永磁电机在煤矿井下的应用

张春辉

【摘 要】永磁电机在煤矿井下的应用，极大提高了生产效率，保证了煤矿生产的安全性。为进一步促进永磁电机在煤矿井下的应用，充分发挥永磁电机的效能，本文就永磁电机的特点、应用优势做了简要分析，其次结合具体案例，永磁电机在煤矿井下的实际应用做了探究，以供参考。

【关键词】永磁电机；直驱电动机；煤矿；应用

近年来，永磁材料性能不断提高，电机技术不断发展，这均给永磁电机在煤矿井下的应用创造了有利条件。较之传统的生产设备，永磁电机具有诸多应用优势，如可实现智能控制，并且安全可靠、高效节能，噪音污染小，便于检修维护等【1】。近年来，永磁电机逐渐在煤矿生产中得到了广泛应用。下文首先就永磁电机这一先进的机械设备做简要分析。

一、永磁变频直驱系统

關于永磁变频直驱系统，我们有两大内容需要描述：一是永磁电动机，二是直驱电动机。下面就这一系统下的两种设备做分别分析。

（一）永磁电动机

永磁电动机的定子与异步电动机的结构相同，均为三相对称绕组，但是转子上存在磁钢，运行时依靠定子线圈产生旋转磁场，并与已充磁的磁极作用，进而带动转子与旋转磁场进行同步旋转【2】。与传统的直驱电动机相比，永磁电动机具有十分显著的应用优势，目前被广泛应用于煤矿井下作业中。

（二）直驱电动机

传统的直驱电动机属于典型的传动装置，它包含了诸多的机械传动元件。直驱电动机成本高，且结构复杂，维修难度较大。除此之外，直驱电动机需要借助相当长的传动链条才能完成生产任务，不仅十分麻烦而且传动效率也不高，同时，因为存在中间传动环节，因此比较容易出现机械机构问题，如在传动过程中会出现程度较为严重的摩擦，或是传动刚度降低，出现反向间隙导致非线性误差加大，出现不同程度的弹性变形等【3】。随着电动机技术的发展进步，当前，直驱电动机取消了传统的传动系统，取而代之以直接的传动方式，传动刚度也明显增加，传动效率大为提升，动态响应速度也更快，并且能实现物体的精准定位，也能明显控制运动噪声同时实现零保养，省时省力也能节省下大量的保养资金。

二、永磁电机在煤矿井下的应用优势

与传统的机械设备相比，永磁电机具有诸多应用优势，具体如：

（一）工作效率高

永磁电机的传动系统属于永磁变频直驱系统，该系统结构简单，省去了诸多中间环节，采用了直接传动的方式，极大地提高了工作效率。同时，以往使用的异步电机的转子属于铜制绕线，因此在运转过程中会消耗大量的热能，不符合煤矿生产的节能降耗的要求。永磁电机采用永磁体材料代替了铜制绕线，该种永磁体材料在运转过程中不会产生能量损耗，因此具有高效节能的优点。同时，材料的优越性使永磁电机的额定功率、输出功率更高，启动时也不需要多大的电流，对电能资源的利用率高，因此不会对电网造成过大冲击【4】。同时，与永磁电机相比，异步电机的功率因数要低的多，电机运转过程中需耗费大量的无功电流，造能能源资源的严重浪费。

（二）结构简单

以往的传动装置结构复杂，设置有减速机，不仅不易控制，而且工作效率低，同时在设置有减速机的情况下，减速机的动作会造成齿轮磨损、也会产生严重的噪音污染，应用效果不十分理想。针对这一情况，永磁电动机在诸多方面做了改进，不仅采取了直接传动的方式，也省去了减速机这一部件，有效精简了装置内部结构，同时在使用过程中也不再需要度对齿轮箱进行检查，不需要更换润滑油，省时省力也减少了资金投入【5】。同时，由于永磁电机结构简单，因此不存在齿轮磨损问题，运转时也不会产生大的噪音，安装维护也十分方便，可以说，永磁电机在煤矿井下的使用，极大的提高了煤矿生产的安全性与经济性。

