永磁电动滚筒在带式输送机升级改造中的应用

韩鹏

汾西矿业(集团)有限责任公司贺西煤矿 山西 汾西 031500

煤矿带式输送机是煤矿主要的运输设备，目前井下带式输送机大部分采取传统的传动驱动方式，主要由异步电动机、液力耦合器、减速机、联轴器等组成，这种机械传动方式主要是通过电动机带动减速机，减速后再通过滚筒驱动输送带，实现煤炭等物料的运输。其启动电流大，扭矩小，重载、过载情况下启动困难，启动时产生大电流冲击电网，同时冲击机械设备，稳定性差，故障率高，并且后期维护保养成本高，严重制约煤矿安全生产。

随着新设备、新技术、新工艺的推广应用，贺西矿对部分耗能高、技术落后的设备进行更新改造，率先在三采区集中皮带巷带式输送机实施设备技术更新改造，采用了安徽明腾公司研发生产的永磁电动滚筒，替换升级改造传统的机械传动驱动方式，配备变频器组成了带式运输机的永磁变频直驱系统，取得较好的效果。

1 永磁电动滚筒的工作原理

永磁电动滚筒实际是一台永磁电动机，永磁体由稀土永磁材料制成，滚筒表面采用阻燃性、抗静电性材料进行包胶，滚筒轴相当于电动机的定子部分，定子铁芯由硅钢片叠加固定到轴上，其中嵌入定子绕组，永磁电动滚筒的筒面相当于电机转子部分，转子铁芯由硅钢片叠加固定在滚筒的内表面，内嵌入永磁体，通入三相交流电后，产生一个以同步转速推移的旋转磁场，滚筒转动直接在摩擦阻力下带动输送带运行。

2 永磁电动滚筒主要技术特点

永磁电动滚筒是一种直驱式电动机，直接驱动皮带，不需要减速装置，简化了传动结构，提高运转效率，不需要日常维护、检修工作，节约了维修费用，降低了人工成本，省去了励磁环节，具有能效高、功率因数高、启动力矩大。该系统具有以下特点。

2.1 高效节能

传统的异步电动机、联轴器、减速机、液力耦合器组成的驱动系统传动效率低，使用的Y系列异步电机能耗高。永磁电动滚筒省去了励磁环节，效率高，直接驱动输送带，省去传动环节，传动效率高达 100%，能耗达到国家一级能耗标准，带式输送机使用永磁电动滚筒和变频器的变频直驱系统，提高了系统运转效率，节能效果明显，运行成本低。

2.2 起动转矩大，过载能力强

传统的机械传动驱动系统使用的三相异步电动机起动转矩小，一般为额定转矩的55%左右，只能满足空载启动要求，实际煤矿生产中常常出现重载起动的情况，驱动系统无法满足满载起动，需人工卸载，经常重载起动会造成设备故障率高，严重影响安全生产。采用永磁电动滚筒和变频器直驱系统，起动转矩大，是额定转矩的2倍，可直接起动，避免了因过载而造成的设备损坏，同时减轻了工人的劳动强度和设备维护工作量[1]。

2.3 避免电网及机械冲击

永磁电动滚筒直驱系统运用变频起动，实现系统变频匀速起动，输出力矩大，启动平稳，恒转矩控制，避免了启动瞬间大电流对电网的冲击及转矩波动给传动系统带来的机械冲击，降低了供电系统故障率和机械故障率。

2.4 系统维护简单

永磁电动滚筒变频直驱系统去除了减速器，无齿轮磨损、无油脂泄漏，一体化布置，结构简单，传递直接，占用空间小，维护量少，运行成本低。节省维护成本，维护简便。

2.5 驱动智能化

两台及以上永磁电动滚筒驱动带式输送机时，通过变频主从控制实现多机传动及功率平衡，避免了因出力不均而造成的电机损坏。通过多种通信接口与上位机通讯，实现设备集中控制运行，能够将运行数据传送至地面调度室，实现无人值守、远程控制、在线监控功能。

3 带式输送机驱动系统改造方案

改造前三采区集中皮带巷总长1200米，平均坡度5°，安装两部DSJ80/40/2×75型带式输送机，其中三采区西翼第一部带式输送机长550米，第二部带式输送机长650米，分别配备75kW异步电动机、减速器、液力偶合器和联轴器各两台，带宽均为800mm，运量为400T/h，带速为 2m/s。2022年4月，对三采区集中皮带巷带式输送机原机械传动驱动系统进行升级改造，将三采区西翼原第一部和第二部带式输送机的4套电动机、减速机、联轴器、驱动滚筒、机头架及控制开关拆除，将第一部和第二部整合为一部带式输送机。在三采区西翼第一部机头位置更换为一套 2×110kW的STYB 系列隔爆型永磁电动滚筒和变频器组成的永磁变频直驱系统[2]。

带式输送机永磁变频直驱系统的升级改造，解决了传统驱动存在的启动电流大、易损坏电机减速机、重载压死输送机、电动机恒速运行等问题，实现了带式输送机节能运行，降低了故障点，有效提高了带式输送机运行的可靠性和运行效率。 带式输送机系统基本结构简图如图1所示。

4 永磁电动滚筒配套变频器选用

设计时选用具有回馈功能的四象限变频器。可以实现能量的双向流动，将电动机被动转动时产生的电能回馈到电网，实现电气软制动。经过设计选用 BPJ1-200/1140 型变频器，额定功率200kW，额定电压 1140V，冷却方式为风冷。与永磁电动滚筒配套设计，具有恒转矩输出、大转矩软起动的特性，采用先进的三电平拓扑结构，谐波总畸变率远小于二电平变频器，电波形更平滑，极大的减少浪涌电压和峰值对电机的影响。三电平变频器有效降低电机轴电压和轴电流，减小对电机轴承的损坏，增加电机的使用寿命[3]。

5 升级改造后应用效果

（1）永磁电动滚筒变频直驱系统的升级改造，降低了供电电压波动，减少对电网的冲击，加速功能、运行速度可控，能控制电动机的启动电流，实现带式输送机的平稳启动，避免了机械冲击。

（2）在原有的设备基础上进行永磁变频直驱系统升级改造，使带式输送机能够在煤量减少时降低运行速度，煤量增加时加快运行速度，实现了变频拖动的带式输送机节能运行。

（3）永磁电动滚筒直驱系统的使用降低了设备事故造成的损失，减少了机械传动部件的磨损，有效降低了设备维护、检修工作量。采用变频启动，降低了启动时对机械设备的冲击，提高了带式输送机的运行效率，延长了带式输送机的使用寿命。

（4）节能效果明显，提高功率因数，节约大量电能。经比较改造前两部带式输送机电动机功率为300kW，效率为85%，现在使用两台永磁电动滚筒功率为220kW，带式输送机每天运行16h，每年运输200万吨。

经统计，改造前年消耗电量34.2万KWh，改造后皮带输送机运量给定，年消耗19.3万KWh，经计算，采用变频改造后，年消耗电量减少14.9万Kwh，节能效率约为43.5%，效果显著。

6 结论

通过永磁电动滚筒变频直驱系统在带式输送机升级改造应用，运行稳定，有效地降低了设备维护成本，减少设备故障率，减少电网和机械冲击，节能效果明显，提高了运输系统的安全性和稳定性。将带式输送机传统驱动方式改造为永磁直驱方式，实现了节能、增效，提高了煤矿的生产效率，提升了矿井新技术、新产品装备水平，为同类煤矿带式输送机的升级改造，开创了新路子，具有良好的推广应用前景。