永磁变频电动机直驱带式输送机在煤矿井下的应用研究

姜强 范涛 陈玖

摘 要：带式输送机的核心部分是其传输动力装置，其中典型的传输动力装置就是永磁电动机和直驱电动机，这两类电动机的有机结合构建了永磁变频直驱系统，实现了带式输送机的本质功能。本文基于此，首先分析了永磁直驱系统中直驱电动机和永磁电动机的基本特点，然后基于此分析了永磁变频电动机直驱系统存在的优势，并最后其对在煤矿井下的应用情况来说明了这一系统的具体应用价值。

关键词：永磁变频电动机；直驱带式输送机；应用研究

前言：对于煤矿井下作业来说，其一个重要的工序环节就是对煤炭等矿物质的输送。对于这一输送任务来说，其要求承担这一输送任务的输送机来说要具有安全可靠、节能高效以及维护容易等方面优势。根据这一技术要求，国内外很多学者对此展开研究提出了很多优秀的建议和方法，其中一个就是利用永磁材料构建输送任务所需的电动机。在这一技术提出的早期，由于永磁材料的本身性能和成本价格的局限导致这一技术没有得到很好的推广。进入新时期以来，随着永磁材料性能的突破性提升以及成本的降低使得这一优良技术的优良特性被显现出来，并迅速应用在高负荷的输送场景中。本文基于这一背景，分析了该技术的优良特性，并就其在煤矿井下作业环节的应用局面进行了相关讨论。

1.永磁变频直驱系统简述

1.1直驱电动机特点简述

直驱电动机是一种针对传统电动机存在的主要缺陷的改进传动装置。对于传统装置来说，其构造复杂，涵盖很多机械传动零部件，这些传动零部件在这一系统的运转中会跟随着运动，此外传动轮之间的传动链条长度较长，因而导致这一传动装置传动效率低下。除了传动效率低下的问题外，机械磨损引起的故障概率高，这主要因为其涉及转动的部件较多，这些部件在传动运作过程中不可避免地因为摩擦的缘故导致机械受损，由于涉及的部件較多，因而导致出现故障的概率极高，同时因为部件较多的缘故导致维护修理过程困难较大。此外这类装置在长期的运作中会因为相关部件的机械损耗导致设备的系统鲁棒性不佳，导致该设备处于报废状态，因而也容易导致设备寿命不高。而作为改进型的直驱电动机，不在使用这种链式传动方式，而是采用直接传动的方式进行设备的运作，这一传动过程减少了中间过程，降低了传动的损耗，提升了传动效率。此外由于中间环节的减少使得系统运行的鲁棒性相对较高，同时设备的故障出现率低，这一显著的优点使得该类装置的设备寿命较长，并且故障维护近乎为零，节省了维护成本，从而有助于相关领域的工业生产实现成本控制。

1.2永磁电动机特点简述

随着稀土资源的有效开发，大量的高性能的低成本永磁材料被开发出来，使得永磁电动机得到了很好的发展。永磁电动机作为一种新型的电动机装置，其同传统的电励磁电动机相比，结构相对简单，设备所占体积较小，质量轻便，传动效率高，并且系统运行鲁棒性高等特点。除此之外，该电动机在其形状设计上灵活多变，因而能够根据其应用场景对其构造进行适应性设计，从而提升了该装置安装的灵活程度，进而提升了其在应用范围。对于这一构建的电动机来说，其由几种推广形式，比如稀土永磁电动机、高效永磁同步电动机等。前者相比传统的电动机装置来说省去了集电环和电刷装置，使得相关的结构简单化，从而降低了故障概率；对于后者来说，其最大的特点就是不再需要无功励磁电流，因而提升了功率因素，这样有助于降低定子电阻所带来的损耗，从而提升了传动效率。当然这一类电动机的机械结构上的主要特点就是定子的构造和传统的异步电动机相，但是转子上有永磁材料的包裹，因而可以产生稳定的旋转磁场，从而推动系统高效平稳运转。

