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變頻調速永磁同步電動機在皮帶機上的應用

文字:[大][中][小] 2017/5/31     瀏覽次數:    


  近年來,永磁同步電動機得到了較快發展,因其功率因數高、效率高等特點,在一些地面廠礦應用逐漸增多,某些場所已逐步取代了異步電動機,是一種新型節能型電動機。但在煤礦井下應用才剛剛開始,將無齒輪永磁同步電動機應用到井下皮帶機上,即驅動系統由變頻器和永磁同步電動機相結合實現動力傳遞,因為去掉減速器、液力耦合器,使的整個驅動系統具有高效、節能、低噪音、免維護、輸出轉矩大、啟動平穩、結構緊湊、體積小、重量輕等特點。

  傳統的帶式輸送機驅動系統采用異步電動機經液力偶合器,減速器將動力傳送給滾筒帶動皮帶運動,這種傳統的傳動方式明顯的缺點是:驅動系統高耗能,啟動不平穩,重載啟動困難等缺點影響著驅動系統的整體效率,礦方日常對減速器,偶合器,齒輪等部件的維護及更換頻率非常高。經技術改造后的驅動系統采用了無齒輪永磁同步電機變頻驅動系統,即驅動系統由永磁同步電機與變頻器相結合實現動力傳遞,因為去掉了減速器,液力偶合器,整個驅動系統具有高效,節能;低噪音,免維護;輸出轉矩大,啟動平穩;結構緊湊,體積小,重量輕等優點。

  1 系統組成和特性

  無齒輪永磁同步電機變頻驅動系統調速裝置,用于煤礦皮帶機的轉速調節,主要由變頻器、無齒輪永磁同步電機和皮帶機頭組成,和傳統的皮帶調速系統相比去掉了減速器、液力耦合器和同步齒輪。

  本單位3208工作面運輸順槽帶式輸送機,改造后的系統采用了變頻調速的無齒輪同步電動機,永磁同步電動機的功率為2*250KW,級數為32級,電壓等級為690v轉子為永磁結構的礦用隔爆型三相電動機,變頻調速系統采用ZJT-250/660礦用隔爆兼本質安全型變頻調速裝置。

  2 無齒輪永磁電機變頻驅動系統的原理

  系統采用的是自控式交直交電壓型電機控制方式,由整流橋、三相逆變電路、控制電路、三相交流永磁電機和位置傳感器構成。50HZ的市電經整流后,由三相逆變器給電機的三相繞組供電,三相對稱電流合成的旋轉磁場與轉子永久磁鋼所產生的磁場相互作用產生轉矩,拖動轉子同步旋轉,通過位置傳感器實時讀取轉子磁鋼位置,變換成電信號控制逆變器功率器件開關,調節電流頻率和相位,使定子和轉子磁勢保持不亂的位置關系,才能產生恒定的轉矩,定子繞組中的電流大小是由負載決定的。定子繞組中三相電流的頻率和相位隨轉子位置的變化而變化的,使三相電流合成一個與轉子同步的旋轉磁場,通過電力電子器件構成的逆變電路的開關變化實現三相電流的換相,代替了機械換向器。

  3 新、舊系統的比較

  3.1 提高傳動效率,降低電能浪費

  傳統的驅動系統的傳動效率為70%以下,所用的Y系列異步電機的能耗僅為國際IE1級(相當于國家三級能耗)。而該系統的傳動效率在93%左右,采用的永磁同步電機能耗達到國際IE4(高于國家一級能耗標準),綜合節能率比傳統驅動系統提高了20%以上。若同樣一臺帶式輸送機使用無齒輪永磁同步變頻驅動系統,就能大幅度提高系統效率,每年可節電近十萬元。

  3.2 系統實現軟起動、免維護

  該系統運用變頻器控制啟動,能實現系統傳動的緩慢勻速起動,避免了電機起動的瞬間大電流給電網帶來的沖擊,以及轉矩瞬時劇增給傳動系統帶來的機械沖擊,由此降低了系統的電網故障和機械故障,同時由于比原系統減少了液力耦合器及減速器,在維修費用上每年至少可節約3至5萬元,從而降低了維護成本。

  3.3 實現功率平衡

  當該系統采用多電機主從控制驅動時,可實現功率平衡,能避免多電機因出力不平衡而造成的電機的損壞。

  3.4 起動轉矩大

  該系統的永磁同步電動機能恒定輸出額定負載轉矩2.8倍的起動轉矩,而傳統驅動系統使用的異步電動機在同功率條件下的起動轉矩是額定負載的55%,不能滿足系統的正常起動,為了系統正常起動,需增大電機容量來滿足起動轉矩,但系統正常運行后,就造成了大馬拉小車現象。

  3.5 豐富的通訊功能

  可支持CAN、RS485、PROFBUS DP等多種通信接口的接入,可實現與上位機通訊,實現多臺設備集中控制運行,可將運行數據傳送至地面調度室進行在線監測 。

  3.6 歷史數據存儲

  歷史數據存儲功能可保存最近一年的運行數據,數據可導出為EXCEL格式文件,可通過華鑫開發的軟件轉化為圖形模式,便于了解皮帶機歷史工作情況。

  3.7 降低系統變壓器容量

  系統功率因素高:永磁直驅帶式輸送機系統采用變頻器驅動具有很高的功率因素,于原系統相比可降低變壓器的容量。

  3.8 縮小變壓器的體積

  由于變頻器采用交直交技術,所以給變頻器供電可采取高頻電源,采用高頻電源后可以大大的縮小變壓器的體積。

  4 結論

  綜上所述,永磁同步電機驅動的膠帶運輸系統,具有以下優點:

  1)高效、低噪、節能。取消了液力偶合器和減速系統震動和噪聲大大降低;與原系統相比,電耗降底,效率明顯提高。

  2)維護量小、維修成本低。省掉了因更換、檢修、日常維護減速器和液力偶合器及齒輪等磨損零部件投入的費用;節約了由于起動不平穩造成皮帶被拉裂而投入的采購費用。

  3)輸出轉矩大、運行平穩。在額定轉速內保持恒轉矩,可提高運行穩定性。特別是電動機在低頻、低壓、低速時可提供足夠的轉矩。利用變頻器的調速可實現重載起動,功能實現帶式輸送機的緩慢起動,滿載起動運行時電流不超過額定電流的2倍。

  4)結構緊湊、體積小、重量輕。

  由此可見,該項目的實施可以促進紫金煤業的節約成本,高效發展的力度,進一步有計劃的進行整個運輸設備的改革,它將高科技技術手段與煤礦安全生產結合在一起,既減少了生產資金投入,減少了皮帶動力的運行環節;同時方便了礦井皮帶輸送機的維修,加快了生產的步伐。

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