商勝，向曉玲

（北京英邁特礦山機械有限公司，北京101300）

SR高扭矩電機在MMD全移動破碎站的應(yīng)用

商勝，向曉玲

（北京英邁特礦山機械有限公司，北京101300）

SR高扭轉(zhuǎn)電機在MMD全移動破碎系統(tǒng)中運行穩(wěn)定可靠，破碎機能力達(dá)到了設(shè)計需要。SR高扭矩開關(guān)磁阻電機具有輸出高轉(zhuǎn)矩、旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)整、啟動電流小、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。

SR高扭矩電機；破碎系統(tǒng)；MMD

0 引言

MMD全移動破碎站應(yīng)用于平朔東露天半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)中，用于剝離物料的破碎，物料經(jīng)電鏟開采后卸料到MMD給料機，由破碎機破碎后經(jīng)轉(zhuǎn)載皮帶、卸料皮帶、膠帶橋、工作面皮帶、最后卸料到排土場。全移動破碎站為半連續(xù)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)中的前端設(shè)備。全移動破碎站的安全可靠運行以及破碎處理能力，是整個半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)在平朔東露天煤礦成功應(yīng)用的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。全移動破碎站系統(tǒng)是MMD集團公司自行研發(fā)的高破碎能力且能處理復(fù)雜物料的帶履帶行走裝置的自移式破碎系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包含給料機、破碎機、轉(zhuǎn)載膠帶機、俯仰回轉(zhuǎn)排料膠帶機以及履帶行走系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中破碎機的作用非常關(guān)鍵，直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行和能力大小。

1 問題的提出

按照半連續(xù)工藝系統(tǒng)的設(shè)計要求，MMD全移動破碎站破碎能力要求達(dá)到9 000 t/h，在破碎站原有系統(tǒng)設(shè)備安裝調(diào)試完成后，經(jīng)過一段時間的運行發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在破碎比較軟的小塊物料時能力通常會超過9 000 t/h高峰時能力可以達(dá)到12 000 t/h，但破碎機在破碎硬巖或大塊過程中由于難度大導(dǎo)致破碎機電機電流增大電網(wǎng)電壓降低，瞬間電網(wǎng)壓降超過20%，由于普通感應(yīng)電機的性能特性為在電網(wǎng)存在壓降時電機輸出轉(zhuǎn)矩迅速降低，從而經(jīng)常導(dǎo)致破碎軸堵轉(zhuǎn)、耦合器噴液停機，嚴(yán)重影響設(shè)備的使用壽命及整個系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，破碎機的破碎能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到能力的要求。經(jīng)長時間的數(shù)據(jù)積累總結(jié)破碎站的平均能力為5 000 t/h，同時整個破碎系統(tǒng)運行在經(jīng)常出現(xiàn)故障的狀態(tài)。

