永磁直驱电动滚筒带式输送机应用分析

武晋宇

(汾西矿业柳湾煤矿，山西 孝义 032303)

带式输送机作为井下主要运输设备，为确保矿井生产效率的提升，对其进行现代化改造具有重要意义[1～2]。永磁直驱电动滚筒作为一种先进的设备，已有部分矿井将其在带式输送机中推广应用[3～5]。文中对永磁直驱电动滚筒运行原理以及现场应用效果进行阐述，以期能在一定程度上促进其应用。

1 工作原理

永磁直驱电动滚筒结构有智能变频器、永磁电动滚筒以及水冷装置等，其运行原理是将磁场作为媒介，将电能转化成机械能，通过永磁体构建永磁场，当永磁电机的定子绕组以频率f通入交流电后，会产生一个旋转磁场。永磁同步电机滚筒由永磁材料制作而成，使用过程中不存在励磁损耗；转子未布置绕组，从而使用时不会出现铁耗、铜耗问题，采用极少的永磁体即可形成满足使用的电机磁能积。外转子表面采用阻燃材料包裹，直接与输送机胶带接触。

2 应用特征

1)效率高、电能消耗低

永磁直驱电机能耗可达国际IE4标准，较传统异步电机能耗降低15～20%，具体永磁直驱电机与传统异步电机利用率对比结果见图1所示。

图1 电机利用率

2)重载启动效果显著

采用的永磁直驱电机启动时可以产生更大的转矩，更能满足设备的重载荷启动需要。主要是由于永磁直驱电机配套采用的智能变频器可以输出2倍额定载荷需要的转矩，从而高效解决重载带式输送机启动问题，同时在智能变频器中增加速度传感器、压力传感器可以实现带式输送机输送载荷智能控制，进一步降低设备能耗。具体永磁直驱电机与传统异步电机启动特性对比结果见图2所示。

图2 电机启动特性

3)系统结构简单

采用的永磁直驱电机滚筒直接带动带式输送机胶带运转，省去了与电动机相连的液力耦合器、减速器等设备，结构更为简单，不仅便于设备安装，同时后续的维护、巡检工作量更低，可以节省大量的人力及物力投入。

4)调速功能优越

采用的永磁直驱电机滚筒根据胶带输送的载荷量实现对运行速度调整，可以降低驱动设备以及胶带的磨耗量，在低频低速运输时可以进一步降低带式输送机能耗。

5)多机功率平衡性好

根据输送的载荷需要，实现多个驱动电机间功率平衡，避免使用单一驱动电机存在过载或者造成设备磨耗严重等问题。

6)通信接口更为丰富

永磁直驱电机滚筒控制系统具有体多种通信接口，可以与地面监控中心上位机进行数据交互，实现对输送机运行状态实时监控。同时具备完善的安全防护功能，可以对电动机运行过程中出现的欠压、过流以及过压等故障进行保护，确保带式输送机平衡运行。

3 现场应用情况分析

山西某矿井下二采区主运输巷采用的带式输送机输送距离全长为860m，运输提升高度为43m，根据生产计划安全，带式输送机应具备的运行能力为2300t/h。以二采区主运输巷皮带输送机作为研究对象，将传统的带式输送机驱动方式改造成矿用永磁直驱电机滚筒，并对应用效果进行比对分析。

3.1 配套变频器选择

根据煤矿安全规程有关规定，在斜巷内使用的带式输送机上行运输时必须具备可靠的制动装置以及防逆转装置；下行运输时需配备软制动装置及超速保护装置。在二采区主运输巷采用的带式输送机由于为下行运输，因此应具备相应的软启动装置。

选用的变频器应具备低速大扭矩功能，且为先进的矢量同步变频器，可以进行开环、闭环矢量控制。根据二采区主运输巷带式输送机实际情况，最终选用变频器型号为BPB1-315/1140K额定功率、电压分别为315kW、1140V，采用风冷冷却方式。带式输送机在前期启动时具备5.0s的预警报警功能，设备空载运行时具备自动降速功能，从而降低能耗。

3.2 应用效果分析

永磁直驱电机滚筒在带式输送机上应用后，驱动系统不需要采用减速器、异步电机以及液力耦合器等设备，动力传统系统结构更为简单，具有更高的动力传递效果，同时设备的维护、检修等工作量显著降低。具体带式输送机采用永磁直驱电机滚筒与传统带式输送机驱动方式应用对比结果见表1。

表1 驱动方式对比分析表

采用的永磁直驱电机滚筒运行功率为103kW，驱动系统功率为89kW，系统传动效率为0.912，

带式输送机按照每天20h运行，4h检修，每年按照330d工作时间计算，二采区主运输巷带式输送机采用永磁直驱电机滚筒时年电能消耗量合计为1.39×106kW·h。

传统方式电机功率为103kW，驱动系统功率为89kW，系统传动效率为0.7，按照每日运行20h，每年工作330d，则每年电能消耗为1.81×106kW·h。

电费按照0.7元/kW·h计算，二采区主运输巷一台带式输送机采用永磁直驱电机滚筒方式仅电能消耗方面即可每年节省29.5万元。若将井下的带式输送机全部进行永磁直驱电机滚筒改造，预计每年节省费150万元。

4 总结

文中对永磁直驱电机滚筒在矿井中的应用情况进行分析，短期来看可以降低带式输送机能耗，增加矿井效益；长远来看由于永磁直驱电机滚筒具有的动力传输结构更为简单，设备运行可靠性显著增加。

将四象限变频器结合永磁直驱电机滚筒对矿井二采区主运输巷带式输送机驱动系统进行改造，不仅实现了斜巷运输的软启动，而且还可以防止带式输送机在使用过程中可能出现的埋机头、飞车等问题，现场应用取得显著的经济、安全效益。