变频调速永磁电机在皮带运输上的应用

巩剑波

变频调速永磁电机在皮带运输上的应用

巩剑波

(山西焦煤集团投资有限公司机电部，山西 太原 030021)

近年来，永磁同步电动机得到较快发展，因其功率因数高、效率高等特点，在一些地面厂矿应用逐渐增多，某些场所已逐步取代交流异步电机，是一种新型节能电机。但在煤矿井下的应用才刚开始，山西焦煤投资公司与华鑫机电合作，率先在正益、正兴煤业公司推广使用无齿轮永磁电机变频调速皮带，即驱动系统由永磁同步电机与变频器相结合实现动力传递，因为去掉了减速器、液力偶合器，整个驱动系统具有高效、节能、低噪音、免维护、输出转矩大、启动平稳、结构紧凑、体积小、重量轻等优点。运行一年来，工作稳定、维护量小、节能效果良好。

永磁电机;变频调速;煤矿;皮带;运输

变频调速的无齿轮永磁电机驱动系统，具有节能、高效、扭矩大、结构简单等优点，近年来在许多场合逐步取代了异步电机，应用于煤矿井下的皮带运输系统能很好地发挥其优势。

1 系统组成及特性

无齿轮永磁同步电机变频驱动系统调速装置，用于煤矿皮带机的转速调节，主机由无齿轮永磁同步电机和皮带机机头组成，与传统皮带机系统相比去掉了减速机、液力耦合器和同步齿轮。

传统的带式输送机采用异步电动机、液力耦合器、齿轮减速器等组成动力驱动系统，这种系统应用较多，缺点也很明显，如效率低、机械故障多、重载启动困难等。

改造后的系统采用了变频驱动的无齿轮永磁同步电机，永磁同步电动机采用额定容量为55 kW、级数为20级、额定电压660 V、额定频率12 Hz、转子为永磁结构的矿用隔爆型三相同步电动机。变频调速系统采用ZJT－110/660矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置，防爆型式为矿用隔爆兼本质安全型Exd{ib}I。见图 1。

图1 变频驱动的无齿轮永磁同步电机

变频器可实现整个系统的软启动和多驱动电机间的功率平衡。与原系统相比具有高效、节能、低噪音免维护、启动转矩大与运行平稳等特点。在调速驱动方面，永磁同步电动机具有一定的优势。

2 控制系统

矿用隔爆型兼本质安全型装置是由变频调速系统、显示系统和参数设定部分组成。将先进的IGBT变频调速和模糊控制理论应用到调速装置中。

ZJT－110/660矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置的防爆型式为矿用隔爆兼本质安全型Exd{ib}I。它是由变频调速系统、显示系统和参数设定部分组成。本装置的主要元器件的品质高，可靠性好。变频器的核心为IGBT半导体开关器件机其驱动模块，器件的电流裕量大，经过反复试验和严格测试，安全可靠。电解电容也选用进口高端型号，德国产EP-COS可耐受高纹波，寿命长。专门定做的热管散热器散热能力强，兼具免维护、可靠、实用、美观的特点。

从控制电路到主电路的通讯，全部采用光纤，抗干扰性好，避免误动作。

采用了强大的DSP+FPGA的先进控制电路，功能分块、接口简单、运行可靠。不但大大提高了系统的运算速度，而且大大提高了可靠性。该控制电路板和核心软件已经在多个成熟产品中长期使用，经过实践的反复验证。

变频调速装置不仅安全可靠，而且性能优异。本装置采用了先进的控制算法。专门针对低转速大转矩三相永磁同步电机的变频调速，选用无位置传感器矢量控制—DTC直接转矩控制，调速范围宽，动态和稳态性能好，低速，低速起动转矩大。

3 新旧系统比较

3.1 系统组成及重量比较(见表1)

表1 系统组成及重量比较

由表1可知，永磁直驱系统结构简单，配件少、维护量小、重量轻。

3.2 特性曲线比较

起动性能对比曲线、效率对比曲线、功率因数的对比曲线见图2。

由图2可得：

1)永磁同步电机效率高。用永磁体取代电磁场，无励磁损耗.由于损耗小，发热低，因此，理论效率接近1。

2)机械特性较硬.对于因负载变化引起的电机转矩的扰动具有较强的承受力。

图2 特性曲线比较

4 节能效果分析

现以煤矿常用的DSJ80胶带输送机为例来分析节能问题。DSJ80皮带机由2台轻载效率为80%的55 kW三相异步电机驱动，现改用1台效率为93%的60 kW无齿轮电机驱动，下面为两种配置的能量损耗与各种费用对比，见表2。

均按照胶带机每年生产360 d，每天16 h，每度电0.6元来计算。

由表2可知，在电机生命周期内无齿轮永磁同步变频驱动系统可以节约电能1 474 560 kWh，节约总费用1 138 230元。

表2 两种配置的能量损耗与各种费用对比

5 结论

综上所述，永磁电机驱动的胶带运输系统，具有以下优点：

1)高效、低噪、节能。取消了液力偶合器和减速器，系统震动和噪声大大降低;与原系统相比，电耗降低，效率明显提高。

2)维护量小、维修成本低。省掉了因更换、检修、日常维护减速器和液力偶合器及齿轮等磨损零部件投入的费用;节约了由于起动不平稳造成皮带被拉裂而投入的采购费用。

3)输出转矩大、运行平稳。在额定转速内保持恒转矩，可提高运行稳定性。特别是电动机在低频、低压、低速时可提供足够的转矩。利用变频器的调速功能实现带式输送机的缓慢起动，可实现重载起动，满载起动运行时电流不超过额定电流的2倍。

4)结构紧凑、体积小、重量轻。由此可见，变频调速的无齿轮永磁电机驱动系统，应用于煤矿井下的皮带运输系统能很好的发挥其优势。这种新的运行模式值得在煤矿井下推广。

Application on Permanent Magnet Motor of Variable Frequency Control Speed in Belt Transportl

Gong Jian－bo

Abstract：In recent years，the permanent magnet synchronous motor get rapid development，and because the characteristics of high power factor，the high efficiency and so on，the application in some ground factories increase gradually，some places have gradually replaced AC induction motor，is a kind of new energy － saving motor.But the application in underground coal mine is just beginning，Shanxi coking coal investment company collaborates with Huaxin mechanical and electrical company，takes the lead in Zhengyi and Zhengxing coal company promoting the use no gear permanent magnet motor frequency control belts，namely the drive system by permanent magnet synchronous motor combined with frequency converter realizes power transfer，because remove reducer and hydraulic coupler，the whole drive system has advantages such as high efficiency，energy saving，low noise，no maintenance，large output torque，stable starting，compact structure，small volume，light weight and so on.For one year the running is stable，the maintenance quantity is small，energy saving effect is good.

Excel form;Coal blending;Coal quality

TD614

A

1672－0652(2011)12－0011－03

2011－11－21

巩剑波(1974—)，男，山西平遥人，2007年毕业于中国矿业大学，助理工程师，主要从事机电管理工作(E －mail)changfulin481@163.com