2 問題的分析

平朔東露天全移動破碎站主要破碎物料為粗砂巖、砂質(zhì)頁巖、細(xì)砂巖、中砂巖、粉砂巖、泥灰?guī)r等剝離物料，剝離的物料硬度和大小變化比較大，但總體來看物料硬度高，最大入料粒度2 500 mm×2 500 mm×2 000 mm。項目實施開始破碎機選用ABB生產(chǎn)的普通感應(yīng)電機，基本參數(shù)為電壓6 kV,功率450 kW,額定電流為54A[1]，電機采用直接驅(qū)動方式，其機械傳動方式為電機-耦合器-減速器-聯(lián)軸器-電機輸出軸。但系統(tǒng)安裝調(diào)試完成開始運行后破碎機經(jīng)常出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)、耦合器噴液等問題。雖然在運行中間多次進行完善和調(diào)整電氣保護參數(shù)，讓破碎系統(tǒng)發(fā)揮最大的效率。但經(jīng)過一年多的運行觀察總結(jié)發(fā)現(xiàn)破碎機電機運行電流多數(shù)情況下都要超過額定電流，而且大部分時間電機運行電流都要超過額定電流的兩倍。有時候瞬間電流迅速增大至300 A左右導(dǎo)致破碎機經(jīng)常堵轉(zhuǎn)，電機電流大壓降升高電機轉(zhuǎn)矩迅速下降，電機輸出轉(zhuǎn)矩不夠造成電機堵轉(zhuǎn)或者耦合器噴液。每次堵轉(zhuǎn)后恢復(fù)再重啟電機至少需要15 min，既浪費了時間又達(dá)不到能力要求同時還嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的使用壽命；每次噴液需要重新加油，至少需要2 h。在這種情況下運行系統(tǒng)的平均生產(chǎn)能力只能達(dá)到5 000 t/h。由于普通感應(yīng)電機的特點是在通常情況下電機的轉(zhuǎn)矩能到設(shè)計轉(zhuǎn)矩的大小，但當(dāng)遇到大塊或硬物料時由于電機電機的增大導(dǎo)致系統(tǒng)供電電網(wǎng)存在壓降，此時電機的輸出轉(zhuǎn)矩迅速成以電壓平方關(guān)系的比例降低，電機輸出轉(zhuǎn)矩低同時破碎軸需要轉(zhuǎn)矩高導(dǎo)致耦合器內(nèi)部液體溫度快速升高，經(jīng)常出現(xiàn)耦合器噴液或者破碎機堵轉(zhuǎn)的情況。這些情況主要會導(dǎo)致以下幾個方面問題：

1）電機長期運行，過流嚴(yán)重影響電機的使用壽命；

2）電機頻繁啟停，嚴(yán)重影響電機和相關(guān)電氣設(shè)備的使用壽命；

3）破碎機大電流引起電網(wǎng)壓降過高，影響其他設(shè)備的運行，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致其他設(shè)備的停機；

4）破碎機經(jīng)常堵轉(zhuǎn)以及耦合器經(jīng)常噴液，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的生產(chǎn)能力；

5）經(jīng)常更換耦合器油直接增加了生產(chǎn)成本，導(dǎo)致比較大的資源浪費。

針對上述問題，要提高系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，首先必須減少破碎機電機堵轉(zhuǎn)和耦合器噴液的次數(shù)以增加系統(tǒng)的有效工作時間，需要在破碎大和硬的物料時及時進行自動判斷并做出快速的自動反應(yīng)以減少破碎機堵轉(zhuǎn)或耦合器噴液的次數(shù)從而增加有效工作時間。破碎機電機電流的大小能反應(yīng)物料的情況，因此根據(jù)破碎機電機的電流大小調(diào)整系統(tǒng)給料的頻率，將系統(tǒng)給料頻率按照硬料和軟料分別進行處理和調(diào)整，完全通過破碎機的實時運行電流來及時調(diào)整給料的頻率[2]，具體方案為在1 min內(nèi)檢測到電機電流3次超過額定電流的1.5倍將給料頻率降低相反將給料頻率提高。更改控制調(diào)整給料機頻率的程序后，電機堵轉(zhuǎn)的次數(shù)和耦合器噴液次數(shù)確實減少了，系統(tǒng)生產(chǎn)能力也得到了提高，但因剝離物料情況頻繁變化，自動調(diào)整給料頻率調(diào)整轉(zhuǎn)換次數(shù)太多，導(dǎo)致系統(tǒng)的生產(chǎn)能力還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到額定設(shè)計能力要求。因此，調(diào)整系統(tǒng)給料頻率對增加系統(tǒng)的有效工作時間，以及保護設(shè)備起到一定作用，但都不能達(dá)到系統(tǒng)的生產(chǎn)能力要求。另外普通感應(yīng)電機普遍存在的問題，在破碎硬的物料時由于電機電流的增加會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓下降使電機輸出轉(zhuǎn)矩降低，還是會存在和項目現(xiàn)同樣的問題，僅增大電機的功率滿足不了系統(tǒng)特殊情況的要求[3]。因此僅僅完善現(xiàn)有的控制系統(tǒng)解決不了破碎系統(tǒng)的能力問題。SR高扭矩開關(guān)磁阻電機可以通過先進的控制系統(tǒng)確保電機在需要高轉(zhuǎn)矩時能輸出高轉(zhuǎn)矩，這種性能剛好滿足要求。在破碎硬物料和大物料的時候輸出大轉(zhuǎn)矩，根據(jù)物料硬度情況能自行調(diào)整輸出轉(zhuǎn)矩的大小，而且電機的尺寸小。這種電機和控制系統(tǒng)根據(jù)編碼器檢查的定子和轉(zhuǎn)子的位置自動調(diào)整電機的轉(zhuǎn)矩、電流和速度[4]，不受電網(wǎng)壓降影響[5]。

