永磁同步电动滚筒在带式输送机中的应用

永磁直驱系统具有效率高、能耗低的优点，系统免维护，调速性能优越，具有丰富的通信 功能。通过研究分析，决定对高阳煤矿下运带式输送机采用永磁同步电动滚筒技术方案。重点对 传统驱动装置与永磁同步电动滚筒进行了技术分析，实际运行显示了永磁同步电动滚筒的优越性。

    随着煤矿“四化”建设的不断要求，永磁同步电 动滚筒已应用于煤矿井下带式输送机。本文重点介 绍永磁同步电动滚筒的工作原理及其在矿井下运式 带式输送机的应用。

    1 永磁同步电动滚筒的工作原理
永磁同步电动滚筒俗称外转子电动机，主要包 括永磁同步电动滚筒、智能同步变频器及水冷装置 等［1］。它以磁场为媒介进行电能和机械能的能量 转换，利用永磁体建立磁场，当永磁电动机的三相定 子绕组通入频率为 f 的三相交流电后，将产生一个 以同步转速推移的旋转磁场［2］。永磁同步电动滚 筒永磁体由稀土永磁材料钕铁硼制成［3］，取代电励磁，无励磁损耗。转子无绕组，无转子铜耗、铁耗，高 性能的钕铁硼稀土永磁材料具有很高的磁能积，它 的剩余磁感应强度、矫顽力较大，用较少的钕铁硼永 磁体便能产生足够的电机磁能积。将外转子表面作 为驱动滚筒表面，采用阻燃性、抗静电性材料进行包 胶，直接与输送带接触，依靠摩擦阻力带动输送带 运行。

    2 永磁直驱系统应用特点
1)、 效率高，能耗低。采用的永磁直驱电动机效 率达到国际 IE4( 高于国家一级能耗标准) ，与传统 驱动系统比较，实现节电 15% ～ 20%。   
 2)、 起动转矩大，重载起动性能更卓越。永磁同 步电动机匹配智能同步变频器能恒定输出额定负载转矩2 倍的起动转矩，彻底解决了重载起动难的问 题。异步电动机和永磁同步电动机的起动特性。
3)、 系统免维护。电动机采用直驱式结构，去掉减速机、耦合器等中间环节，安装方便，无需加油维 护，减少大量巡检工作量，节省人力、物力。
4)、 调速性能优越。实现由量定速，减小输送带 磨损和设备损耗，低速变频调速工况下节能效果更 为明显。
5)、 功率平衡功能好。根据需要分配多机载荷， 可避免单机过载造成的设备损坏等问题。
6)、 通信功能丰富。支持多种通信接口的接入， 可与上位机通信，实现在线监测监控。完善的保护 功能，能实现对过压、过流、欠压等各种故障的保护， 保障系统安全稳定运行。

3 永磁直驱电动滚筒的实际应用

高阳煤矿二采区二部带式输送机全长750 m， 提升高度 －43 m，要求运输能力达 2 300 t/h。对矿 用隔爆型永磁同步电动滚筒与传统驱动装置进行对 比分析。矿用隔爆型永磁同步电动滚筒应用于煤矿 带式输送机中，采用永磁直驱电动机替代传统的机 械驱动装置，取代了异步电动机、减速器、液力偶合 器和联轴器［4］，这种直接驱动的方式，可使传动系 统结构简化、效率提高、噪声降低、安装方便，而且无 需进行日常维护、检修，从而节省了大量的人力物力 成本，有效提高了带式输送机运行的可靠性和运行 效率。两种驱动方式对比见表1。

4 节能效益分析

永磁直驱电动滚筒带式输送机轴功率103 kW， 结合驱动系统效率，每天运行时间 20 h，每年按 330 d 计，每年耗电量为 192/0. 912 × 20 × 330 = 1 389 474 kW·h。“异步电机 + 减速器 + 液压联轴节”带式输送 机轴功率103 kW，结合驱动系统效率，每天运行时 间20 h，每年按330 d 计，每年耗电量为 192/0. 700×20 ×330 =1 810 286 kW·h。电费0. 7 元/( kW·h) ，永磁直驱电动滚筒驱 动较“异步电机 + 减速机 + 液压联轴节”驱动每年 可节省电费294568 元。

5 配套变频器的选用

《煤矿安全规程》第三百七十四条规定 : “采用 滚筒驱动带式输送机运输时，应当遵守下列规定: ( 五) 倾斜井巷中使用的带式输送机，上运时，必须 装设防逆转装置和制动装置;下运时，应当装设软制 动装置且必须装设防超速保护装置”。由基础数据 得知，该二采二部带式输送机为下运带式输送机，应 当装设软制动装置。其下运行时，重力牵引电动机 发电，将势能转化为电能，电动机处于发电状态，必 须选用四象限变频器才能将电动机的再生能量回馈 给电网［5］，设计时选用具有回馈功能的四象限变频 器。而永磁电机选择变频器时以实际电机电流值作 为变频器选择的依据，电动机的额定功率作为参考。永磁电动机变频器必须为低转速大扭矩矢量同步变 频器，具有开环矢量和闭环矢量控制。该变频器在 IGBT 模块里集成续流二极管，这样便可以实现能量 的双向流动，将电动机被动转动时产生的电能运输 到电网，实现电气软制动。经过设计选用 BPB1315/1140K 型变频器，额定功率 315 kW，额定电压 1 140 V，冷却方式为风 冷。与永磁同步电动滚筒配套设计，具有恒转矩输 出、大转矩软起动的特性，具备过流、过压、欠压、短 路、过载、缺相、永磁滚筒绕组过热、瞬间断电保护等 保护功能，具有绕组温度显示和超温停机保护的功 能。带式输送机起动时具有 5 s 的缓动预警功能， 空载时具有自动降速的功能，以达到最佳的节能效 果。控制和通信接口具有集中控制、就地控制、检修 等选择按钮，配置有 ＲS485 通信接口，满足了带式 输送机综合保护、无人值守等要求。

6 结论

永磁电动滚筒在矿井下带式输送机中的使用， 从短期利益看，节约了巷道施工成本，确保了作业安 全;从长期利益看，设备使用及维护成本低，仅用两 年的时间便可以将投资回收。特别是结合四象限变 频器的使用，实现下运式带式输送机的软制动，解决 了带式输送机可能发生飞车、埋机头事故，变频器永 磁电动滚筒在矿井将发挥着越来越重要的作用。

    散热装置对减速器效率也有影响，但不是散 热效果越强越好。因为冷却水压过大，导致热平衡 时温度不高，效率达不到标准要求。但同样散热水 压过低，散热效果差，油池温度过高，超过煤炭行业 标准要求，给煤矿安全生产会带来隐患。由此，通过本次试验得知，对于大型减速器，水 冷却循环水流、水压，散热速度至关重要，必须控制 在合理的范围内。