張春輝

【摘 要】永磁電機在煤礦井下的應(yīng)用，極大提高了生產(chǎn)效率，保證了煤礦生產(chǎn)的安全性。為進一步促進永磁電機在煤礦井下的應(yīng)用，充分發(fā)揮永磁電機的效能，本文就永磁電機的特點、應(yīng)用優(yōu)勢做了簡要分析，其次結(jié)合具體案例，永磁電機在煤礦井下的實際應(yīng)用做了探究，以供參考。

【關(guān)鍵詞】永磁電機；直驅(qū)電動機；煤礦；應(yīng)用

近年來，永磁材料性能不斷提高，電機技術(shù)不斷發(fā)展，這均給永磁電機在煤礦井下的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。較之傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備，永磁電機具有諸多應(yīng)用優(yōu)勢，如可實現(xiàn)智能控制，并且安全可靠、高效節(jié)能，噪音污染小，便于檢修維護等【1】。近年來，永磁電機逐漸在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。下文首先就永磁電機這一先進的機械設(shè)備做簡要分析。

一、永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)

關(guān)于永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)，我們有兩大內(nèi)容需要描述：一是永磁電動機，二是直驅(qū)電動機。下面就這一系統(tǒng)下的兩種設(shè)備做分別分析。

（一）永磁電動機

永磁電動機的定子與異步電動機的結(jié)構(gòu)相同，均為三相對稱繞組，但是轉(zhuǎn)子上存在磁鋼，運行時依靠定子線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，并與已充磁的磁極作用，進而帶動轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場進行同步旋轉(zhuǎn)【2】。與傳統(tǒng)的直驅(qū)電動機相比，永磁電動機具有十分顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，目前被廣泛應(yīng)用于煤礦井下作業(yè)中。

（二）直驅(qū)電動機

傳統(tǒng)的直驅(qū)電動機屬于典型的傳動裝置，它包含了諸多的機械傳動元件。直驅(qū)電動機成本高，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修難度較大。除此之外，直驅(qū)電動機需要借助相當(dāng)長的傳動鏈條才能完成生產(chǎn)任務(wù)，不僅十分麻煩而且傳動效率也不高，同時，因為存在中間傳動環(huán)節(jié)，因此比較容易出現(xiàn)機械機構(gòu)問題，如在傳動過程中會出現(xiàn)程度較為嚴(yán)重的摩擦，或是傳動剛度降低，出現(xiàn)反向間隙導(dǎo)致非線性誤差加大，出現(xiàn)不同程度的彈性變形等【3】。隨著電動機技術(shù)的發(fā)展進步，當(dāng)前，直驅(qū)電動機取消了傳統(tǒng)的傳動系統(tǒng)，取而代之以直接的傳動方式，傳動剛度也明顯增加，傳動效率大為提升，動態(tài)響應(yīng)速度也更快，并且能實現(xiàn)物體的精準(zhǔn)定位，也能明顯控制運動噪聲同時實現(xiàn)零保養(yǎng)，省時省力也能節(jié)省下大量的保養(yǎng)資金。

二、永磁電機在煤礦井下的應(yīng)用優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的機械設(shè)備相比，永磁電機具有諸多應(yīng)用優(yōu)勢，具體如：

（一）工作效率高

永磁電機的傳動系統(tǒng)屬于永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，省去了諸多中間環(huán)節(jié)，采用了直接傳動的方式，極大地提高了工作效率。同時，以往使用的異步電機的轉(zhuǎn)子屬于銅制繞線，因此在運轉(zhuǎn)過程中會消耗大量的熱能，不符合煤礦生產(chǎn)的節(jié)能降耗的要求。永磁電機采用永磁體材料代替了銅制繞線，該種永磁體材料在運轉(zhuǎn)過程中不會產(chǎn)生能量損耗，因此具有高效節(jié)能的優(yōu)點。同時，材料的優(yōu)越性使永磁電機的額定功率、輸出功率更高，啟動時也不需要多大的電流，對電能資源的利用率高，因此不會對電網(wǎng)造成過大沖擊【4】。同時，與永磁電機相比，異步電機的功率因數(shù)要低的多，電機運轉(zhuǎn)過程中需耗費大量的無功電流，造能能源資源的嚴(yán)重浪費。

（二）結(jié)構(gòu)簡單

以往的傳動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)置有減速機，不僅不易控制，而且工作效率低，同時在設(shè)置有減速機的情況下，減速機的動作會造成齒輪磨損、也會產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音污染，應(yīng)用效果不十分理想。針對這一情況，永磁電動機在諸多方面做了改進，不僅采取了直接傳動的方式，也省去了減速機這一部件，有效精簡了裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時在使用過程中也不再需要度對齒輪箱進行檢查，不需要更換潤滑油，省時省力也減少了資金投入【5】。同時，由于永磁電機結(jié)構(gòu)簡單，因此不存在齒輪磨損問題，運轉(zhuǎn)時也不會產(chǎn)生大的噪音，安裝維護也十分方便，可以說，永磁電機在煤礦井下的使用，極大的提高了煤礦生產(chǎn)的安全性與經(jīng)濟性。