3 解決方案

根據(jù)1年多的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)積累，結(jié)合現(xiàn)場情況以及SR高扭矩開關(guān)磁阻電機本身的性能優(yōu)點，對系統(tǒng)中的主要設(shè)備破碎機進行整體改造，破碎機電機選用SR高轉(zhuǎn)矩開關(guān)磁阻電機，其尺寸與項目現(xiàn)有ABB普通感應(yīng)電機基本相同，該電機具有普通感應(yīng)電機不具備的優(yōu)點，可以不受電網(wǎng)影響根據(jù)需要輸出滿足破碎要求的轉(zhuǎn)矩。SR開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)主要包括電機、功率變換器、控制器、位置檢測器等組成[4]。其中功率變換器將交流電整流成直流電向電機提供運行所需要的轉(zhuǎn)矩能量；控制器是磁阻電機系統(tǒng)的控制中心，它綜合接收定子和轉(zhuǎn)子的位置、轉(zhuǎn)速、電流信號，處理后發(fā)出控制信號對功率變換器進行控制，實現(xiàn)功率變換器對電機的可控驅(qū)動。位置檢測器檢測電機內(nèi)部定子和轉(zhuǎn)子的相對位置、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及電流等信號。當(dāng)定子繞組通電是產(chǎn)生磁場遵循磁通沿著磁阻最小的路徑閉合的原則，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸線與定子磁極的軸線不重合時，便會有磁阻力作用在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以使其趨于磁阻最小的位置[4]。

按照整個系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和工況要求，選定開關(guān)磁阻電機額定功率為500 kW,額定電流505 A,工作電壓690 V，短時間內(nèi)最大輸出功率為1 500 kW，電機最大設(shè)計轉(zhuǎn)矩為8 500 Nm。開關(guān)磁阻電機核心部分為控制器，控制器主要包括IGBT、電容、控制板以及現(xiàn)場編碼器組成等組成。2臺電機使用1套完全相同的控制系統(tǒng)[6]。

SR開關(guān)磁阻電機現(xiàn)場環(huán)境震動劇烈，考慮采用以下預(yù)防措施：

1）在電機設(shè)計時，將電機的主體與電機內(nèi)部溫度以及編碼器的接線盒采用軟連接。

2）電機的編碼器的外部接線盒采用與電機主體之間無任何連接，對支架進行固定

3）所有內(nèi)部和外部連接處，均采用高強螺栓連接在電氣控制系統(tǒng)方面，為既能充分發(fā)揮設(shè)備的有效功能又能關(guān)鍵時刻起到保護作用[3]。

具體方法：①電機采用2塊控制板，2塊控制板采用共用底板進行通信，1塊控制板負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)另1塊控制板負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)；②采集電機的速度對電機的超速進行檢測，利用超速信號分成3部分保護電機，分別為控制電機的急停信號、給控制板信號給PLC；③為防止信號干擾電機編碼器到PLC之間的控制線采用屏蔽電纜并采用鋼管進行保護；④在電機控制系統(tǒng)的PLC與整個生產(chǎn)系統(tǒng)的主PLC發(fā)生通信故障時，斷開破碎機主進線電源；⑤控制器內(nèi)部帶電容，確保電機輸出高轉(zhuǎn)矩時對電網(wǎng)沒影響；⑥電機的速度可進行限制，限制電機的速度在1 485 rpm+10%；⑦IGBT內(nèi)部帶溫度傳感器，溫度超過125°時停機。

