探究智能永磁系統(tǒng)在煤礦膠帶輸送機(jī)中的應(yīng)用

　　[摘 要]我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開煤炭行業(yè)的帶動(dòng)。近年來，煤礦膠帶輸送機(jī)中的驅(qū)動(dòng)部分——異步電機(jī)逐步暴露出一系列的問題，如啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不夠、啟動(dòng)電流過大，對(duì)電路網(wǎng)絡(luò)沖擊大、運(yùn)行噪聲大、維護(hù)成本高等，給煤炭行業(yè)發(fā)展造成不良影響。為了應(yīng)對(duì)這些問題，智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)的作為新型驅(qū)動(dòng)引入膠帶機(jī)中。基于此，本文便以智能永磁系統(tǒng)在煤礦膠帶輸送機(jī)中的應(yīng)用為研究主題，對(duì)永磁系統(tǒng)進(jìn)行了初步研究，希望給相關(guān)人員提供參考。
　　[關(guān)鍵詞]異步電動(dòng)機(jī)；智能永磁系統(tǒng)；煤礦膠帶輸送機(jī)；應(yīng)用
　　中圖分類號(hào)：S555 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）24-0199-01
　　前言
　　煤炭采掘是我國傳統(tǒng)的重工業(yè)。就煤炭行業(yè)來說，過去膠帶傳輸機(jī)使用的主要是異步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，但是就實(shí)際的使用情況來看，這種驅(qū)動(dòng)機(jī)普遍存在著如轉(zhuǎn)速不足、啟動(dòng)電流過大、運(yùn)行噪音大、轉(zhuǎn)電效率低、故障率高、維修費(fèi)昂貴等問題，給煤炭行業(yè)造成了不良影響。而隨著科技進(jìn)步，新型的智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)已經(jīng)被逐步應(yīng)用到膠帶傳輸機(jī)當(dāng)中，與異步電機(jī)相比，智能永磁系統(tǒng)在運(yùn)行、使用、耗電等方面都有非常優(yōu)秀的表現(xiàn)，是解決異步電機(jī)問題的最佳出路，下面我們便結(jié)合智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)對(duì)其在膠帶機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行考察分析。
　　1 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)的基本情況
　　1.1 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)的構(gòu)成
　　大體來說，智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)可以分為“電子控制系統(tǒng)”、“智能伺服控制器”、“永磁電機(jī)”及“水冷降溫裝置”等四個(gè)主要的部分。其中，永磁電機(jī)在本質(zhì)上屬于一種使用交流電的電機(jī)，電機(jī)定子通過三相相差120°的交流電驅(qū)動(dòng)，其中的轉(zhuǎn)子則使用永磁體（圖1）。
　　再者，智能伺服控制器是結(jié)合永磁電機(jī)的具體情況而進(jìn)行研發(fā)的控制裝置，再通過計(jì)算機(jī)中的軟件，操作人員可以精確地進(jìn)行控制，大大降低了電機(jī)啟動(dòng)電力大、不易控制、轉(zhuǎn)速不均等問題的發(fā)生率。
　　1.2 永磁直驅(qū)系統(tǒng)工作原理
　　可以說，永磁直驅(qū)電機(jī)和變頻器是該系統(tǒng)的主要部分。永磁直驅(qū)電機(jī)屬于同步電機(jī)系列，因此沒有配設(shè)減速器，電機(jī)與膠帶傳送機(jī)中的滾筒直接連接。變頻器是控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置，利用同步伺服矢量控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制。因此，電機(jī)通過來自變頻器的直接轉(zhuǎn)矩控制，可以實(shí)現(xiàn)約額定轉(zhuǎn)矩兩倍的轉(zhuǎn)矩，變頻器的存在能夠讓電機(jī)啟動(dòng)時(shí)能夠從較為慢速的狀態(tài)開始，從而防止電機(jī)快速開啟時(shí)產(chǎn)生的巨大電流對(duì)電路造成的破壞，及快速轉(zhuǎn)速對(duì)整個(gè)輸送機(jī)機(jī)械的沖擊，因此永磁直驅(qū)系統(tǒng)通過這兩個(gè)方面的改進(jìn)，減少了對(duì)電路和設(shè)備的破壞。
　　2 異步電機(jī)系統(tǒng)與永磁系統(tǒng)的比較分析
　　2.1 基本結(jié)構(gòu)的比較分析
　　過去的膠帶輸送機(jī)使用的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力一般包括了異步電機(jī)、耦合裝置及減速器。新型的智能永磁系統(tǒng)則將永磁電機(jī)直接與膠帶機(jī)相連，較異步電機(jī)來說，永磁系統(tǒng)沒有減速器及耦合器等間接裝置，采用與膠帶機(jī)直連的方式可以實(shí)現(xiàn)較短的傳動(dòng)鏈，因此可以明顯看出永磁系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)更為簡單有效，有著更為突出的實(shí)用性和使用效率。
　　2.2 使用性能的比較分析
