永磁电动滚筒技术在掘进巷道中使用的研究与应用

孙玉明 刘林春 李世兴 孙磊

摘 要：长期以来我矿一直使用传统的电机加减速机驱动皮带机技术，传统的皮带机占地大，安装复杂，并且需要扩充巷道，为了满足智能化及节能化的目标要求，我矿研究了四象限永磁电动滚筒技术。将电机、驱动滚筒、减速机一体化，并且采用变频驱动，可以有效的增加设备使用寿命，减少设备直接启动对设备的影响，减少扩充巷道的费用，并且达到节约电能的目的。

关键词：掘进工作面;永磁电动滚筒;掘进巷道;研究与应用

一、立项目的

为了满足现代化矿井建设需要，我矿大力引进国内先进及比较成熟的高新技术，使用永磁电动滚筒后可大大降低皮带机故障率，增加设备的安全和稳定性，改善现有设备使用环境，降低设备损坏和用电量。

二、方案的设计及应用

1、当电源频率变化在-2%～+2%，电源电压变化不超过±5%时，电机的输出功率保持额定，温升符合标准要求。

2、永磁同步电动滚筒0-1.2倍额定转速内可无极调速，具有良好调速性能，在额定频率范围内具有恒转矩调速特性。

3、滚筒表面进行聚氨酯进行包胶（附阻燃试验报告、抗静电性能报告，并具有煤安标志），菱形花纹，包胶层厚度不低于12mm，胶皮要与筒皮紧密粘结，滚筒表面，无缝隙、无鼓包。包胶要求表面平整，具有高耐磨、防粘附、抗拉伸、耐撕扯等性能。

4、永磁同步电动滚筒的绕组有测温元件，三相测温，每相一用一备，在控制方面实现过温报警和超温停机功能，有效保护电机，避免电机温升过高造成线圈损坏和永磁体去磁。

5、永磁同步电动滚筒过载转矩、起动转矩不小于其额定转矩的2倍。

6、永磁同步电动滚筒可实现无极调速，具有良好调速性能，在额定频率范围内具有恒转矩调速特性。

7、永磁电动滚筒应具有在低频状态下长期稳定运行，具有电流低、发热量小的功能，并且可承受电网电压±15%波动冲击。

8、永磁滚筒安装座不允许采用固定不可调结构，必须配备可以调整滚筒安装尺寸的安装座。

9、配套变频器技术要求

（1）变频器额定功率55kW，额定电压AC660v，三相，50Hz;

（2）四象限方式运行，风冷方式冷却;

（3）防护等级为IP54;

（4）专门与永磁同步电动滚筒配套设计，具有恒转矩输出、大转矩软启动的特性;

（5）采用开环矢量控制技术（SVC），可实现带式输送机的平稳启动和调速要求，满足低速（如检修、验带）状态下长期稳定运行要求;

（6）电源频率50Hz，电压允许波动±20%;频率允许波动范围±2.5%;过载能力：1.5IN一分钟，1.2 IN三十分钟，确保平稳的重载起动，并长期稳定运行;

（7）变频器具有过压、欠压、过流、短路、过载、缺相、功率模块过热、永磁电动滚筒绕组超温、腔内温度自动检测、上电电机对地绝缘检测（漏电闭锁）、瞬间断电保护等保护功能，同时具有故障报警、记忆功能，能够保存近三个月内主要运行数据及故障信息的存储以及拷贝功能;

（8）变频器配置不小于7吋高清彩色显示屏，能够显示变频器电压、电流、频率、带速、温度等实时运行状态信息;

（9）變频器防爆壳外装有操作按钮、转换开关等，可方便对设备进行参数设置、远近控切换、一键主从机切换等功能;主从机之间通过变频器总线接口进行通信，实现带式输送机多机驱动的功率平衡。

（10）变频器主要电气元件和关键零部件如隔离开关、主接触器、功率器件等，采用国内外知名品牌;

（11）具有本地操作和远程控制功能，两种控制功能通过腔体表面的转换开关（或键盘）进行远近控切换，同时具有根据负载状况自动调速功能;

