大功率永磁同步电机在长平矿带式输送机的应用.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()大功率永磁同步电机在长平矿带式输送机的应用高鹏程(晋能控股装备制造集团 金鼎山西煤机有限责任公司,山西晋城 )摘要:根据长平矿 m带式输送机的技术参数,计算得到了永磁同步电机的驱动功率,研制了 kW永磁同步电机,选用了 k W变频器.采用闭环矢量控制方式完成永磁同步电机启动、调速控制过程,最终在长平矿 m带式输送机上成功应用,实现了煤矿大功率、长距离、大运量带式输送机运输,取得了良好的经济效益.关键词:永磁同步电机;变频器;带式输送机;驱动功率中图分类号:T D TM 文献标识码:B收稿日期:;修订日期:作者简介:高鹏程(),男,山西晋城人,工程师,硕士,主要从事煤矿机电和永磁电机研究工作.引言目前国内大中型矿井的大巷煤炭运输普遍采用带式输送机运输,其具有系统简单、自动化程度高、管理方便、运力大、有利于实现矿井安全高效运输等特点.长平矿是晋能控股集团公司下属的一个现代化矿井,随着年产量的逐渐提高,对大功率、大运量、长运距皮带机的需求也逐年增加.长平矿五盘区煤炭运输采用带式输送机的运输方式,在胶带机巷布置一部运量 t/h、水平运距为 m的强力固定皮带机担负煤炭运输任务,现需要选择带式输送机的驱动装置.可采用的带式输送机驱动装置方式有:异步电机液力偶合器减速器串联的驱动方式;异步电机C S T减速器驱动方式;变频电机减速器变频器驱动方式;永磁同步电机变频器驱动方式.前三种驱动方式存在机械结构复杂、效率低、维护量大等缺点,而永磁变频直驱系统无需外接其他机械传动设备,通过联轴器直接连接传动滚筒驱动负载,提高了整体效率,直驱系统结构和供电回路简单、维护点少,降低了工人劳动强度,整个系统具有输出转矩大、体积小、免维护、效率高、性能稳定、节能突出等优点,因此长平矿五盘区煤炭运输带式输送机选择了永磁同步电机变频器的驱动方式.本文根据长平矿 m带式输送机的技术参数,计算得到了永磁同步电机的驱动功率,并研制了永磁同步电机,选用了配套变频器.永磁同步电机驱动功率计算长平矿五盘区煤炭运输带式输送机主要技术参数见表.经计算得到:传动滚筒圆周驱动力为 k N,传动滚筒轴功率为 kW,综合传动效率为(永磁电机效率,联轴器传动效率).根据MT/T 煤矿用带式输送机设计计算 中电机总功率Pd的计算公式为:PdKdP d()其中:P为传动滚筒轴功率,kW;Kd为功率备用系数,Kd;为驱动装置的传动效率,;为电压降系数,;d为多机功率不平衡系数,d .将相关数值代入式()计算得:Pd kW.表长平矿五盘区煤炭运输带式输送机主要技术参数带宽(mm)运量(t/h)带速(m/s)输送距离(m)提升总高(m)传动滚筒直径(mm)永磁同步电机研制本项目采用机头集中驱动方式,选择 k W的驱动电机功率.机头驱动部采用双滚筒、四电机驱动,功率配比为.驱动装置由永磁同步电机、联轴器、变频器和驱动装置座等组成.kW直联式永磁同步电机直接连接传动滚筒,配套 V高压变频调速装置,可实现大功率大扭矩启动和不同工作条件下的调速运行.永磁同步电机与传动滚筒间由传递扭矩大、传动平稳的冷装型蛇形弹簧联轴器联接.根据长平矿m带式输送机的驱动方案,研制了T B V F /Y C()矿用隔爆型三相永磁同步电动机,其主要技术参数如下:额定功率(kW):;额定电压(V):;额定转速(r/m i n):;额定转矩(k Nm):;功率因数:;额定效率:;绝缘等级:H级;冷却方式:水冷.()定子结构:定子铁芯采用H级冷轧电工钢片叠压而成,两端设有端板以限制齿涨,并采用扣片焊接的方式与两端的压板固定为坚固的整体.定子绕组采用H级双层铜扁线成型绕组结构,具有良好的耐电晕性能、较高的机械强度以及较好的防尘防污耐腐蚀性能;采用V P I真空压力浸漆、旋转烘干工艺,增强了绕组绝缘性.采用先进的分数槽绕组,有效降低了齿槽转矩,提高了控制的精度,还增加了绕组的分布效应,改善了电动机感应反电动势的正弦性,在一定程度上消除了谐波.()转子结构:转子采用内置切向式结构,转子磁路一对极下的磁通由相邻两个磁极并联提供,磁通量大,可以获得更大的励磁面积,同时可以减少永磁体自身损耗,降低温度,防止永磁体失磁,可以有效地保护永磁体.永磁体选用高性能钕铁硼磁钢,表面剩磁达到 T,矫顽力达到 k A/m,耐热温度达到 ,保证了永磁同步电机长期运行的可靠性和寿命.转子辐轴采用铸铝件,转子压板选用不锈钢材料,可以有效减小漏磁,提高永磁同步电机的能量密度.()冷却结构:电机采用水冷方式(I C W),定子机座采用钢板焊接的设计结构,内有套筒式“S”型水冷管道,有防锈及防 垢措施.进、出水 口配置矿用K J 快接接头,便于实现快速拆装要求.配套变频器的选用选用台上海申地公司的B P J V /矿用隔爆兼本质安全型交流变频器,该变频器功率为 k W,采用移相变压器、脉冲整流技术降低对电网的干扰;内置输出电抗器,有效抑制输出干扰,提高电机保护性能;具有短路、缺相、过压、欠压、过流、低电流、电机失控和超速等保护功能.采用闭环矢量控制策略控制电机运行,通过旋转变压器测量永磁同步电机相关参数对永磁同步变频电机进行精确控制.在 k W永磁同步电机的非轴伸端固定高精度的旋转变压器,旋转变压器的反馈信号作为闭环控制系统的反馈输入,变频器根据反馈输入对整个控制过程进行调节,可以做到零转速大转矩重载启动、平稳启动,启动后变频驱动系统根据闭环参数自行调节驱动状态和功率输出,使得控制精确、高效、快速,永磁同步电机运行平稳.