永磁变频电动机直驱带式输送机在煤矿井下的应用研究

靳昌军 周存燕

摘要：近几年，永磁同步电机变频驱动技术发展迅速，对比传统的液力偶合器软启动方式，具有低转速大转矩、结构简单，传动效率高、安装简便、维护成本低等特点。通过在柴里煤矿带式输送机驱动中的推广应用，大大延长了胶带输送机使用寿命，降低了生产过程中的维修量，增强了综掘工作面主输送系统的安全性和可靠性，杜绝了因故停机不能带载起动的状况，节电率高达25%，具有较高实际应用价值和应用前景。

Abstract： In recent years， permanent magnet synchronous motor variable frequency drive technology has developed rapidly. Compared with the traditional hydraulic coupler soft start method， it has the characteristics of low speed， high torque， simple structure， high transmission efficiency， simple installation， and low maintenance cost. Through the promotion and application in the driving of Chaili coal belt conveyor， the service life of the belt conveyor has been greatly extended， the maintenance volume in the production process has been reduced， and the safety and reliability of the main transportation system for the comprehensive excavation face have been enhanced. It puts an end to some reason stop can not carry the condition of starting， save power rate is as high as 25%， has the high practical application value and the application foreground.

关键词：煤矿；带式输送机；永磁同步；驱动；电机

Key words： coal mine；belt conveyor；permanent magnet synchronization；driver；electric motor

中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）31-0178-02

1 背景

带式输送机是煤矿安全生产中的重要运输设备，承担从采煤工作面到主井煤仓到洗煤厂等多个关键环节的煤炭运输任务。带式输送机在拖动运行过程中，如果直接启动，瞬间启动力矩高，容易对电动机和输送带接头及机械部件造成强烈的冲击，为了避免过高的起动力矩造成的不良影响，因此在带式输送机拖动控制中引入了软启动技术。所谓软启动，是指动力输出装置在满载，保持足够的起动时间，起动加速度保持在设定的范围内，并且能够克服系统的惯性，按照要求平稳地起动或停车。目前在柴里煤矿普遍应用的启动方式为液力偶合器软启动方式，通过在电机与减速器之间安装液力偶合器实现。

2 液力偶合器软启动方式在煤矿应用中的优缺点对比

液力偶合器软启动驱动方式目前普遍应用于柴里煤矿掘进施工过程中具有以下优缺点。

2.1 优点

①对环境的适应性强，可以在煤矿井下特定的环境下工作。②故障率低，使用寿命长。③结构简单，操作维护简便，不需要特别复杂的技术，养护费用低。④性能价格比高，价格低廉。

2.2 缺点

①启动过程不能控制。②停机不能带载起动。

3 永磁同步电机变频驱动的应用状况

近年来，随着电力电子技术快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。与传统的电励磁同步电机相比，永磁同步电机具有损耗少、效率高、节电效果、电机结构简单灵活、可靠性高、体积小功率密度大等明显的优点。在一些地面厂矿应用逐渐增多，已逐步取代交流异步电机，作为一种新型节能电机，在煤矿井下也逐步开始应用。永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度，因而它是近几年研究较多并在各个領域中应用越来越广泛的一种电动机。

永磁同步电机变频驱动系统，是由永磁同步电机和专用变频控制系统组成。在永磁同步电机上安装高精度速度传感器，传感器将速度和转子的绝对位置信号，实时传送到变频控制器中。在控制策略上，采用变频器控制系统根据实时的电机磁极运动状态，施加矢量电流控制电机运转，对电机转速和转矩精准控制。实现软启动、软停车、带载启动、多驱功率平衡等功能操作。

4 永磁变频皮带机机头结构特点

根据永磁电机的结构特点，重新设计了新型机头传动装置，该传动装置主要组合方箱式机头架、分体式底盘、主传动滚筒、卸载滚筒、TBVF永磁变频电动机及配套BPJ变频器组成。

组合方箱式结构，方便主传动滚筒拆装；电动机和滚筒设计采用同一底盘，给电动机找正安装带来了方便；电动机和主传动滚筒连接采用内外齿联轴器减少横向安装空间。

5 永磁变频电动机直驱带式输送机介绍

5.1 提高效率，节约能源

永磁直驱系统传动效率在94%以上，原有异步电动机+液力耦合器+减速机传动效率在76%以下，效率提高了18%以上，大大节约了电能。

5.2 启动平稳，运行噪音低，实现软启动

永磁变频电动机直驱带式输送机的变频器可以根据负载情况的变化，通过调整变频输出频率，皮带机可实现从0到额定速度之间无极调速，满足特殊运行情况下的需要，使启动过程平滑稳定，没有机械冲击。

5.3 降低了设备的维护量

由于采用直接驱动方式，省去了对液力偶合器、减速器和齿轮的维护，在实际应用中无需更换齿轮油，检修减速箱，节约了使用成本，减低了维护工作量，实现了真正的免维护。

5.4 启动转矩大，过载能力强

传统电机的启动转矩通常是额定转矩的55%，没办法实现满载启动。与传统驱动系统相比，智能永磁直驱系统所使用的永磁直驱电机的启动转矩是额定转矩的22%，因此当现场需要满载或过载启动时，就能直接启动，不需要人工再把物料卸载，极大地减轻了操作工人的劳动强度，节省了时间，提高了效率，也避免由于堵转、过载等造成的电机损坏，保护了设备的正常运行。

5.5 驱动系统智能化

驱动系统的智能化，是采用PLC智能控制，运用无传感器矢量控制技术（SVC）变频启动，可实现系统传动的缓慢匀速启动。匀速启动避免了电机瞬间启动对电网的冲击，同时也避免了转矩波动给传动系统带来的机械冲击，因此降低了系统的电网故障和机械故障。同时该系统采用物联网技术，支持RS485等多种通讯协议，可实现与上位机通讯，实现多台设备集中控制运行，可实现无人值守、远程控制、在线监控、故障诊断。

6 推广应用价值

永磁变频电动机直驱带式输送机，目前已正式用于柴里煤矿掘进三区23下306运輸巷跟机胶带输送机上，通过在现场的安装应用，使用效果非常好。其起动转矩大，过载能力强的特点，尤其适合煤矿井下胶带输送机的重载起动，大大减轻了现场职工的劳动强度，提高运行效率，具有较高实际应用价值和应用前景。

参考文献：

[1]王坤，包继华，吴艳.变频在带式输送机多点驱动功率平衡的研究[J].煤矿机械，2010，31（6）：66-68.

[2]徐艳红，曾令龙，盛文华.无齿轮永磁同步变频驱动系统在带式输送机中的应用[J].煤矿机电，2013（4）：124-125.

[3]吴钦木，韦书龙，李捍东，等.永磁同步电机驱动系统效率优化控制参数变化影响研究[J].电机与控制应用，2012，39 （6）：18-23，42.

[4]唐辉辉.基于永磁同步电动机变频调速的带式输送机控制系统研究[J].煤矿机电，2015，04：77-78.