永磁变频直驱系统在煤矿胶带运输机中的应用

李金翔

（晋能控股煤业集团云岗矿，山西 大同 037003）

马道头煤业是设计年产10.00 Mt的特大型井工矿，按照矿井初步设计中综放工作面设备选型，该矿综放工作面顺槽胶带运输机一直以来都采用“异步电机+耦合器+减速器”驱动模式，在使用过程中存在一些弊端，主要体现在以下几方面：一是皮带机运行速度恒定，不能根据综采工作面的原煤产量以及顺槽皮带不断后退缩短的情况下实现调速运行，容易造成大量电能损耗。二是经常发生各驱动电机之间输出功率差异大，整体受力不均匀情况，影响皮带机的安全运行。三是日常运行维护量大，容易出现机械故障影响正常生产。

为了克服顺槽皮带机原设计驱动方式存在的主要弊端，提出采用永磁变频直驱系统进行改造。永磁变频直驱系统简称PVD，基本组成是永磁电动机+专用变频器［1-2］，以马道头煤业8105综放工作面顺槽胶带运输机为研究对象进行改进试验。

1 工程概况

马道头煤业8105综放工作面可采走向为2 288 m，倾向为220 m，开采煤层为C3-5#层，平均煤厚为14 m，工作面储量12.212 Mt，原煤生产能力为2 000 t/h。该矿已开采综放工作面胶带机选型为DSJ140/350/3×500型带式输送机（3套驱动装置），其驱动方式为“异步电机+耦合器+减速器”，如图1所示。此驱动方式使用耦合器实现机械软起动，胶带输送机主要技术参数如表1所示。

图1 现有胶带输送机传动系统

表1 胶带输送机参数

序号 项目 单位10 卸载滚筒直径 mm 11 12 mm°13 14 15 16 m液压拉紧装置 型号托辊 直径深槽角制动器 型号液力耦合器 型号低速联轴器 型号储带长度型号参数1 030 ZYJ-500 ϕ159 35 SH1252 650TPKL 1200H-SLD 120

2 改造方案

主要改造思路有两点。一是采取可调速的驱动方式［3-4］，现阶段应用较为广泛的驱动方式为变频驱动，通过输出可调频率电源改变电机转速，从而实现胶带运输机的调速运行，同时变频器控制系统集成有功率平衡调节功能，可实现多驱动之间的功率平衡，保证了皮带机受力均衡，也可实现节能目标。二是简化电机与驱动滚筒之间的连接［5-7］，从而避免机械故障。按照改造思路，决定设计使用永磁变频直驱系统。原有的驱动方式更新为BPJ-630变频器+TBVF-500/60YC永磁变频电机+变频控制系统，需要改造3套，技术参数如表2所示。此设计方案简化了各设备连接，由电机通过联轴器直接与驱动滚筒连接，启动、调速功能均通过电气控制实现，舍弃了复杂的机械构造，如图2所示。永磁电动机采用永磁体励磁，具有高效率、高功率因数的特点，永磁电动机在25%～120%额定负荷范围内均可保持90%以上的效率，尤其在轻载时节能效果更显著。变频器控制软件采用永磁同步变频电动机专用软件。

表2 永磁变频直驱系统（单驱）参数

图2 改造后胶带输送机传动系统

3 应用效果

8105综放工作面改造永磁变频直驱系统后，取得了较好的技术经济效果，具体为：

1）节能降费明显，永磁变频直驱系统设备投入每驱为468万元，原“异步电机+耦合器+减速器”驱动方式每驱为485万元，三套驱动一次性投入可节约费用为17×3=51万元；永磁变频直驱系统降低了设备运行的故障率，提高了设备的使用寿命，8105工作面回采期间可节约设备维护费用、零配件费用和人工费用资金共计560万元；改造永磁变频直驱系统后传动效率达到93%，较原有机械方式效率提高15%，因系统效率大幅度提高，节约了大量电能，使得原煤吨煤电耗下降0.6千瓦时，8105工作面回采期间顺槽皮带机总运量为12.212 Mt，按此计算，预计可节约电量733万千瓦时，电费按照0.85元/千瓦时计算，折合节约电费623万元；经过系统改造，8105工作面回采期间共计节约费用为51+560+623=1 234万元。

2）运行稳定可靠，永磁直驱系统运行转速低，输出扭矩大，启动峰值扭矩更是其额定扭矩的2倍，与“异步电机+耦合器+减速器”驱动方式相比，扭矩输出更加平稳，设备运行更加稳定可靠，可有效避免电网及机械冲击，特别是在2 288 m超长距离运行试验过程中，未发生压死皮带事故。

3）系统结构简单，永磁变频直驱系统传动链简单，体积小，布置空间小，使系统可靠性有了很大的提高，避免了长传动链中各种部件的机械损耗，提高了设备的使用寿命和传动效率，基本免维护。采用变频调速传动系统，启动性能好，能适应各种工况下的变频调速，操控便捷灵活，噪声也更小，改善了胶带运输机机头的作业环境。

4 结论

1）永磁变频直驱系统具有低能耗、高效率、负载平衡调节能力强的特点，能够大幅降低耗电成本，减轻对系统的冲击。

2）永磁变频直驱系统结构简单，传动链短，体积小，维护量少，运维成本低，且运行噪声较小，更加环保。

3）永磁变频直驱系统启动转矩大，调速驱动稳定高效，可有效避免皮带重载启动及运输过程中的压死皮带事故。