智能永磁直驱系统在煤矿带式输送机的应用优势

2019-07-12

探索科学(学术版) 2019年11期

枣矿集团新安煤业公司山东济宁 277642

引言

据了解,国内大小煤矿开采企业在以往的生产体系中都采用的是传统的带式输送机异步电机驱动系统,由于机械生产随着时间的增长会出现不同程度的老化和故障,且该系统本就在启动的过程中存在客观局限性,无法进行针对性的优化。其次,在国内科技不断更新和进步的情况下,对于生产方式逐渐由机械化向自动化、智能化转变。因此,为进一步实现企业生产的现代化发展目标,采用智能永磁直驱系统来代替原有的动力输入系统,希望通过该系统的广泛应用能够有效的提高国内生产的经济效益,推动国家生产力的进一步发展。

1 永磁电机工作原理

永磁电机是以磁场为媒介进行机械能相互转换的电磁装置,当电机的定子绕组中通入三相电流后,就会在永磁电机的定子绕组中形成旋转磁场,由于在转子上安装了永磁体(永磁体的磁极是固定的),根据磁极的同极相斥和异极相吸的原理,在定子中产生的旋转磁场会带动转子进行旋转,最终达到转子的旋转速度与定子中产生的旋转磁极的转速相同。

2 智能永磁直驱系统的组成与特点

2.1 同步智能伺服控制器和普通异步变频器区别同步智能伺服控制器是专门针对永磁同步电动机结构特点和机械特性开发的控制器,同步伺服控制器针对同步电机启动难和控制不当易失步飞车的特点专门开发控制软件,通过采用同步电机参数辨识技术和空间矢量控制技术对电机模型进行辨识、对励磁电流和转矩电流进行分开控制。在减少励磁能耗同时增大了转矩驱动力。而普通变频器是针对异步电动机开发的控制软件,普通V/F控制方式无法在低速区提供足够的扭矩输出;高端矢量型变频器虽然在输出转矩方面有所提升,但其控制对象是异步电机。普通异步变频器无法通过自学习功能识别永磁同步电机模型,启动时无法对永磁电机转子位置进行有效识别,极易造成启动失败,即使能启动成功,但启动后电机的空载电流和转矩特性也达不到同步智能伺服控制器的指标。

2.2 智能化智能永磁直驱系统运用无传感器矢量控制技术(SVC)变频启动,能实现系统传动的缓慢均匀启动,避免了以往异步电机启动的瞬间大电流给电网带来的冲击,因此降低了电网故障和机械故障。智能永磁直驱系统需要两台电机驱动,通过主从控制使输出功率及运行电流无偏差,可实现功率平衡,解决了原来异步电机运行时功率不平衡和易造成电机损坏的问题。此外,智能永磁直驱系统支持CAN、MODBUS485、PROFBUSDP等多种通信接口的接入,可实现与上位机通讯,实现多台设备集中控制运行。

2.3 永磁直驱系统的特点 1)传动效率高。传统带式输送机的驱动方式为电动机、偶合器、减速器组合,其传动环节多,综合传动效率只有85%左右,而永磁直驱系统的传动效率就是电动机的传动效率,可高达95%,比传统驱动系统提高了10%以上。2)故障率低。永磁直驱系统驱动部无减速器、液力偶合器,结构简单、故障点少、故障率低。3)日常维护和检修量小。异步电动机驱动部日常维护量主要为减速器换油、电动机轴承注油及联轴器的检查维护(由于井下地压较大需定期对连接部位进行找正),而永磁直驱系统驱动部日常维护量主要是定期为电动机轴承注油。4)调速范围宽。永磁电动机比普通变频电动机调速范围更宽,它可实现超低速(如0.5m/s)、高转矩运行,最高2倍额定转矩软启动,具有良好的启动性能,能有效地避免为满足重载启动的工况而被迫选择大功率电动机的尴尬。5)实现功率平均。系统采用多电动机主从控制驱动,避免多电动机因出力不平衡而损坏电动机,实现功率平衡,并能实现对过压、过流、欠压、过热等各种故障的保护,保障系统安全稳定运行。

2.4 智能永磁直驱系统的优越性能较传统驱动方式而言,智能永磁直驱系统安装简便传动高效、运行平稳配件费用及工时投入少、节能降耗明显的优越性显而易见。安装便捷传动高效。传统带式输送机的驱动方式为电动机对接减速器组合,对接时调整对轮水平程序繁琐,其传动环节多电动机动能通过对轮减速器传递给皮带驱动滚筒后,动能直接损失在15%-20%以上,而永磁直驱系统驱动部无减速器,电动机输出轴与皮带主滚筒通过蛇形联轴器直接对接,结构简单,传动效率就是电动机去除蛇形联轴器的动能消耗,效率可高达95%。运行平稳配件费用及工时投入少。传统驱动方式的日常维护量主要为减速器换油、电动机轴承注油及联轴器的检查维护,同时重载启动会对电机线包、连接部位和皮带接口造成损伤,而永磁直驱系统驱动部日常维护量主要是定期为电动机轴承注油,比普通变频电动机调速范围更宽,它可实现超低速(如0.5m/s)、高转矩运行,最高2倍额定转矩软启动,具有良好的启动性能,能有效地满足重载情况下平稳启动,当煤矸量大,启动困难时,操作工可以在现场调整电动机频率,逐渐降低频率,立即解决压车问题,避免了传统驱动的重载启动困难损坏设备配件,同比维护量小、维修成本低,费用和工时投入少。

2.5 智能永磁直驱系统与传统驱动系统的应用技术对比智能永磁直驱系统为新型节能系统,具有高效节能、启动扭矩大、维护量少等特点。但就现场情况来看,目前在露天地面带式输送机系统上应用仍然存在一些较为关键的问题需要研究,例如电压等级、冷却方式;由于设备质量较大在半固定机头站等悬挑结构上应用,对空间与承载能力的要求及运行过程中与滚筒轴的对中性与同轴度的保证等。