关于矿用胶带输送机节能改造的几点分析

2012-12-29尹淑梅

中国新技术新产品 2012年14期

关键词：异步电机液力矿用

尹淑梅

（神华神东皮带机公司，内蒙古鄂尔多斯 017209）

1 胶带输送机传动系统结构形式

1.1 胶带输送机传动系统结构

目前国内较为常见的胶带输送机的传动方式为异步电机+液力耦合器+减速器+驱动滚筒，此种结构的胶带机启动时较为简单，一般是空载启动，对起动转矩的要求不高，通常采用直接启动或是降压启动就可以了。

近几年来，“变频器+异步电机+减速器+驱动滚筒”的传动方式开始得到推广应用，通过变频器来控制电机的矢量变频，使电机和胶带输送机实现软启动，例如在0.1Hz时，电机起动转矩能够达到额定转矩的三倍左右，目前我国已经有许多成功的案例。

1.2 传统胶带输送机电机系统功率

胶带输送机电机一般选用三相鼠笼异步电机或者是三相绕线型异步电机，三相鼠笼异步电机的应用较为广泛一些，三相绕线型异步电机的使用相对较少一些。由于胶带输送机电机要求启动时电流小，且转矩大，过载能力强，因此许多电机厂生产胶带输送机专用三相异步电机，例如抚顺煤矿机电厂生产煤矿输送机专用电机DSB-55，额定功率为55KW，额定转速为1470rpm，启动时候的转矩倍数为2.5倍，过载倍数约为2.3，启动的电流倍数为6.5倍，效率是91%，功率因数是0.87。尽管专用电机能够满足煤矿企业生产的需求，但是仍然存在着一些不足之处，例如：（1）效率不够高，最新的中小型电机能效等级规定，一级能效的55Kw/4极异步电机效率值应该是95%，二级能效应为94.2%，三级为92.5%，那么55kw的DSB-55煤矿专用电机的效率连三级能效电机的效率标准都没有达到。（2）轻载效率低，异步电机的效率是随着负载变化而变化的，当负载率达到80%左右时，效率是最高的，达到额定效率，如果负载率低，那么效率也会降低，而胶带输送机的负载是根据生产状况发生变化的，负载会经常的发生变化，因此所配的电机要按照最大负载来进行功率配置选择，因此大多数情况下，电机都处于轻载运行的状态下，运行效率和功率的因数不高，导致大量有功功率以及无功功率发生浪费。

2 矿用胶带输送机电机系统节能技术

2.1 高效率电机能够提高胶带机传动系统效率

高效率电机是指损耗比目前生产的电机降低20%左右，超高效电机是指损耗比目前生产的电机降低30%左右。我国以及欧盟将中小型三相异步电机效率分为了三个效率标准等级，一级能效、二级能效、三级能效，并且进行了强制的规定，低于三级能效的一般电机，不能生产销售，电机出场的时候，要粘贴统一格式的能效等级标志。能效一级的额定功率在3kw～315kw的范围内，能效二级和三级的额定功率在0.55kw～315kw范围内，且电机级数多为2～6级的防爆电机。

高效率电机的生产销售使用，对胶带机传动系统成本的提高影响并不明显，根据调查电机在一个生命周期中，运行费用占92%，购买成本为7%，维护费用仅为1%，如果电机的效率提高，那么节省的电费会远远高于采购成本。高效率异步电机的额定点效率虽然较高，但是负载比较轻，效率相对也较低，还存在一定的缺点，而稀土永磁同步电机便不存在这个问题，稀土永磁同步电机在20%～120%负载时，都能够得到较高的效率，但是价格较高，且需要变频器来进行启动控制，但是随着科学的不断发展，相信在未来几年内，稀土永磁同步电机能够得到更加广泛的应用。

