SR高扭矩电机在MMD全移动破碎站的应用

商胜，向晓玲

（北京英迈特矿山机械有限公司，北京101300）

SR高扭矩电机在MMD全移动破碎站的应用

商胜，向晓玲

（北京英迈特矿山机械有限公司，北京101300）

SR高扭转电机在MMD全移动破碎系统中运行稳定可靠，破碎机能力达到了设计需要。SR高扭矩开关磁阻电机具有输出高转矩、旋转速度可调整、启动电流小、节能环保等优点。

SR高扭矩电机；破碎系统；MMD

0 引言

MMD全移动破碎站应用于平朔东露天半连续开采工艺系统中，用于剥离物料的破碎，物料经电铲开采后卸料到MMD给料机，由破碎机破碎后经转载皮带、卸料皮带、胶带桥、工作面皮带、最后卸料到排土场。全移动破碎站为半连续生产工艺系统中的前端设备。全移动破碎站的安全可靠运行以及破碎处理能力，是整个半连续开采工艺系统在平朔东露天煤矿成功应用的基础环节。全移动破碎站系统是MMD集团公司自行研发的高破碎能力且能处理复杂物料的带履带行走装置的自移式破碎系统。该系统主要包含给料机、破碎机、转载胶带机、俯仰回转排料胶带机以及履带行走系统。在该系统中破碎机的作用非常关键，直接影响整个系统的稳定可靠运行和能力大小。

1 问题的提出

按照半连续工艺系统的设计要求，MMD全移动破碎站破碎能力要求达到9 000 t/h，在破碎站原有系统设备安装调试完成后，经过一段时间的运行发现系统在破碎比较软的小块物料时能力通常会超过9 000 t/h高峰时能力可以达到12 000 t/h，但破碎机在破碎硬岩或大块过程中由于难度大导致破碎机电机电流增大电网电压降低，瞬间电网压降超过20%，由于普通感应电机的性能特性为在电网存在压降时电机输出转矩迅速降低，从而经常导致破碎轴堵转、耦合器喷液停机，严重影响设备的使用寿命及整个系统的生产能力，破碎机的破碎能力远远达不到能力的要求。经长时间的数据积累总结破碎站的平均能力为5 000 t/h，同时整个破碎系统运行在经常出现故障的状态。

2 问题的分析

平朔东露天全移动破碎站主要破碎物料为粗砂岩、砂质页岩、细砂岩、中砂岩、粉砂岩、泥灰岩等剥离物料，剥离的物料硬度和大小变化比较大，但总体来看物料硬度高，最大入料粒度2 500 mm×2 500 mm×2 000 mm。项目实施开始破碎机选用ABB生产的普通感应电机，基本参数为电压6 kV,功率450 kW,额定电流为54A[1]，电机采用直接驱动方式，其机械传动方式为电机-耦合器-减速器-联轴器-电机输出轴。但系统安装调试完成开始运行后破碎机经常出现堵转、耦合器喷液等问题。虽然在运行中间多次进行完善和调整电气保护参数，让破碎系统发挥最大的效率。但经过一年多的运行观察总结发现破碎机电机运行电流多数情况下都要超过额定电流，而且大部分时间电机运行电流都要超过额定电流的两倍。有时候瞬间电流迅速增大至300 A左右导致破碎机经常堵转，电机电流大压降升高电机转矩迅速下降，电机输出转矩不够造成电机堵转或者耦合器喷液。每次堵转后恢复再重启电机至少需要15 min，既浪费了时间又达不到能力要求同时还严重影响电气设备的使用寿命；每次喷液需要重新加油，至少需要2 h。在这种情况下运行系统的平均生产能力只能达到5 000 t/h。由于普通感应电机的特点是在通常情况下电机的转矩能到设计转矩的大小，但当遇到大块或硬物料时由于电机电机的增大导致系统供电电网存在压降，此时电机的输出转矩迅速成以电压平方关系的比例降低，电机输出转矩低同时破碎轴需要转矩高导致耦合器内部液体温度快速升高，经常出现耦合器喷液或者破碎机堵转的情况。这些情况主要会导致以下几个方面问题：

