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变频调速永磁同步电动机在皮带机上的应用

文字:[大][中][小] 2017/5/31     浏览次数:    


  近年来,永磁同步电动机得到了较快发展,因其功率因数高、效率高等特点,在一些地面厂矿应用逐渐增多,某些场所已逐步取代了异步电动机,是一种新型节能型电动机。但在煤矿井下应用才刚刚开始,将无齿轮永磁同步电动机应用到井下皮带机上,即驱动系统由变频器和永磁同步电动机相结合实现动力传递,因为去掉减速器、液力耦合器,使的整个驱动系统具有高效、节能、低噪音、免维护、输出转矩大、启动平稳、结构紧凑、体积小、重量轻等特点。

  传统的带式输送机驱动系统采用异步电动机经液力偶合器,减速器将动力传送给滚筒带动皮带运动,这种传统的传动方式明显的缺点是:驱动系统高耗能,启动不平稳,重载启动困难等缺点影响着驱动系统的整体效率,矿方日常对减速器,偶合器,齿轮等部件的维护及更换频率非常高。经技术改造后的驱动系统采用了无齿轮永磁同步电机变频驱动系统,即驱动系统由永磁同步电机与变频器相结合实现动力传递,因为去掉了减速器,液力偶合器,整个驱动系统具有高效,节能;低噪音,免维护;输出转矩大,启动平稳;结构紧凑,体积小,重量轻等优点。

  1 系统组成和特性

  无齿轮永磁同步电机变频驱动系统调速装置,用于煤矿皮带机的转速调节,主要由变频器、无齿轮永磁同步电机和皮带机头组成,和传统的皮带调速系统相比去掉了减速器、液力耦合器和同步齿轮。

  本单位3208工作面运输顺槽带式输送机,改造后的系统采用了变频调速的无齿轮同步电动机,永磁同步电动机的功率为2*250KW,级数为32级,电压等级为690v转子为永磁结构的矿用隔爆型三相电动机,变频调速系统采用ZJT-250/660矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置。

  2 无齿轮永磁电机变频驱动系统的原理

  系统采用的是自控式交直交电压型电机控制方式,由整流桥、三相逆变电路、控制电路、三相交流永磁电机和位置传感器构成。50HZ的市电经整流后,由三相逆变器给电机的三相绕组供电,三相对称电流合成的旋转磁场与转子永久磁钢所产生的磁场相互作用产生转矩,拖动转子同步旋转,通过位置传感器实时读取转子磁钢位置,变换成电信号控制逆变器功率器件开关,调节电流频率和相位,使定子和转子磁势保持不乱的位置关系,才能产生恒定的转矩,定子绕组中的电流大小是由负载决定的。定子绕组中三相电流的频率和相位随转子位置的变化而变化的,使三相电流合成一个与转子同步的旋转磁场,通过电力电子器件构成的逆变电路的开关变化实现三相电流的换相,代替了机械换向器。

  3 新、旧系统的比较

  3.1 提高传动效率,降低电能浪费

  传统的驱动系统的传动效率为70%以下,所用的Y系列异步电机的能耗仅为国际IE1级(相当于国家三级能耗)。而该系统的传动效率在93%左右,采用的永磁同步电机能耗达到国际IE4(高于国家一级能耗标准),综合节能率比传统驱动系统提高了20%以上。若同样一台带式输送机使用无齿轮永磁同步变频驱动系统,就能大幅度提高系统效率,每年可节电近十万元。

  3.2 系统实现软起动、免维护

  该系统运用变频器控制启动,能实现系统传动的缓慢匀速起动,避免了电机起动的瞬间大电流给电网带来的冲击,以及转矩瞬时剧增给传动系统带来的机械冲击,由此降低了系统的电网故障和机械故障,同时由于比原系统减少了液力耦合器及减速器,在维修费用上每年至少可节约3至5万元,从而降低了维护成本。

  3.3 实现功率平衡

  当该系统采用多电机主从控制驱动时,可实现功率平衡,能避免多电机因出力不平衡而造成的电机的损坏。

  3.4 起动转矩大

  该系统的永磁同步电动机能恒定输出额定负载转矩2.8倍的起动转矩,而传统驱动系统使用的异步电动机在同功率条件下的起动转矩是额定负载的55%,不能满足系统的正常起动,为了系统正常起动,需增大电机容量来满足起动转矩,但系统正常运行后,就造成了大马拉小车现象。

  3.5 丰富的通讯功能

  可支持CAN、RS485、PROFBUS DP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,可将运行数据传送至地面调度室进行在线监测 。

  3.6 历史数据存储

  历史数据存储功能可保存最近一年的运行数据,数据可导出为EXCEL格式文件,可通过华鑫开发的软件转化为图形模式,便于了解皮带机历史工作情况。

  3.7 降低系统变压器容量

  系统功率因素高:永磁直驱带式输送机系统采用变频器驱动具有很高的功率因素,于原系统相比可降低变压器的容量。

  3.8 缩小变压器的体积

  由于变频器采用交直交技术,所以给变频器供电可采取高频电源,采用高频电源后可以大大的缩小变压器的体积。

  4 结论

  综上所述,永磁同步电机驱动的胶带运输系统,具有以下优点:

  1)高效、低噪、节能。取消了液力偶合器和减速系统震动和噪声大大降低;与原系统相比,电耗降底,效率明显提高。

  2)维护量小、维修成本低。省掉了因更换、检修、日常维护减速器和液力偶合器及齿轮等磨损零部件投入的费用;节约了由于起动不平稳造成皮带被拉裂而投入的采购费用。

  3)输出转矩大、运行平稳。在额定转速内保持恒转矩,可提高运行稳定性。特别是电动机在低频、低压、低速时可提供足够的转矩。利用变频器的调速可实现重载起动,功能实现带式输送机的缓慢起动,满载起动运行时电流不超过额定电流的2倍。

  4)结构紧凑、体积小、重量轻。

  由此可见,该项目的实施可以促进紫金煤业的节约成本,高效发展的力度,进一步有计划的进行整个运输设备的改革,它将高科技技术手段与煤矿安全生产结合在一起,既减少了生产资金投入,减少了皮带动力的运行环节;同时方便了矿井皮带输送机的维修,加快了生产的步伐。

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