為確保整個破碎系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠操作靈活且方便維護，開關(guān)磁阻電機的電控系統(tǒng)采用以下幾種操作和監(jiān)測方式：

1）在SR控制器上安裝接地/遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到就地可在SR控制器柜門上進行操作就地或通過SR本身的PLC控制系統(tǒng)控制電機的起停，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到遠(yuǎn)程時可利用主PLC控制系統(tǒng)進行操作;

2）在SR電機的控制器控制柜門上以及就地控制箱上可急停電機;

3）在SR的控制柜上可監(jiān)測破碎機電機的運行狀態(tài)以及各種性能參數(shù);

4）在主PLC的上位機上可監(jiān)測破碎機的運行狀態(tài)以及各種性能參數(shù);

5）SR控制器可進行速度監(jiān)測，實現(xiàn)超速停機。

4 系統(tǒng)的優(yōu)點

SR高扭矩電機有如下優(yōu)點：

1）啟動電流小，為正常運行電流的1.5倍，啟動時對電網(wǎng)影響??；

2）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，不容易發(fā)熱，由實心轉(zhuǎn)子心組成，慣性??；

3）電機的磁極受開關(guān)控制，旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)；

4）輸出轉(zhuǎn)矩高，調(diào)速范圍廣；

5）電機轉(zhuǎn)矩方向只與各相通電順序有關(guān)與繞組電流方向無關(guān)，無需再增加反轉(zhuǎn)電氣設(shè)備；

6）轉(zhuǎn)矩和電流可根據(jù)物料情況進行調(diào)整，可節(jié)能30%左右，可節(jié)能環(huán)保；

7）控制系統(tǒng)自身帶完善的控制系統(tǒng)，可減少上一級電網(wǎng)系統(tǒng)的容量，可節(jié)省上一級配電系統(tǒng)的投資。

5 結(jié)語

SR高扭轉(zhuǎn)電機在MMD全移動破碎系統(tǒng)中調(diào)試完成，已成功運行半年多，現(xiàn)場運行穩(wěn)定可靠，破碎機能力達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計要求，適合現(xiàn)場各種復(fù)雜物料的要求，在碰到硬料和大塊物料時SR高扭轉(zhuǎn)電機輸出高扭矩破碎復(fù)雜物料，在物料比較軟時SR電機調(diào)整輸出轉(zhuǎn)矩大小，讓電機充分發(fā)揮了其作用和效率，既達(dá)到了預(yù)期的效果又節(jié)省了電能。

［1］ABB Electrical Machines.ABB國產(chǎn)電機檢驗報告破碎機A&破碎機B［G］.上海：ABB Electrical Machines Ltd，2012.

［2］吳忠智，吳加林.變頻器原理及應(yīng)用指南［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［3］李發(fā)海.電機與拖動基礎(chǔ)［M］.第4版.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

［4］吳建華.開關(guān)磁阻電機設(shè)計與應(yīng)用［M］.第4版.北京：機械工業(yè)出版社，2000（6）：1-10.

［5］吳紅星.開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)理論與控制技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2010（7）：39-131.

［6］Nidec Avtron Automation B36551_REV_D［15.12.3］［G］.USA：Nidec Avtron Automation，2015.

【責(zé)任編輯：張東旭】

Application of SR high-torque motor in MMD fully-mobile crushing station

SHANG Sheng,XIANG Xiaoling
(Beijing Yingmaite Mining Machinery Co.,Ltd.,Beijing 101300,China)

SR high-torque motor is stable and reliable in the whole MMD fully-mobile crushing system,and crushing capacity meets the design requirements.SR high-torque switched reluctance motor has the advantages of high output torque,adjustable rotation speed,small starting current,energy saving,environmental protection,etc.

SR high-torque motor;crushing system;MMD

TD451

B

1671－9816（2017）01－0068－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.019

商勝，向曉玲.SR高扭矩電機在MMD全移動破碎站的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（1）：68-70.

2016-08-08

商勝（1988—）女，湖北人，工程師，畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2010年至今在北京英邁特礦山機械有限公司電控部工作。