1）电机长期运行，过流严重影响电机的使用寿命；

2）电机频繁启停，严重影响电机和相关电气设备的使用寿命；

3）破碎机大电流引起电网压降过高，影响其他设备的运行，严重时甚至导致其他设备的停机；

4）破碎机经常堵转以及耦合器经常喷液，严重影响系统的生产能力；

5）经常更换耦合器油直接增加了生产成本，导致比较大的资源浪费。

针对上述问题，要提高系统的生产能力，首先必须减少破碎机电机堵转和耦合器喷液的次数以增加系统的有效工作时间，需要在破碎大和硬的物料时及时进行自动判断并做出快速的自动反应以减少破碎机堵转或耦合器喷液的次数从而增加有效工作时间。破碎机电机电流的大小能反应物料的情况，因此根据破碎机电机的电流大小调整系统给料的频率，将系统给料频率按照硬料和软料分别进行处理和调整，完全通过破碎机的实时运行电流来及时调整给料的频率[2]，具体方案为在1 min内检测到电机电流3次超过额定电流的1.5倍将给料频率降低相反将给料频率提高。更改控制调整给料机频率的程序后，电机堵转的次数和耦合器喷液次数确实减少了，系统生产能力也得到了提高，但因剥离物料情况频繁变化，自动调整给料频率调整转换次数太多，导致系统的生产能力还是远远达不到额定设计能力要求。因此，调整系统给料频率对增加系统的有效工作时间，以及保护设备起到一定作用，但都不能达到系统的生产能力要求。另外普通感应电机普遍存在的问题，在破碎硬的物料时由于电机电流的增加会导致电网电压下降使电机输出转矩降低，还是会存在和项目现同样的问题，仅增大电机的功率满足不了系统特殊情况的要求[3]。因此仅仅完善现有的控制系统解决不了破碎系统的能力问题。SR高扭矩开关磁阻电机可以通过先进的控制系统确保电机在需要高转矩时能输出高转矩，这种性能刚好满足要求。在破碎硬物料和大物料的时候输出大转矩，根据物料硬度情况能自行调整输出转矩的大小，而且电机的尺寸小。这种电机和控制系统根据编码器检查的定子和转子的位置自动调整电机的转矩、电流和速度[4]，不受电网压降影响[5]。

3 解决方案

根据1年多的系统运行数据积累，结合现场情况以及SR高扭矩开关磁阻电机本身的性能优点，对系统中的主要设备破碎机进行整体改造，破碎机电机选用SR高转矩开关磁阻电机，其尺寸与项目现有ABB普通感应电机基本相同，该电机具有普通感应电机不具备的优点，可以不受电网影响根据需要输出满足破碎要求的转矩。SR开关磁阻电机系统主要包括电机、功率变换器、控制器、位置检测器等组成[4]。其中功率变换器将交流电整流成直流电向电机提供运行所需要的转矩能量；控制器是磁阻电机系统的控制中心，它综合接收定子和转子的位置、转速、电流信号，处理后发出控制信号对功率变换器进行控制，实现功率变换器对电机的可控驱动。位置检测器检测电机内部定子和转子的相对位置、转子转速以及电流等信号。当定子绕组通电是产生磁场遵循磁通沿着磁阻最小的路径闭合的原则，当转子轴线与定子磁极的轴线不重合时，便会有磁阻力作用在转子上产生转矩以使其趋于磁阻最小的位置[4]。

按照整个系统的生产能力和工况要求，选定开关磁阻电机额定功率为500 kW,额定电流505 A,工作电压690 V，短时间内最大输出功率为1 500 kW，电机最大设计转矩为8 500 Nm。开关磁阻电机核心部分为控制器，控制器主要包括IGBT、电容、控制板以及现场编码器组成等组成。2台电机使用1套完全相同的控制系统[6]。