2.永磁变频电动机直驱系统优势分析

2.1永磁变频电动机结构简单且效率高的优势分析

传统的异步电动机中的转子构造和永磁电动机有着很大的不同，其没有采用磁性材料进行缠绕，而是采用铜线材料，这样导致在电机运转的过程中能量的转变不可避免地有一部分转化为热能，从而导致能量的无形浪费，而永磁电动机的转子由磁性材料组成，其在生成旋转磁场时，由于其永磁的性质，则其不需要外力的作用来形成相应的旋转磁场，因而在能量的转化过程中几乎不会有能量转化为热能，因而提升了能量的利用率。由于后者对应的转子不在通过励磁电流来产生旋转磁场，从而避免了电磁转化过程中的无功励磁电流的变化导致无功功率的产生，使得后者的功率因素高（个别情况接近于1），即对应的功率转换效率高，因而促使其对应的传动效率高，启动电流平稳可控，因而启动时对于电网的瞬时冲击较小。此外对于永磁变频式电动机来说，其在运转的过程中，不在需求减速机等装置，因而使得这一电动机构架简单。此外，这一类型的电动机也没有传动轮等的磨损，因而在维护中不需要对齿轮箱进行维护，由此使得整个以此电动机为基础的传动装置的维护工作负荷明显降低，不仅有助于改善维护工作局面，同时也有助于实现维护成本的控制，从而大大降低了这一装置的运行成本，提升了其潜在的经济价值和市场前景。

2.2永磁变频电动机安全性高且寿命长的优势分析

当前随着永磁变频电动机的广泛使用也促进了其对应的技术的升级和更新，当前无传感器矢量控制技术作为一种新型的驱动技术被应用在了这一传动装置中，因而使得这一装置在启动到稳定运行的过程中相比传统的异步电机显得更加平稳，这样就大大降低了互感现象对于电力系统的危害，相比传统的异步电动机来说，其发生故障的概率大大降低。此外，在构建驱动系统时往往会采用两台这一类型的电动机进行过传动运作，其形成一种主从驱动的方式，实现了运行中的电流和输出功率具有一致性，有助于系统的平衡，降低了电动机的磨损率。以上两个方面的分析可知这一构架提升了系统的可靠性。此外这一类型的电动机相比传统的异步电动机来说其由于没有能量转化为热能的形式，因而就不会有电动机因为其温度过高而导致损坏的情况出现，因而从这一层面来说，其对应的使用寿命普遍长于传统的异步电动机。除了以上的优势外，永磁变频电动机在安全性等性能上也远远优于传统的异步电动机，对于这一优点来说，其主要是因为该装置内部具有过热、欠压、过流、过压等相关情况下的电机保护系统，从而使其安全系数有所提升。

3.永磁变频电动机直驱带式输送机在煤矿井下的应用情况分析

以某典型的煤矿井下作业为例，在近些年实现了煤炭传输装置的升级改造，将原先的“滚筒——联轴器——减速器——异步电机”的构架转化为永磁电动机驱动方式。根据具体的应用功情况分析，这一新型传输装置相比原先的的传输装置在传动效率上上提升了大约50%。此外，此电动机采用了变频器来对煤炭的具体输送情况来适当的变化传输速度，从而实现了节能的目的。根据运行的数据来看，在相同的额定功率下，传统方式对应的传输总效率大约为67%，而永磁电机装置对应的传输系统的传动效率高达92%，此外从两种传输装置的寿命期内的费用对比可知，永磁电动机的寿命期内的费用大约为传统的异步电动机的70%，由此可见这一新型传输装置的应用使得运行成本降低了大约30%，由此提升了对应企业的经济效益。

4.结语

本文以永磁变频电动机为研究对象，分析了其构建基础的直驱电动机和永磁电动机对应的特点，并基于此分析了永磁变频直驱系统的优势所在，最后分析了以永磁变频电动机直驱系统为传动装置的带式输送机在某一煤矿井下作业的情况，应用情况表明，这一新型传动装置的引入对于煤炭输送情况来说，能够提升传送效率，降低成本，从而为相应的企业带来经济效益的提升。

参考文献：

[1]靳昌军，周存燕.永磁变频电动机直驱带式输送机在煤矿井下的应用研究[J].价值工程，2018，37（31）：178-179.