大功率永磁同步电机的实际应用 年以来,kW矿用隔爆型三相永磁同步变频电动机应用于晋能控股集团长平矿五盘区 m带式输送机上,带式输送机长度 m,实现了煤矿大功率、长距离、大运量带式输送机运输.kW带式输送机驱动系统架构如图所示,在实际应用中采用双滚筒、四电机驱动,变频器设为主机,、变频器设为从机,带式输送机启动平稳,启动转矩为额定转矩的倍,带速可达到 m/s,额定负载运行时,台永磁同步电机功率最大差值为kW,小于规定所要求的差值,可以实现功率平衡.图 k W带式输送机驱动系统架构永磁同步电机变频器的驱动方式与传统驱动方式相比具有以下优势:()解决了传统驱动装置体积庞大、占用巷道空间大的问题,减少了机械冲击,降低了胶带强度,实现了大型带式输送机驱动装置免维护或者少维护,同时满足了煤矿井下减员增效的要求.传统变频电机驱动装置每套每年维护费用 万元,套 万元;永磁同步电机维护点少,基本实现免维护,除日常轴承注油外,无需检修减速器,更换齿轮油,降低了维修成本,维护费用每年万元,套 万元,每年节省维护费用约 万元.()利用永磁同步电机输出功率高、效率高、低转速大扭矩的特性,有效地减轻了井下电网负担,实现了大型带式输送机的节能控制,而且可以根据煤量实时调节带式输送机的运行速度和驱动扭矩,节能降耗效果显著.带式输送机每天工作 h,每年工作 d,工业用电按每度电 元计算,在每小时相同运量情况下,永磁同步电机驱动方式与传统驱动方式相比每年可节省电费 万元,节约电能 .结语 kW永磁同步电机在长平矿成功应用,提高了带式输送机驱动系统整体效率,驱动系统结构和供电回路简单,维护点少,降低了工人劳动强度,有助于推进矿山安全、高效、智能化建设.参考文献:郭正达,孟俊文低速大扭矩永磁同步电机变频驱动系统在主斜井带式输送机上的应用J山西煤炭,():原宇辰 kW永磁同步电机在带式输送机上的应用与效益分析J煤矿机械,():A p p l i c a t i o no fH i g h P o w e rP e r m a n e n tM a g n e t S y n c h r o n o u sM o t o r i nC h a n g p i n gM i n eB e l tC o n v e y o rG A OP e n g c h e n g(J i n d i n gS h a n x iC o a lM a c h i n e r yC o,L t d,J i n n e n gH o l d i n gE q u i p m e n tM a n u f a c t u r i n gG r o u p,J i n c h e n g ,C h i n a)A b s t r a c t:A c c o r d i n gt ot h et e c h n i c a lp a r a m e t e r so f mb e l tc o n v e y o ri nC h a n g p i n gc o a lm i n e,t h i sp a p e rc a l c u l a t e st h ed r i v i n gp o w e ro fp e r m a n e n tm a g n e ts y n c h r o n o u s m o t o r,d e v e l o p s kW p e r m a n e n tm a g n e ts y n c h r o n o u s m o t o ra n ds e l e c t s kWf r e q u e n c yc o n v e r t e r T h ec l o s e d l o o pv e c t o rc o n t r o lm e t h o d i sa d o p t e dt oc o m p l e t e t h es t a r t u pa n ds p e e dr e g u l a t i o nc o n t r o l p r o c e s so f t h ep e r m a n e n tm a g n e ts y n c h r o n o u sm o t o r,w h i c hi sf i n a l l ys u c c e s s f u l l ya p p l i e di nt h e mb e l tc o n v e y o ro fC h a n g p i n gc o a lm i n e T h ec o a lm i n eb e l t c o n v e y o r t r a n s p o r tw i t hh i g hp o w e r,l o n gd i s t a n c ea n d l a r g e t r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t yh a sb e e nr e a l i z e d,a n dg o o de c o n o m i cb e n e f i t sh a v eb e e no b t a i n e d K e y w o r d s:p e r m a n e n tm a g n e t s y n c h r o n o u sm o t o r;f r e q u e n c yc o n v e r t e r;b e l t c o n v e y o r;d r i v i n gp o w e r 年第期高鹏程:大功率永磁同步电机在长平矿带式输送机的应用