（三）安全性高

智能永磁直驱系统中应用了无传感器矢量控制技术（SVC），这一技术的运用使得整个系统在启动过程中更为匀速、缓慢且稳定；但是异步电机的系统与此稍有不同，在缺少先进技术支撑的情况下，异步电动机在启动时会出现瞬间的大电流，这些瞬时电流会给电网的安全稳定运行带来负面影响，严重时还会导致机械设备以及整个电网出现运行故障，为有效解决这一问题，智能永磁长驱系统通过将两台电机同时驱动，并通过高效有序的主从控制，有效保证了运行电流以及输出功率的一致性，从而实现了功率平衡，最大程度降低了故障发生几率，在运行过程中不会出现电机损坏等问题，有效提升了煤矿生产的安全性。

（四）设备损耗率低，使用寿命长

以往，煤矿井下作业多使用异步电机，但异步电机在工作过程中会产生的大量热能，在热量发散不及时的情况下会加重设备损耗程度，缩短设备使用时间，频繁的更换机械设备会导致煤矿生产成本上升，同时也会影响煤矿生产质量。为有效解决这一问题，永磁电机在各个方面都做了改善。智能永磁直驱系统中定子绕组中的无功电流极低，转子绕组无电子损耗，具有较高的运行效率，并且在设备运转过程中也不会产生过多热量，不会出现设备受损的情况，因此永磁电机的使用时间要更长。永磁电机性能的提高为煤矿生产企业节省了一大笔设备采购费用。

（五）可靠性更高

异步电机的机械驱动装置包括液力耦合器、减速机以及异步电机等，在元件众多，内部结构复杂的情况下，任何一个部件、一个环节出现问题，都会使整个煤矿生产工作受到影响，同时，在缺少先进技术支持的情况下，异步电机的运行也不甚稳定，在运行过程中经常出现一些问题。但与异步电机不同的是，永磁电机采用了智能永磁直驱系统，在此系统中，不再需要经过中间传动环节，而智能永磁直驱系统代替了这些装置，不需要经过中间传动环节，由系统实现对生产机械的驱动，机械设备的内部结构得到了简化，故障发生率得以降低，机械设备的可靠性得到显著增强。

三、永磁电机在煤矿井下的实际应用

起初，内蒙古煤矿采用了滚筒 + 联轴器 + 减速器 + 异步电机，这一工作系统不仅工作效率低，而且安全性与稳定性得不到保证，为此，企业采用了永磁变频电动直驱系统对其进行了改造。结合煤矿井下生产的实际情况以及作业要求，最终确定由2 台同功率永磁电机代替原来的 3 台异步电机【6】。将原来使用的3 套软启动开关、减速器以及异步电机做了拆除，代之以2套变频器（ BPJ - 630 /1140 伺服控制器） + 永磁电机（ 型号为 TBVF - 250 /40YC）。在经过完善改造后，工作模式更为灵活，煤少时慢转，煤多时快转，不仅有效降低了能源资源损耗，更提高了工作效率，获得了理想的应用效果。

四、结语

综上所述，永磁电机具有安全可靠、节能环保、高效率、低损耗、低污染等诸多应用优势，将永磁电机应用于煤矿井下作业，可提高工作效率，降低生产升本，帮助煤矿企业获得良好的经济效益、社会效益与生态效益。为此，煤矿企业需立足实际，不断优化对永磁电机的应用，使它的功能作用得到充分发挥。

【参考文献】

[1]张荣，贾清华，李丽，王郡武，高云峰.智能永磁直驱系统在煤矿井下带式输送机上的应用[J].中国煤炭，2018，44（08）：99-102.

[2]方成. 盘式异步磁力耦合器温度场及散热装置研究[D].安徽理工大学，2018.

[3]毛杨明. 煤矿井下探测机器人防爆电机与动力电源研究[D].中国矿业大学，2015.

[4]张俊卿. 基于永磁同步电机的蓄电池机车调速系统研究[D].安徽理工大学，2014.

[5]牛耀宏. 矿用永磁磁力耦合器设计理论及实验研究[D].中国矿业大学（北京），2014.

[6]张传伟，郭卫.煤矿井下无轨胶轮电动车再生制动建模与仿真[J].煤矿机械，2012，33（03）：75-77.