胶带输送机配永磁电动机节电研究及应用

何水金

前言

科学技术的进步，变频技术的发展，笔者发现，在井下使用的胶带输送机上，使用智能永磁直驱同步电动机作为驱动模式，能够有效降低电动机无功消耗，节约电能，提高胶带输送机的效能[1]。而传统异步电动机+液力偶合器+减速器综合设施作为驱动模式，高耗能，低效率，因此，改造永磁电动机的驱动模式成为节能重点。笔者通过案例对此展开深入研究。

1 煤矿案例

某煤矿企业井下一部主运强力胶带输送机安装于建井初期，负担井下原煤运输任务。该胶带输送机是井下煤矿运输的主要机械设备，运行质量直接影响着井下煤矿的运输与生产。胶带输送机运输长度491m，运输倾角13°，带宽1m，运输能力1000t/h，运行速度为3m/s，由异步电动机+液力偶合器+减速器作为输送机传动设施，具体如图1所示。输送机所用的传动模式在当初是最为先进的技术，但是，多年的发展，各种新技术不断出现，传统的传动装置已经难以满足煤矿运输的需求。并且，输送机在长期高速运行下，因经常受到冲击，电动机老化，减速器损伤严重，偶合器传动效率降低，当前，此台强力胶带输送机已经成为低效能、高消耗的运输产品，并且，故障率高，运输设备结构复杂，检修维护时间长，严重影响井下运输工作，为煤矿开采带来巨大成本损失。针对此现象，永磁电动机的节能研究成为煤矿企业的重点，而节能设备的应用也迫在眉睫。

2 胶带输送机配永磁电动机节电研究

2.1 异步电动机应用

在胶带输送机运行中，异步电动机的应用主要存在以下问题：①异步电动机作为输送机的驱动装置，需要偶合器、制动器、减速器等作为辅助设备，设备复杂，增大了检修难度，增大了成本投入；②在煤矿开采过程中，综合开采、综合掘进技术的应用，矿井产能增强，异步电动机驱动下的输送机效率较低，难以及时将开采原煤及时运输出去；③液力偶合器、减速器等的应用中，常出现轴承损坏、液体渗漏等故障，影响了输送机的运行，维护工作量较大；④当胶带输送机重启时，异步电动机会产生较大电流，对电动机带来较大冲击力，电动机寿命降低，并且，常发生胶带拉裂损坏现象，增强了原煤运输成本[2]。对此，节能高效性驱动设施的改造势在必行。

图1 输送机现有驱动系统示意图

2.2 胶带输送机配永磁电动机节电方法

通过自身多年工作经验，最终决定，选择永磁直驱变频调速装置代替传统驱动装置，装置系统由图2所示，以此提高电动机寿命与输送机效能，节约电能。永磁直驱变频调速设置是一款新型驱动装置，装置主要由安全型变频器，稀土低频永磁同步电动机、胶带输送机滚筒组成[3]。驱动装置的核心为永磁同步电动机，永磁同步电动机的应用，电动机初始电流不再是大电流，而是由零开始随着输送机原料的多少逐步提升，有效保护了电动机，节约了电能，解决了传统电动机效率低、高耗能的缺陷。在胶带输送机中，永磁直驱变频调速设置的应用，有效发挥了永磁同步电动机的特点，高效发挥了变频器的调速功能，减速器与液力偶合器直接被取代，节约了成本，避免了电能在系统运行中不必要的消耗，实现了对胶带输送机的同步变频驱动[4]。

图2 永磁同步电动机直驱变频驱动装置

3 永磁电动机直驱调速装置的应用效果

近两年，为节约电能，提高输送机运输效率，利用永磁直驱变频器调速装置代替了传统的异步电动机，在新节能装置应用后，相比与传统驱动装置，永磁电动机寿命长，效率高，提高了煤矿原煤运输量，为企业带来了较高的经济效益。

3.1 节电装置为胶带输送机机头节省了较大空间

永磁直驱变频装置主要由变频器与永磁同步电机构成，而输送机过去所用驱动装置则是由异步电动机、液力偶合器、制动机、减速器等构成，两相对比可知，新型驱动器设备较少，驱动系统较为简便。新型装置的应用，现驱动系统总宽度较原先的驱动系统减少约20cm，总长度较原先驱动系统减少约150cm，空间的增大，为胶带输送机的安装带来了较大便利。此时，可适当增大输送机的带宽，提高一次运输原煤的量，增大了运输效率，以此在相同电能消耗下运输更多原煤，提高永磁电动机对电能的节约。

3.2 胶带输送机启动更加平稳

无论是在静止状态，或者在运行状态下，输送机的胶带上都储存有较大势能，给胶带带来伤害，影响了胶带寿命，增大了电能消耗。为此，选择软启动方式，将胶带内部存储能量释放出来，减小胶带启动时产生的张力，减小电能消耗。

变频器会根据负载变化而变化，随时调整输出频率，变频器的应用，当胶带输送机启动时，永磁电动机电流可以由零开始缓慢启动，没有机械冲击，提高了永磁电动机的使用寿命，避免了异步电动机初启动时较大电流对电动机以及其他设备的危害，有效节约了电能。在胶带输送机中，永磁直驱变频调速装置的应用，实现了输送机的平稳运行，减小了机械冲击，降低了电流的消耗，有效节约电能。并且，冲击减小，意味着输送机对胶带的要求降低，大大节约了煤矿运输成本。

3.3 杜绝了高耗能现象

永磁直驱变频装置的应用，有效节约了电动机对电能的消耗，降低了成本投入。因为变频装置内部安装有多机软件，能够通过输送机各项参数变化智能切换功能，有效平衡功率，有效保护了电动机的安全。在胶带输送机运行时，若功率较小，可单机运行或多机冗余切换不运行，多机备用下，若一处出现故障，能够有效保障输送机继续运行。并且，变频装置的应用，当输送机上物料较少时，输送机运速下降，空载情况下，输送机自动停止，有效节约了电能，杜绝了高消耗、低效能现象。据相关人员统计，变频装置的应用，在闭环速度的控制下，输送机节约电能是原来输送机的10～60%之间，可见，新驱动系统的应用，大大节约了电能消耗。并且，新型装置的应用，电动机不再长期处于高速运行状态，有效提高了永磁电动机的寿命。

4 总结

通过煤矿实例，对新型驱动装置与传统驱动装置进行对比，展现了永磁直驱变频调速装置的优势。通过实际应用，可以发现，永磁电动机的节能系统应用，节电装置为胶带输送机机头节省了较大空间，胶带输送机启动更加平稳，杜绝了高耗能现象，有效节约了电能，提高了输送机运输效率，延长了输送机的胶带、永磁电动机等的寿命，提高了企业经济效益，可见，新型节能系统具有较高的应用价值，值得推广应用。

[1]王勇，张君勇，杨海鹏，等.胶带输送机配备永磁电动机的节电研究及应用[J].能源技术与管理，2017，42（1）：170～172.

[2]杨志强.稀土永磁电机技术及应用探讨[J].化工管理，2014（5）：123～124.

[3]李生祥.起重机用永磁同步电机的设计与研究[D].沈阳工业大学，2016：141.

[4]于治华，刘维东，罗杨.油田抽油机用永磁同步电动机高效运行研究[J].石油石化节能，2014，35（1）：7～9.