永磁同步電動滾筒在帶式輸送機中的應用

永磁直驅系統具有效率高、能耗低的優點，系統免維護，調速性能優越，具有豐富的通信 功能。通過研究分析，決定對高陽煤礦下運帶式輸送機采用永磁同步電動滾筒技術方案。重點對 傳統驅動裝置與永磁同步電動滾筒進行了技術分析，實際運行顯示了永磁同步電動滾筒的優越性。

    隨著煤礦“四化”建設的不斷要求，永磁同步電 動滾筒已應用于煤礦井下帶式輸送機。本文重點介 紹永磁同步電動滾筒的工作原理及其在礦井下運式 帶式輸送機的應用。

    1 永磁同步電動滾筒的工作原理
永磁同步電動滾筒俗稱外轉子電動機，主要包 括永磁同步電動滾筒、智能同步變頻器及水冷裝置 等［1］。它以磁場為媒介進行電能和機械能的能量 轉換，利用永磁體建立磁場，當永磁電動機的三相定 子繞組通入頻率為 f 的三相交流電后，將產生一個 以同步轉速推移的旋轉磁場［2］。永磁同步電動滾 筒永磁體由稀土永磁材料釹鐵硼制成［3］，取代電勵磁，無勵磁損耗。轉子無繞組，無轉子銅耗、鐵耗，高 性能的釹鐵硼稀土永磁材料具有很高的磁能積，它 的剩余磁感應強度、矯頑力較大，用較少的釹鐵硼永 磁體便能產生足夠的電機磁能積。將外轉子表面作 為驅動滾筒表面，采用阻燃性、抗靜電性材料進行包 膠，直接與輸送帶接觸，依靠摩擦阻力帶動輸送帶 運行。

    2 永磁直驅系統應用特點
1)、 效率高，能耗低。采用的永磁直驅電動機效 率達到國際 IE4( 高于國家一級能耗標準) ，與傳統 驅動系統比較，實現節電 15% ～ 20%。   
 2)、 起動轉矩大，重載起動性能更卓越。永磁同 步電動機匹配智能同步變頻器能恒定輸出額定負載轉矩2 倍的起動轉矩，徹底解決了重載起動難的問 題。異步電動機和永磁同步電動機的起動特性。
3)、 系統免維護。電動機采用直驅式結構，去掉減速機、耦合器等中間環節，安裝方便，無需加油維 護，減少大量巡檢工作量，節省人力、物力。
4)、 調速性能優越。實現由量定速，減小輸送帶 磨損和設備損耗，低速變頻調速工況下節能效果更 為明顯。
5)、 功率平衡功能好。根據需要分配多機載荷， 可避免單機過載造成的設備損壞等問題。
6)、 通信功能豐富。支持多種通信接口的接入， 可與上位機通信，實現在線監測監控。完善的保護 功能，能實現對過壓、過流、欠壓等各種故障的保護， 保障系統安全穩定運行。

3 永磁直驅電動滾筒的實際應用

高陽煤礦二采區二部帶式輸送機全長750 m， 提升高度 －43 m，要求運輸能力達 2 300 t/h。對礦 用隔爆型永磁同步電動滾筒與傳統驅動裝置進行對 比分析。礦用隔爆型永磁同步電動滾筒應用于煤礦 帶式輸送機中，采用永磁直驅電動機替代傳統的機 械驅動裝置，取代了異步電動機、減速器、液力偶合 器和聯軸器［4］，這種直接驅動的方式，可使傳動系 統結構簡化、效率提高、噪聲降低、安裝方便，而且無 需進行日常維護、檢修，從而節省了大量的人力物力 成本，有效提高了帶式輸送機運行的可靠性和運行 效率。兩種驅動方式對比見表1。

4 節能效益分析

永磁直驅電動滾筒帶式輸送機軸功率103 kW， 結合驅動系統效率，每天運行時間 20 h，每年按 330 d 計，每年耗電量為 192/0. 912 × 20 × 330 = 1 389 474 kW·h。“異步電機 + 減速器 + 液壓聯軸節”帶式輸送 機軸功率103 kW，結合驅動系統效率，每天運行時 間20 h，每年按330 d 計，每年耗電量為 192/0. 700×20 ×330 =1 810 286 kW·h。電費0. 7 元/( kW·h) ，永磁直驅電動滾筒驅 動較“異步電機 + 減速機 + 液壓聯軸節”驅動每年 可節省電費294568 元。

5 配套變頻器的選用

《煤礦安全規程》第三百七十四條規定 : “采用 滾筒驅動帶式輸送機運輸時，應當遵守下列規定: ( 五) 傾斜井巷中使用的帶式輸送機，上運時，必須 裝設防逆轉裝置和制動裝置;下運時，應當裝設軟制 動裝置且必須裝設防超速保護裝置”。由基礎數據 得知，該二采二部帶式輸送機為下運帶式輸送機，應 當裝設軟制動裝置。其下運行時，重力牽引電動機 發電，將勢能轉化為電能，電動機處于發電狀態，必 須選用四象限變頻器才能將電動機的再生能量回饋 給電網［5］，設計時選用具有回饋功能的四象限變頻 器。而永磁電機選擇變頻器時以實際電機電流值作 為變頻器選擇的依據，電動機的額定功率作為參考。永磁電動機變頻器必須為低轉速大扭矩矢量同步變 頻器，具有開環矢量和閉環矢量控制。該變頻器在 IGBT 模塊里集成續流二極管，這樣便可以實現能量 的雙向流動，將電動機被動轉動時產生的電能運輸 到電網，實現電氣軟制動。經過設計選用 BPB1315/1140K 型變頻器，額定功率 315 kW，額定電壓 1 140 V，冷卻方式為風 冷。與永磁同步電動滾筒配套設計，具有恒轉矩輸 出、大轉矩軟起動的特性，具備過流、過壓、欠壓、短 路、過載、缺相、永磁滾筒繞組過熱、瞬間斷電保護等 保護功能，具有繞組溫度顯示和超溫停機保護的功 能。帶式輸送機起動時具有 5 s 的緩動預警功能， 空載時具有自動降速的功能，以達到最佳的節能效 果。控制和通信接口具有集中控制、就地控制、檢修 等選擇按鈕，配置有 ＲS485 通信接口，滿足了帶式 輸送機綜合保護、無人值守等要求。

6 結論

永磁電動滾筒在礦井下帶式輸送機中的使用， 從短期利益看，節約了巷道施工成本，確保了作業安 全;從長期利益看，設備使用及維護成本低，僅用兩 年的時間便可以將投資回收。特別是結合四象限變 頻器的使用，實現下運式帶式輸送機的軟制動，解決 了帶式輸送機可能發生飛車、埋機頭事故，變頻器永 磁電動滾筒在礦井將發揮著越來越重要的作用。

    散熱裝置對減速器效率也有影響，但不是散 熱效果越強越好。因為冷卻水壓過大，導致熱平衡 時溫度不高，效率達不到標準要求。但同樣散熱水 壓過低，散熱效果差，油池溫度過高，超過煤炭行業 標準要求，給煤礦安全生產會帶來隱患。由此，通過本次試驗得知，對于大型減速器，水 冷卻循環水流、水壓，散熱速度至關重要，必須控制 在合理的范圍內。