（三）安全性高

智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)中應(yīng)用了無傳感器矢量控制技術(shù)（SVC），這一技術(shù)的運用使得整個系統(tǒng)在啟動過程中更為勻速、緩慢且穩(wěn)定；但是異步電機的系統(tǒng)與此稍有不同，在缺少先進技術(shù)支撐的情況下，異步電動機在啟動時會出現(xiàn)瞬間的大電流，這些瞬時電流會給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來負(fù)面影響，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致機械設(shè)備以及整個電網(wǎng)出現(xiàn)運行故障，為有效解決這一問題，智能永磁長驅(qū)系統(tǒng)通過將兩臺電機同時驅(qū)動，并通過高效有序的主從控制，有效保證了運行電流以及輸出功率的一致性，從而實現(xiàn)了功率平衡，最大程度降低了故障發(fā)生幾率，在運行過程中不會出現(xiàn)電機損壞等問題，有效提升了煤礦生產(chǎn)的安全性。

（四）設(shè)備損耗率低，使用壽命長

以往，煤礦井下作業(yè)多使用異步電機，但異步電機在工作過程中會產(chǎn)生的大量熱能，在熱量發(fā)散不及時的情況下會加重設(shè)備損耗程度，縮短設(shè)備使用時間，頻繁的更換機械設(shè)備會導(dǎo)致煤礦生產(chǎn)成本上升，同時也會影響煤礦生產(chǎn)質(zhì)量。為有效解決這一問題，永磁電機在各個方面都做了改善。智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)中定子繞組中的無功電流極低，轉(zhuǎn)子繞組無電子損耗，具有較高的運行效率，并且在設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中也不會產(chǎn)生過多熱量，不會出現(xiàn)設(shè)備受損的情況，因此永磁電機的使用時間要更長。永磁電機性能的提高為煤礦生產(chǎn)企業(yè)節(jié)省了一大筆設(shè)備采購費用。

（五）可靠性更高

異步電機的機械驅(qū)動裝置包括液力耦合器、減速機以及異步電機等，在元件眾多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下，任何一個部件、一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會使整個煤礦生產(chǎn)工作受到影響，同時，在缺少先進技術(shù)支持的情況下，異步電機的運行也不甚穩(wěn)定，在運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)一些問題。但與異步電機不同的是，永磁電機采用了智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，不再需要經(jīng)過中間傳動環(huán)節(jié)，而智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)代替了這些裝置，不需要經(jīng)過中間傳動環(huán)節(jié)，由系統(tǒng)實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的驅(qū)動，機械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到了簡化，故障發(fā)生率得以降低，機械設(shè)備的可靠性得到顯著增強。

三、永磁電機在煤礦井下的實際應(yīng)用

起初，內(nèi)蒙古煤礦采用了滾筒 + 聯(lián)軸器 + 減速器 + 異步電機，這一工作系統(tǒng)不僅工作效率低，而且安全性與穩(wěn)定性得不到保證，為此，企業(yè)采用了永磁變頻電動直驅(qū)系統(tǒng)對其進行了改造。結(jié)合煤礦井下生產(chǎn)的實際情況以及作業(yè)要求，最終確定由2 臺同功率永磁電機代替原來的 3 臺異步電機【6】。將原來使用的3 套軟啟動開關(guān)、減速器以及異步電機做了拆除，代之以2套變頻器（ BPJ - 630 /1140 伺服控制器） + 永磁電機（ 型號為 TBVF - 250 /40YC）。在經(jīng)過完善改造后，工作模式更為靈活，煤少時慢轉(zhuǎn)，煤多時快轉(zhuǎn)，不僅有效降低了能源資源損耗，更提高了工作效率，獲得了理想的應(yīng)用效果。

四、結(jié)語

綜上所述，永磁電機具有安全可靠、節(jié)能環(huán)保、高效率、低損耗、低污染等諸多應(yīng)用優(yōu)勢，將永磁電機應(yīng)用于煤礦井下作業(yè)，可提高工作效率，降低生產(chǎn)升本，幫助煤礦企業(yè)獲得良好的經(jīng)濟效益、社會效益與生態(tài)效益。為此，煤礦企業(yè)需立足實際，不斷優(yōu)化對永磁電機的應(yīng)用，使它的功能作用得到充分發(fā)揮。

【參考文獻】

[1]張榮，賈清華，李麗，王郡武，高云峰.智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)在煤礦井下帶式輸送機上的應(yīng)用[J].中國煤炭，2018，44（08）：99-102.

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[4]張俊卿. 基于永磁同步電機的蓄電池機車調(diào)速系統(tǒng)研究[D].安徽理工大學(xué)，2014.

[5]牛耀宏. 礦用永磁磁力耦合器設(shè)計理論及實驗研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)（北京），2014.

[6]張傳偉，郭衛(wèi).煤礦井下無軌膠輪電動車再生制動建模與仿真[J].煤礦機械，2012，33（03）：75-77.