智能永磁直驱系统在长城五矿带式输送机中的应用

高嵩

【摘 要】本文介绍了智能永磁直驱系统的方案论证，同时详细叙述了智能永磁直驱系统在带式输送机中的应用与其他几种带式输送机驱动技术相比的优点和缺点，通过驱动技术的对比，结合现场情况，对智能永磁直驱系统在长城五矿+750斜巷带式输送机应用中的经济效益进行了分析，进一步验证了智能永磁直驱系统的高效节能，扩展了智能永磁直驱系统推广应用的意义。

【关键词】永磁电机；带式输送机；经济效益

一、矿井概况

长城五矿位于宁夏回族自治区银川市东南35km，行政区划分隶属内蒙古自治区鄂托克前旗上海庙镇管辖。矿井设计生产能力180万t/a。井下煤炭运输采用带式输送机运输。带式输送机运输具有运输环节少、占用人员少，运输系统简单，煤炭运输连续性强等特点，易于实现集中控制，为矿井安全高效生产创造有利条件，因此，设计井下煤炭运输采用带式输送机运输。

二、课题提出

智能永磁直驱系统代替普通带式输送机驱动是技术升级的需求，是科技技术的再次升级。为此长城五矿对智能永磁直驱系统进行实践与应用。

三、技术方案论证

智能永磁直驱系统采用变频器直接启动，与传统带式输送机电动机相比去掉了减速机、软起动装置、高速联轴器，永磁同步变频电动机直接通过低速轴联轴器与驱动滚筒相连，与传统电动机相比具有高效、节能、运行平稳可实现功率平衡等优点。

总体性能指标与国内先进技术的比较：

1.常用的带式输送机驱动技术

（1）三相异步电动机+调速型液力偶合器+减速器；

（2）三相异步电动机+液粘软起动装置+减速器；

（3）三相异步电动机+CST软启动装置；

（4）变频器+变频三相异步电动机+减速器；

（5）永磁直驱系统（变频器+永磁同步电机）；

2.三相异步电动机+调速型液力偶合器+减速器

主要优点：（1）可以保证输送机起动加速度值较小范围内（约0.1-0.3m/s2）；（2）满足电动机空载、满载启动；（3）易于实现输送机遥控和自动控制；（4）没有电控系统，故障率低；（5）能实现多机顺序起动，减少对外界电网的冲击；（6）操作简单，性价比高。

主要缺点：（l）软启动性能稍差，起动过程中始终存在一个不稳定的过渡区；（2）系统控制性能和控制精度较差；（3）安装精度高，电机、耦合器和减速器要求同心度高；（4）调速精度和传动效率不及变频调速，传动效率较低；（5）电机启动电流较大；（6）调速型液力耦合器结构较复杂，功率不同的液力偶合器之间主要部件通用性差，后期维护费用较高。

3.三相异步电动机+液粘软起动装置+减速器

主要优点：（1）具有无级调速功能；（2）输送机过载时，能够实现自动过载保护；（3）电动机可以空载启动，从而减少对机械和电气设备的冲击；（4）多电机驱动功率相互平衡；（5）能够实现可控减速；（6）具有主、从动轴同步运行，传动比高的特点；（7）与电动机具有良好的匹配特性，可以充分利用电机的最大转矩实现负载的软启动。

主要缺点：（1）摩擦片磨损严重，发热量大，低速运行发热量更大且低速运行时间受限；（2）使用油液传动，易因漏油污染环境；（3）国产液粘可靠性参差不齐；（4）结构复杂，故障点多。

4.三相异步电动机+CST软启动装置

目前，主井皮带机采用的是电动机+CST软启动装置的驱动装置。

主要优点：（1）成功解决了带式输送机起动、停车、功率平衡等问题，具有良好的软起动特性；（2）速度调节范围为10%～100%，在此范围内可以任何速度运行；（3）最高效率可达95%；（4）功率平衡性能较好。

主要缺点：（1）行星减速机与粘液传动合二为一，相互影响；（2）制造难度大，安装调试复杂；（3）对油的粘度与清洁度要求特高，否则影响齿轮寿命，容易造成比例阀卡堵而压力不稳定；（4）维护复杂，使用维护费用高；（5）摩擦片直径大，必须依赖进口。

5.变频器+变频三相异步电动机+减速器

主要优点：（1）在低频下，通过磁场调节可确保电动机长期、平滑地运转，在电动机过载的情况下，能够自动调节输出频率，并最终在一个新的稳定速度点运行；（2）软启动效果较好；（3）控制精度高；（4）可长时间地保持在低于额定速度下的较低速度运行，且低速运行稳定，调频特性可避开机械共振点，能有效避免机械共振，可满足长距离带式输送机的验带要求；

主要缺点：（1）调速范围较窄，一般为35Hz～50Hz，无法实现较低频率调速，变频主要目的仍为软启动；（2）变频器核心部件（如IGBT）依赖进口，内部原理较为复杂，一般维护保养人员难以掌握。

6.永磁直驱系统（变频器+永磁同步电机）

永磁直驱系统一种全新驱动方式，它采用的是矿用隔爆兼本质安全型低压交流变频器+矿用隔爆型永磁同步变频电动机组成，与传动滚筒直接连接的结构，中间无需减速器，驱动部件最少。

主要优点：（1）高效节能：永磁直驱系统的传动效率约为93%，较“异步电机+减速机+机械软起装置“效率提高了20%左右，节约大量电能；（2）性能优越：起动转矩大，过载能力强，满足现场皮带机重载起动需求；（3）对配电设备的电气冲击及对皮带机机械冲击小；（4）系统运行可靠、维护简单：永磁直驱系统不需要减速器、机械软起装置，简化了传动系统结构，减少了故障点，提高系统运行可靠性。（5）功率平衡性好：通过主从控制能够实现多机功率平衡；（6）驱动智能化：支持ModBus485、PROFBUS DP、以太网等多种通信接口的接入，可实现與上位机通讯。

主要缺点：（1）单台永磁电机体积、重量较大，对现场运输、安装有一定要求；（2）价格较高，目前仍只适用于大功率驱动系统，小功率驱动应用时性价比低；（3）必须依赖变频器驱动，不可在工频电网下直接运行。

从以上几种带式输送机驱动技术的对比中可以看出，在大功率驱动系统中永磁电机无论是从性能方面、智能方面，还是能耗方面、稳定方面都优于其他驱动技术，而且还简化了传动系统的结构，减少了设备故障点，提高了煤矿正常生产的稳定性。

四、经济效益分析

长城五矿采用的智能永磁直驱系统应用在+750斜巷带式输送机，经过三个月使用，该设备一直处于平稳、可靠的运行状态。

智能永磁直驱系统因省去了减速器、液力耦合器等中间传动环节，经实际测算，整体传动效率可提高15%，提高了原煤的运输效率，带来了可观的效益，其设备体积小，节省了大量的空间。此外，还免去了这些设备的日常维护量，节约了大量的人力、物力的成本，而且工作噪声低、安全性能高。同时该系统高效节能，每年实现节约电费74 万元，节省机械维修费用2.4万元。

【参考文献】

[1]王鑫，李伟力，程树康.永磁同步电动机发展展望[J].微电机.2007，40（5）：1-5

[2]王秀和.永磁电机[M].中国电力出版社.2010：198-205