（12）变频器要预留RS485（Modbus RTU）通信接口，同时具有CAN、TCP/IP工业以太网等多种通讯接口，能将变频器相关显示信息（包含具体故障信息）无缝上传至集中控制系统，满足皮带机综合保护、实现无人值守、矿井自动化等要求;

（13）为了便于现场维护，变频器能显示变频器的所有参数、变量、故障代码;

（14）变频器具有手动停、送电装置，通过隔离开关可无负荷切断变频器进线电源;

（15）变频器前开门具有机械闭锁装置，确保送电状态无法开盖;

（16）变频器设有主回路保护熔断装置，采用快速熔断器对主回路进行保护;

（17）变频器具有行程开关检测回路，用于检测隔离开关闭锁结构体位置;当闭锁结构体位置变动时自动断开输出实现可隔离开关的无负荷分断;

（18）变频器可检测与永磁电动滚筒配套的循环冷却装置进出水口水温，可根据电机绕组温度自动控制循环冷却装置运行，控制循环冷却装置内的水泵电机与风机;

（19）变频器具有电机绕组检测功能，当电机绕组温度超过设定值自动停止输出并断开输出侧回路;

（20）变频器具有功率单元温度检测功能，当功率单元温度过高时自动开启散热风机进行散热，超过报警设定值时自动停机;

（21）变频器具有正反转控制，可通过按钮进行电机转向切换并在触摸屏显示;

（22）变频器预留外部闭锁开关量，可实现同其它设备的闭锁控制;

（23）变频器控制矿用隔爆型三相永磁电动滚筒，直接驱动负载设备，硬件结构和软件控制必须抗负载冲击能力强;

（24）散热采用真空热管加风机强制风冷（或优于前者）;

（25）变频器配有输出、输入电抗器，抑制变频器工作时对电网的谐波干扰，降低变频器输出对电机定子绕组绝缘的损坏;

（26）变频器之间采用 CAN 总线通讯，实现多台设备主从联机、动态功率平衡，功率不平衡度≤2%，并支持以太网或光纤通讯，实现远程数据传送及监控;

（27）变频器具有集控功能。

10、循环冷却装置技术要求

（1）适用于煤矿井下含有甲烷和爆炸性气体的环境中。

（2）矿用隔爆型三相永磁电动滚筒配套循环冷却装置所用电机采用防爆电机，配套电动机电压等级：660V;防爆电机要有防爆证、煤安证;配套水冷箱能满足为2台矿用隔爆型三相永磁电动滚筒提供可循环冷却水的功能。

（3）循环冷却装置预留智能检测仪表接口，可实现远程集中控制、自动运行。

（4）循环冷却装置应带有流量、水压、进出口水温及水箱水位显示功能。

（5）循环冷却装置应带有循环水过滤、水箱防尘、易清理功能。

（6）循环冷却装置应带有循环水止回功能。

（7）循环水的温度信号能够在变频器上实时显示，并具有超温停机保护功能。

（8）循环冷却装置应高效，一套循环冷却装置能够满足2台永磁同步电动滚筒的散热需求。

（9）循环冷却装置水泵电机功率须满足冷却循环要求，可采用风机降温;水泵、风机须低能耗，低噪音，现场噪音不超过75dB（A）。

（10）所配备的水泵电机、传感器等电气元件，具有防爆证、煤安证。

（11）、永磁同步电动滚筒和循环冷却装置配套提供冷却水管路，外管路应采用煤矿KJ系列快接头，配备管路长度须大于6m。

（12）水质采用井下清洁的防尘水。

11、应用效果：

根据计划，我矿在91203胶带顺槽使用一部2×55kW的矿用隔爆型三相永磁同步电动滚筒，该电动滚筒在运行期间安全稳定，占地少，故障率低，较传统的机械式减速机性能更加稳定，取得了预期效果。

结束语：在掘进巷道中使用永磁电动滚筒变频技术，这在大恒煤业属于首次，变频技术的广泛应用不仅实现了矿井高效发展，并且设备安全稳定，满足现场使用，为今后的掘进高效生产工作面的建设提供了宝贵的经验，为实现现代化矿井奠定基础。