高效率电机和稀土永磁电机的普遍推广和使用将会使胶带机传动效率得到很大的提高。

2.2 传动结构改进提高系统效率

传统胶带输送机的传动结构为电动机+液力耦合器+减速器+滚筒，或者是变频器+电动机+减速器+滚筒，在能量转换和传递过程中，不仅中间环节过多，且效率低下，运行的费用和维护成本费用较高，无法进行系统的节能。

目前，直驱式电机是简化传动系统最为有效的途径之一，也是提高传动效率和简化传动结构最主要、最有效的方法，主要措施就是用高效低速大转矩永磁同步电机来代替传统的三相异步电机，节省了减速器、液力耦合器等传动部件的损耗，使用电机直接来带动生产机械，使传动系统结构简化，效率提高，且能够降低噪音，省去维护检修减速器、液力联轴器的中间环节及定期更换润滑油等工作，可节省大量的人力、物力、财力资源，并减少对环境的污染和碳排放，真正做到节能减排。

3 胶带输送机用直驱式电机的设计及控制特点

3.1 电机设计特点

矿用隔爆直驱式输送机专用永磁同步电机的特点为启动的电流较小，起动转矩大，过载能力强，电机转矩波动小，运转平稳，效率较高。设计特点为：（1）多极数。定子交流电流的额定频率较低，有利于降低电机的铁芯损耗；（2）分数槽绕组。增加每极每相槽数，并选择合适的短距比，能够提高绕组系数，减低高次谐波，减小定位力矩；（3）内置混合式转子结构。选择合适的磁极形状和尺寸，使转子励磁磁场的波形能够按照正弦分布，直轴和胶轴的磁阻不相同，磁阻转矩大，过载的能力也强一些。

3.2 控制特点

无位置传感器矢量控制，无论是在启动还是运行的时候，都能够准确的控制电机输出转矩和转速，能够有效的确保胶带输送机进行恒速运行；SPWM控制，能够使定子绕组电机接近理想正弦波，消除转矩文波，利于胶带机平稳的运行，且能够延长胶带的使用寿命。隔爆直驱式胶带电机专用电机和特有的软启动特性、较高的性价比，将成为矿用胶带输送机驱动在未来的主要发展方向。

4 矿用胶带输送机节能比较分析

4.1 电机直接启动配合盘型闸控制节能分析

电机直接启动配合盘形闸运行是较为古老落后的矿用皮带控制方式之一，基本实现不了节能，从电能和液压油浪费等多个角度，都不提倡使用这样的方法。电机在直启时，会浪费较多的电能，且没有电力反馈系统，电能消耗十分大，在盘形闸工作时液压油的浪费也比较大，对皮带机速度进行控制时，皮带机的动能转化成为皮带和盘形闸摩擦产生的热能散去，在整个过程中，机械的损坏相当大。因为电机不论是在何种条件下，都以额定转速来进行运转，电机输出了最大功率，多余的能量便会在阀门处消耗，剩余的能量也通过摩擦的方式浪费掉了，如果使用太大的电机，那么将会消耗比实际需求更多的能量，导致能源浪费的问题更加严重，电机的转速是固定的，用户一般都会根据设计值选用比实际需要更大一些的电机功率，导致输出功率发生浪费。

4.2 液力耦合器控制节能分析

采用液力耦合器调速节能效益主要表现在：

4.2.1 匹配合力，降低装机的容量

调速型液力耦合器能够使电机带大惯量载荷空载启动，所以电机运行的时候要适当的降低安全系数，选择适合的即可。

4.2.2 降低电机启动功率消耗

因液力耦合器能够解决大惯量机械启动困难的问题，因此电机启动时电流较低，启动持续的时间也相对短一些，对电网的冲击较小，启动时消耗的功率低，尤其是电机驱动设备，应该使用液力传动，能够使各电机顺序延时启动，避免多个电机同时启动，对电网造成较大的冲击，降低启动电流，延长启动时间，尤其是对于启动频繁的机械，使用液力耦合器节能效果会更显著一些。