　　不同的連接結(jié)構(gòu)，造成了傳統(tǒng)異步電機(jī)與永磁系統(tǒng)在使用性能方面的較大差異，過去的異步電機(jī)在經(jīng)過長時(shí)間、廣范圍的使用后已經(jīng)暴露出來不少問題，智能永磁電機(jī)的出現(xiàn)可以說在很大程度上對(duì)以往驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化調(diào)整，具體來說有以下三個(gè)方面的表現(xiàn)：
　　（1）運(yùn)行的可靠性方面
　　上文提到，異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置除了電機(jī)外，還包括了耦合裝置、減速器等，如此一來異步電機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，故障率也相對(duì)較高；而永磁系統(tǒng)采用了永磁電機(jī)與膠帶機(jī)直連的方式，機(jī)械結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，制動(dòng)鏈明顯減少，因此故障率也隨之大大降低，在運(yùn)行方面更為可靠。
　�。�2）使用的安全性方面
　　過去的膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)基本上不配設(shè)變頻器，而異步電機(jī)啟動(dòng)時(shí)需要的轉(zhuǎn)矩一般在額定的60%左右，這樣的結(jié)果是其較難完成膠帶機(jī)的滿載運(yùn)行，且容易引發(fā)電機(jī)燒毀的事故，因此其安全性較差，為了解決這些問題往往需要增加電機(jī)容量以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。相較之下，智能永磁直驅(qū)電機(jī)因?yàn)椴捎昧俗冾l電機(jī)和伺服控制器，其啟動(dòng)的轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到約額定轉(zhuǎn)矩兩倍，因此啟動(dòng)起來較為簡單，防止因啟動(dòng)電流過大對(duì)電機(jī)產(chǎn)生的破壞問題。同時(shí)，變頻的引入也使得啟動(dòng)時(shí)電流對(duì)電路網(wǎng)絡(luò)的沖擊大大降低。
　　（3）機(jī)械效率及能耗方面
　　如果將異步電機(jī)與永磁電機(jī)相比可以發(fā)現(xiàn)，永磁電機(jī)在功率因數(shù)上有著更為優(yōu)秀的表現(xiàn)，其配套的變頻系統(tǒng)及電源容量也更為精簡。就電力能耗來說，過去的異步電機(jī)轉(zhuǎn)電效率約為70%～80%，而永磁電機(jī)的效率可以接近95%，因此在能耗上使用永磁電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力有著明顯的優(yōu)勢。此外，永磁電機(jī)除了在額定負(fù)載區(qū)表現(xiàn)突出外，在低負(fù)載的情況下效率更為顯著，關(guān)于兩者在不同使用情況下的效率比例，詳見圖2。
　　3 智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)的應(yīng)用及效果
　　3.1 節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效果
　　就上文所述，由于智能永磁系統(tǒng)相對(duì)精簡了減速機(jī)、耦合器等裝置，因此在機(jī)械效率上大大提升，較傳統(tǒng)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)來說，節(jié)能約15%。
　　3.2 生產(chǎn)效率及相關(guān)維護(hù)
　　智能永磁系統(tǒng)使用了伺服控制器作為啟動(dòng)裝置，在辨識(shí)參數(shù)技術(shù)與空間矢量控制等方面有了顯著提升，實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流的分開操控，從而使得進(jìn)入電機(jī)的電流基本上成為轉(zhuǎn)矩電流，從結(jié)果來看在控制方面更為精準(zhǔn)，也減少了能耗。
　　同時(shí)，因?yàn)橹悄苡来畔到y(tǒng)精簡了減速器、耦合器、冷卻裝置等，使得在對(duì)膠帶傳輸機(jī)的后期維護(hù)當(dāng)中也減少了維護(hù)工序，使得維修成本降低、停機(jī)時(shí)間減少，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器產(chǎn)時(shí)間短的穩(wěn)定運(yùn)行，提升了煤礦開掘的工作效率。
　　4 結(jié)語
　　在上文，我們?cè)诮榻B智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)的組成、工作原理及與傳統(tǒng)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的比較的基礎(chǔ)上，較為細(xì)致地對(duì)智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)進(jìn)行了考察與分析。我們得出的結(jié)論是：智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)無論是在日常運(yùn)行方面還是在日后的維護(hù)保養(yǎng)方面，較異步電機(jī)有了較大的改善，在使用效率及能耗方面更是有著優(yōu)秀的表現(xiàn)，因此可以完全勝任當(dāng)前煤礦開掘中膠帶傳輸機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的任務(wù)，具有良好的前景與推廣意義。
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