn)了真正意義上的免維護(hù)。

3 永磁系統(tǒng)特點(diǎn)

永磁直驅(qū)皮帶機(jī)系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

（1）豐富的通訊功能。可支持CAN、RS485、ProfBUS DP等多種通信接口的接入，可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備集中控制運(yùn)行，可將運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送至地面調(diào)度室進(jìn)行在線監(jiān)測(cè) 。

（2）歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)?？杀４孀罱荒甑倪\(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可導(dǎo)出為Excel格式文件，可通過(guò)華鑫開發(fā)的軟件轉(zhuǎn)化為圖形模式，便于了解皮帶機(jī)歷史工作情況。

（3）降低系統(tǒng)變壓器容量。永磁直驅(qū)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)采用變頻器驅(qū)動(dòng)，具有很高的功率因素，與原系統(tǒng)相比可降低變壓器的容量。

（4）縮小變壓器的體積。由于變頻器采用交直交技術(shù)，因此給變頻器供電可采用高頻電源，從而可大大縮小變壓器的體積。

圖1 永磁直驅(qū)系統(tǒng)外形圖

圖2 永磁直驅(qū)皮帶機(jī)系統(tǒng)示意圖

4 使用反饋及改進(jìn)措施

4.1 礦山使用反饋

經(jīng)礦上使用后，反饋其優(yōu)點(diǎn)是：①皮帶機(jī)慢速啟動(dòng)，不撒煤，減少了工人工作量；②振動(dòng)小，運(yùn)行平穩(wěn)，減少了聯(lián)軸器、減速器、同步齒輪的安裝，其維護(hù)量小，維修費(fèi)用每年可節(jié)約3萬(wàn)元～5萬(wàn)元；③節(jié)電效果明顯，每年可省電費(fèi)近10萬(wàn)元。

缺點(diǎn)是：①皮帶機(jī)拉力沒(méi)有原皮帶機(jī)的大，運(yùn)輸距離短；②電機(jī)體積大，占用空間大，井下安裝運(yùn)輸不便；③系統(tǒng)供電現(xiàn)為660V，而礦上供電多為1 140V；④變頻開關(guān)對(duì)供電系統(tǒng)造成一定的干擾；⑤變頻皮帶機(jī)在運(yùn)行期間容易偷停；⑥電機(jī)軸頭強(qiáng)度易出現(xiàn)問(wèn)題；⑦皮帶機(jī)張緊力度不夠。

4.2 電機(jī)退磁問(wèn)題的改進(jìn)措施

傳統(tǒng)皮帶系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及永磁體布置見圖3，改進(jìn)后的永磁直驅(qū)系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及永磁體布置見圖4。

圖3 原電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及永磁體布置圖

圖4 改進(jìn)后電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及 永磁體布置圖

永磁電機(jī)運(yùn)行時(shí)受到的退磁磁場(chǎng)強(qiáng)度是反復(fù)變化的。圖5（a）為改進(jìn)前用普通材料制作的永磁體的回復(fù)線與退磁曲線，圖5（b）為改進(jìn)后用燒結(jié)NdFeB永磁材料制作的永磁體的回復(fù)線與退磁曲線。圖5中，橫坐標(biāo)H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，縱坐標(biāo)B為磁通量密度。

圖5 回復(fù)線與退磁曲線

在圖5（a）中，當(dāng)對(duì)已充磁的永磁體施加退磁磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，磁通密度沿圖中的退磁曲線BrP下降，如果在下降到P點(diǎn)時(shí)消去外加退磁磁場(chǎng)，則磁通密度并不沿退磁曲線恢復(fù)，而是沿著另一近似直線PR曲線上升；若再施加退磁磁場(chǎng)強(qiáng)度，則磁通密度同樣沿著新的近似直線PR曲線下降，該直線稱為回復(fù)線。就是說(shuō)，具有類似圖5（a）所示退磁曲線的永磁體，在施加退磁磁場(chǎng)后，磁性能不可恢復(fù)。

改進(jìn)后的永磁體采用燒結(jié)NdFeB永磁材料，在常溫或者較低溫度下，其退磁曲線為一直線。但在溫度較高的情況下，退磁曲線的上半部分為直線，下半部分開始拐彎，開始拐彎的點(diǎn)稱為拐點(diǎn)（又稱為膝點(diǎn)）。當(dāng)永磁體工作點(diǎn)高于拐點(diǎn)k時(shí)，回復(fù)線與退磁曲線的直線段重合，永磁體性能可恢復(fù)，見圖5（b）。若永磁體工作點(diǎn)低于拐點(diǎn)k時(shí)，新的回復(fù)線RP不再與退磁曲線重合，同樣會(huì)造成永磁體的性能不穩(wěn)定。因此，若要保證永磁體退磁現(xiàn)象不在永磁電機(jī)中發(fā)生，可采取降低拐點(diǎn)k，并確保永磁體的工作點(diǎn)永遠(yuǎn)高于拐點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)后系統(tǒng)已應(yīng)用于上社煤礦9204掘進(jìn)工作面，結(jié)果表明該設(shè)備具有高效、節(jié)能、低噪聲、免維護(hù)、輸出轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)平穩(wěn)、恒轉(zhuǎn)矩控制等優(yōu)點(diǎn)。

［1］ 于學(xué)謙.礦山運(yùn)輸機(jī)械［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1993.

［2］ 武興華.礦用帶式輸送機(jī)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.煤礦機(jī)械，2011（12）：1－2.

［3］ 張勇.電機(jī)拖動(dòng)與控制［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［4］ 牛玉卉.變頻技術(shù)在煤礦的應(yīng)用及節(jié)能效果研究［J］.山西科技，2009（6）：148－149.