永磁同步电机驱动系统在皮带运输机上的应用

闫海,宋方才,井长辉

(山东能源枣庄矿业集团柴里煤矿,山东 枣庄 277500)

永磁同步电机驱动系统在皮带运输机上的应用

闫海,宋方才,井长辉

(山东能源枣庄矿业集团柴里煤矿,山东 枣庄 277500)

目前,国内外皮带输送机技术发展已经进入了一个新的阶段,大批先进的高技术含量的皮带输送机已经研究开发成功,极大地提高了皮带输送机的运输距离、运载量以及运输速度.本文立足煤矿主提升设备维护需求,对带式输送机采用永磁电机驱动技术、变频技术、自动装料技术等技术进行研究、探索,取得了较好的研究成果和应用成果.

永磁;节能;双速双向

1 开展永磁双速双向倒料皮带机研发的必要性

柴里煤矿主采煤层为3层煤,3上、3下煤实行分层开采,开采3下煤时必须采用架棚支护,支护材料运输成为制约综掘效率的瓶颈,由于综掘沿底板掘进,巷道起伏变化大,采用轨道运输困难多、效率低、安全管理难度大.为了解决运料难的问题,从2005年开始研制应用了双向倒料皮带机,把80皮带机加装了上下料平台,利用上皮带运煤,下皮带运输支护材料,一定程度上提高了掘进工效,但在运料安全上仍然存在一些问题,那就是80双向倒料皮带为恒定的2m/s速度,倒料过程中经常出现物料窜出皮带、卡料损坏皮带等现象.为了从根本上解决上述问题,我们成立了技术攻关小组,着手研发永磁直驱式双速双向倒料皮带机.

2 设备性能的改进及研究

2.1 配套了永磁同步电动机专用变频器,变频器内置滤波器、电抗器,实现了一体化控制

两台变频器采用主从控制,参数设置方便,操作简单,控制性能好.

2.2 设置了双速运行模式

在运煤时采用2m/s的速度快速运行;在运输支护材料时采用1m/s的速度慢速运行,有效解决了倒料过程中的安全问题.变频控制设有现场控制和集控模式,可以简便的接入工作面集控系统,实现工作面设备、皮带机、刮板输送机的集中控制.

2.3 在驱动装置上,采用了分离式底盘,运输和安装非常方便

两个驱动滚筒分别独立,滚筒、电动机在一个独立底盘上,在生产厂家直接装配好,外形尺寸满足在地面运输和下井运输的条件,安装时两个驱动滚筒可以直接下井,在现场两个滚筒驱动装置直接用螺栓连接即可.滚筒直径从500mm改进为 630mm,确保了皮带围包角,保证了摩擦接触面积,提升了驱动力.采用箱体式结构,内嵌插齿式联轴器,缩短了驱动装置宽度,为现场安装提供了便利条件,更加适用于综掘工作面,不需要专门扩打皮带驱动装置峒室.

3 永磁直驱式双速双向倒料皮带应用前景

3.1 安全方面

一是安装上料平台,设置了气动自动装料装置,实现皮带双向运输,在上皮带正向运输煤,在下皮带反向运输支护材料等物料,保证了安全运输.二是采用变频控制,设置了双速运行模式,实现了双速运行,在运煤时采用高速运行,运煤效率高;在运输支护材料时采用慢速运行,确保了运输物料的安全.三是永磁电动机运行平稳、噪音低,有效改善了职工工作环境.

3.2 节能方面

一是电机效率高,能力指标好.永磁同步电动机在转子上嵌了永磁体后,由永磁体来建立转子磁场,在正常工作时转子与定子磁场同步运行,转子中无感应电流,不存在转子电阻损耗,可提高电机效率约10%.二是电机升温低,使用寿命长.异步电机工作时,转子绕组有电流流动,而这个电流完全以热能的形势消耗掉,所以在转子绕组中将产生大量的热量,使电机的温度升高,影响了电机的使用寿命.而永磁电机转子绕组中不存在电阻损耗,定子绕组中几乎不存在无功电流,使电机温升低,延长了电机的使用寿命.三是电能利用高,节电效果好.由于异步电机的效率低,要满足输出功率的需求,势必要从电网多吸收电能,进一步增加了电能量的损失,加重了电网负荷.而永磁电机转子中无感应电流,电机的功率因数高,可吸收网上无功的负担,减轻用户供电系统原有无功补偿装置.经过相似23605运输巷安装的普通150皮带机,运输长度基本相同,9月份掘进进尺基本相同情况下用电量对比,永磁直驱式双速双向倒料皮带综合节能可以比同类皮带机节约16%~18%.四是设备环节少,运行质量高.永磁电动机的使用可去掉减速箱、液力联轴节,消除减速箱和液力联轴节的效率损耗,减少矿井的设备投入和设备运行环节的故障几率,大大提高了设备的运行可靠性,如表1所示.

表1

3.3 安装调试方面

一是两个滚筒装置设计为独立模式,每个滚筒装置可以整体运输下井,安装不用调整,两个滚筒装置直接连接就完成了驱动装置的安装,简化了安装过程和调整同心度的困难.二是变频控制提前设置好双速运行模式,主副机主控从控模式,正常情况下现场不需要调整相关参数,控制方便可靠.三是提前在贝斯特按照2016年版安全规程规定,将皮带8大保护安装完毕,达到符合安全规程的规定,不需要在现场再配套安装调试保护装置.四是进行了宜人性设计,便于人员施工,方便了安装、调试和应急问题处理.

4 永磁直驱式双速双向倒料皮带在应用中的不足及改进方法

(1)电动机和滚筒之间采用齿套联轴器,在电动机侧联轴器采用了涨套连接,虽然现场安装方便,但是由于摩擦力不足,容易出现涨套和轴之间相对运动,导致烧伤轴和涨套现象.建议电动机直接加工成销齿或采用键连接方式安装联轴器.同时在启动和停止时,应采用缓慢起动和停止的方式,尽量避免皮带紧急停车,增大电动机和滚筒之间的相对转动惯量.由于没有液力耦合器的缓冲,永磁同步电动机不像异步电动机一样可以有滑差.紧急停车时,皮带满载的力量无法释放,因为是滚筒和电动机直联就作用在电动机上.建议在驱动滚筒上安装制动装置,消除在紧急情况下,皮带停止时皮带张力对电动机的影响.

(2)胶带输送机采用异步电动机驱动时,因为异步电动机特性,转矩与功率比值大.所以在胶带输送机选型上我们一直采用功率验算的方式进行,只要功率满足,转矩就一定满足要求.但是永磁同步电动机转矩与功率比值偏小,其特性为软特性,只校验功率就会出现偏差,会出现转矩不足,满载启动困难.永磁同步电动机的转速与功率存在正比例关系,在低速运行时功率低于额定功率,存在低速拖动功率不足,出现满载启动困难的现象.因此在选用永磁同步电动机时必须同时校验功率和转矩,且选用功率要考虑大于计算功率,留出一定余量.

(3)在超过6度的倾斜井巷运输,需根据上运或者下运条件,按照安全规程规定,可以在皮带滚筒侧相应安装制动装置和逆止装置.我们在23306安装的永磁直驱式双速双向电动机由于运输基本为平巷没有安装制动和逆止装置.

[1]许赟莉,朱殿瑞.永磁直驱皮带机系统关键技术的研究[J].机械工程与自动化,2014.

[2]李文涛.变频调速永磁同步电动机在皮带机上的应用[J].山东工业技术,2014.

TD63+4 < class="emphasis_bold">文献标识码:文章编号:

文章编号:1671-0711(2017)11(上)-0165-03