无齿轮永磁同步变频驱动系统在井下胶带输送机中的应用

张丽峥

（阳泉煤业集团有限责任公司，山西 阳泉 045000）

无齿轮永磁同步变频驱动系统在井下胶带输送机中的应用

张丽峥

（阳泉煤业集团有限责任公司，山西 阳泉 045000）

经技术改造后的井下胶带输送机采用了无齿轮永磁同步电机变频驱动系统，通过工程实例与理论分析，确定了整个驱动系统具有高效、节能；低噪音、免维护；输出转巨大，起动平稳；结构紧凑、体积小、重量轻的优点。这一系统为矿用设备领域采用“绿色矿用设备”进行了有益探索。

无齿轮永磁同步变频驱动系统；高效、节能；绿色矿用设备

井下胶带输送机驱动系统，过去采用矿用隔爆型笼式异步电动机，经液力偶合器、减速器传动滚筒带动胶带运动，这种传统驱动方式的缺点是：1、异步电动机→液力耦合器→减速器→传动滚筒，要经两道机械环节，传动环节多，机械效率低。2、重载起动困难：当胶带输送机满载运行中，因故停止运转时，再次起动非常困难而造成停产时，往往要调大量人员清理胶带上的煤炭，才能重新起动胶带输送机。3、常对液力耦合器、减速器等部件进行保养、维护、且更换频率较高。4、驱动系统能耗高、噪音大。

通过市场调研论证，选用了高效的无齿轮永磁同步变频驱动系统，由永磁同步电动机与变频器相结合实现动力传递，省去掉了减速器和液力耦合器，整个驱动系统具有高效、节能、低噪音、免维护；输出转矩大、起动平稳、结构紧凑、体积小、重量轻等优点；它的运用成功，为采用“绿色矿用设备”进行了有益探索。

1 永磁同步电机与异步鼠笼电机的比较

国阳一矿北丈八井8507综掘工作面第一部胶带机，运输距离长度568m，平均上运坡度2.5°，采用二台笼式异步电动机（40 kW）DS2B-40Q经液力耦合器和减速机驱动。异步电动机的效率在额定运行时为0.91，液力耦合器效率为0.96，减速机效率为0.94，整个系统的效率为0.91×0.96×0.94=0.8212。国阳一矿北丈八井8508综掘工作面第一部胶带机，运输距离长度600 m，平均上运坡度3°，采用二台永磁同步电动机（34 kW）与矿用隔爆型变频器直接驱动。取消了液力耦合器和减速机，整个系统效率为0.89。它与传统原系统相比效率提高了7%。通过以上两部胶带机实际运行看出；永磁同步电机运行效率高、功率因数高、温升低、机械特性稳定、并联效果好、节能降耗。由于永磁同步电机传递力矩非常大，34kW同步电机额定转矩高达4240N·m，故可直接传动驱动滚筒。两种驱动方式的主要参数，见表1。

表1 DS2B-40Q异步电机与同步电机主要参数参照表

现场实测，永磁同步电机的功率比异步电动机小（40 kW-34 kW=6 kW）。胶带输送机正常运转一天，按16 h计算，一年节约电量为6×16×360=34560kWh。每度电价按0.5元计，一年节省电费为:34560×0.5=17280元。DSP80胶带输送机为双滚筒驱动，每台输送机一年节省电费为:17280×2=34560元，节能效果非常可观。

2 矿用隔爆型变频器的低噪音、免维护特点

普通传统驱动系统运行时，由于液力耦合器、减速器、齿轮的长时间工作，液力耦合器会常出现轴承损坏、工作液体渗漏、易熔塞熔化、叶片被打坏等故障；减速器会常出现轴承损坏、油封漏油、齿轮磨损等故障；增大了矿方的维修量、影响了整个运输系统效率。

新型变频器与同步电机直接驱动系统，由于取消了减速器、耦合器，系统的震动和噪声大大降低。变频器是一种电子器件的集成，它将机械的寿命转化为电子的寿命，寿命很长，大大降低设备维护量。利用变频器的软起动功能实现带式输送机的软起动，起动过程中对机械部件基本无冲击，大大减少了皮带机系统机械部分的检修量。

由此可见，采用无齿轮永磁同步变频驱动系统以后，节约了因更换减速器、耦合器、齿轮等磨损零部件投入的费用；节约了因维修减速器、耦合器而采购密封、油脂、轴承投入的费用；节约了因检修及日常维护减速器、耦合器、齿轮而投入的人工费用；节约了由于起动不平稳造成皮带拉裂而投入的采购费用。

3 输出转矩大、运行平稳特点

由参数表1看出，永磁电机具有20极的高极数，可获得较大的转矩，无需减速器也可直接驱传动滚筒。

采用普通驱动系统时，起动电流大，是电机额定电流的4倍～7倍。大的瞬间起动电流会在起动过程中产生冲击，引起电机内机械应力和热力发生变化。对机械部分造成严重磨损甚至损坏，还将引起电网电压下降，影响电网内其它设备的正常运行。

采用无齿轮永磁同步变频驱动系统时，利用变频器的调速功能实现带式输送机的缓慢起动，起动过程中对机械部件基本无冲击，对设备机械部分基本不会造成损坏，并可实现重载起动。

4 应用价值及其特点

无齿轮永磁同步变频驱动系统，现已正式用于山西国阳新能股份有限公司一矿北丈八井8508综掘工作面第一部胶带机上，通过一年来的实践证明，应用效果显著。该系统具有起动转矩大，过载能力强的特点，尤其适合胶带输送机重载起动，不仅可以实现多台驱动电机之间的功率平衡和速度同步，而且提供可调的验带速度，以降低快速起动、快速停车过程对胶带输送机的机械冲击和对井下电网的冲击，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%。该系统可广泛用于综掘工作面胶带输送机，具有较高实际应用价值和应用前景。

Application of No-gear Permanent-magnet Synchronous Frequency Conversion Driver System in Mine Belt Conveyer

ZHANG Li-zheng
（Yangquan Coal Group，Yangquan Shanxi045000）

By technology improvement,the no-gear permanent-magnet synchronous frequency conversion driver system was used in mine belt conveyer.Through the engineering case and theory analysis,we find that the system has the following qualities:high efficiency,energy saving,low noise,maintenance free,high output rate,smooth starting,compact structure,small size and light weight.The system is a significant exploration of green mining equipments.

no-gear permanent-magnet synchronous frequency conversion driver system;efficiency and energy saving;green mining equipments

TD65+3

A

1672-5050（2011）03-0038-02

2010-11-06

张丽峥（1968—），女，山西阳泉人，本科，电气工程师，国家注册电气工程师，主要从事电气设计工作。

徐树文