SR开关磁阻电机现场环境震动剧烈，考虑采用以下预防措施：

1）在电机设计时，将电机的主体与电机内部温度以及编码器的接线盒采用软连接。

2）电机的编码器的外部接线盒采用与电机主体之间无任何连接，对支架进行固定

3）所有内部和外部连接处，均采用高强螺栓连接在电气控制系统方面，为既能充分发挥设备的有效功能又能关键时刻起到保护作用[3]。

具体方法：①电机采用2块控制板，2块控制板采用共用底板进行通信，1块控制板负责处理数据另1块控制板负责采集数据；②采集电机的速度对电机的超速进行检测，利用超速信号分成3部分保护电机，分别为控制电机的急停信号、给控制板信号给PLC；③为防止信号干扰电机编码器到PLC之间的控制线采用屏蔽电缆并采用钢管进行保护；④在电机控制系统的PLC与整个生产系统的主PLC发生通信故障时，断开破碎机主进线电源；⑤控制器内部带电容，确保电机输出高转矩时对电网没影响；⑥电机的速度可进行限制，限制电机的速度在1 485 rpm+10%；⑦IGBT内部带温度传感器，温度超过125°时停机。

为确保整个破碎系统运行稳定可靠操作灵活且方便维护，开关磁阻电机的电控系统采用以下几种操作和监测方式：

1）在SR控制器上安装接地/远程转换开关，当转换开关打到就地可在SR控制器柜门上进行操作就地或通过SR本身的PLC控制系统控制电机的起停，当转换开关打到远程时可利用主PLC控制系统进行操作;

2）在SR电机的控制器控制柜门上以及就地控制箱上可急停电机;

3）在SR的控制柜上可监测破碎机电机的运行状态以及各种性能参数;

4）在主PLC的上位机上可监测破碎机的运行状态以及各种性能参数;

5）SR控制器可进行速度监测，实现超速停机。

4 系统的优点

SR高扭矩电机有如下优点：

1）启动电流小，为正常运行电流的1.5倍，启动时对电网影响小；

2）转子结构简单，不容易发热，由实心转子心组成，惯性小；

3）电机的磁极受开关控制，旋转速度可调；

4）输出转矩高，调速范围广；

5）电机转矩方向只与各相通电顺序有关与绕组电流方向无关，无需再增加反转电气设备；

6）转矩和电流可根据物料情况进行调整，可节能30%左右，可节能环保；

7）控制系统自身带完善的控制系统，可减少上一级电网系统的容量，可节省上一级配电系统的投资。

5 结语

SR高扭转电机在MMD全移动破碎系统中调试完成，已成功运行半年多，现场运行稳定可靠，破碎机能力达到了系统的设计要求，适合现场各种复杂物料的要求，在碰到硬料和大块物料时SR高扭转电机输出高扭矩破碎复杂物料，在物料比较软时SR电机调整输出转矩大小，让电机充分发挥了其作用和效率，既达到了预期的效果又节省了电能。

［1］ABB Electrical Machines.ABB国产电机检验报告破碎机A&破碎机B［G］.上海：ABB Electrical Machines Ltd，2012.

［2］吴忠智，吴加林.变频器原理及应用指南［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［3］李发海.电机与拖动基础［M］.第4版.北京：清华大学出版社，2012.

［4］吴建华.开关磁阻电机设计与应用［M］.第4版.北京：机械工业出版社，2000（6）：1-10.

［5］吴红星.开关磁阻电机系统理论与控制技术［M］.北京：中国电力出版社，2010（7）：39-131.

［6］Nidec Avtron Automation B36551_REV_D［15.12.3］［G］.USA：Nidec Avtron Automation，2015.

【责任编辑：张东旭】

Application of SR high-torque motor in MMD fully-mobile crushing station

SHANG Sheng,XIANG Xiaoling
(Beijing Yingmaite Mining Machinery Co.,Ltd.,Beijing 101300,China)

SR high-torque motor is stable and reliable in the whole MMD fully-mobile crushing system,and crushing capacity meets the design requirements.SR high-torque switched reluctance motor has the advantages of high output torque,adjustable rotation speed,small starting current,energy saving,environmental protection,etc.

SR high-torque motor;crushing system;MMD

TD451

B

1671－9816（2017）01－0068－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.019

商胜，向晓玲.SR高扭矩电机在MMD全移动破碎站的应用［J］.露天采矿技术，2017，32（1）：68-70.

2016-08-08

商胜（1988—）女，湖北人，工程师，毕业于中国地质大学（北京），2010年至今在北京英迈特矿山机械有限公司电控部工作。