探究智能永磁系统在煤矿胶带输送机中的应用
[摘 要]我国经济的发展离不开煤炭行业的带动。近年来，煤矿胶带输送机中的驱动部分——异步电机逐步暴露出一系列的问题，如启动转矩不够、启动电流过大，对电路网络冲击大、运行噪声大、维护成本高等，给煤炭行业发展造成不良影响。为了应对这些问题，智能永磁直驱系统的作为新型驱动引入胶带机中。基于此，本文便以智能永磁系统在煤矿胶带输送机中的应用为研究主题，对永磁系统进行了初步研究，希望给相关人员提供参考。
[关键词]异步电动机；智能永磁系统；煤矿胶带输送机；应用
中图分类号：S555 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0199-01
前言
煤炭采掘是我国传统的重工业。就煤炭行业来说，过去胶带传输机使用的主要是异步电动机作为驱动动力，但是就实际的使用情况来看，这种驱动机普遍存在着如转速不足、启动电流过大、运行噪音大、转电效率低、故障率高、维修费昂贵等问题，给煤炭行业造成了不良影响。而随着科技进步，新型的智能永磁直驱系统已经被逐步应用到胶带传输机当中，与异步电机相比，智能永磁系统在运行、使用、耗电等方面都有非常优秀的表现，是解决异步电机问题的最佳出路，下面我们便结合智能永磁直驱系统对其在胶带机中的应用进行考察分析。
1 智能永磁直驱系统的基本情况
1.1 智能永磁直驱系统的构成
大体来说，智能永磁直驱系统可以分为“电子控制系统”、“智能伺服控制器”、“永磁电机”及“水冷降温装置”等四个主要的部分。其中，永磁电机在本质上属于一种使用交流电的电机，电机定子通过三相相差120°的交流电驱动，其中的转子则使用永磁体（图1）。
再者，智能伺服控制器是结合永磁电机的具体情况而进行研发的控制装置，再通过计算机中的软件，操作人员可以精确地进行控制，大大降低了电机启动电力大、不易控制、转速不均等问题的发生率。
1.2 永磁直驱系统工作原理
可以说，永磁直驱电机和变频器是该系统的主要部分。永磁直驱电机属于同步电机系列，因此没有配设减速器，电机与胶带传送机中的滚筒直接连接。变频器是控制电机转速的装置，利用同步伺服矢量控制实现了对电机的直接转矩控制。因此，电机通过来自变频器的直接转矩控制，可以实现约额定转矩两倍的转矩，变频器的存在能够让电机启动时能够从较为慢速的状态开始，从而防止电机快速开启时产生的巨大电流对电路造成的破坏，及快速转速对整个输送机机械的冲击，因此永磁直驱系统通过这两个方面的改进，减少了对电路和设备的破坏。
2 异步电机系统与永磁系统的比较分析
2.1 基本结构的比较分析
过去的胶带输送机使用的驱动动力一般包括了异步电机、耦合装置及减速器。新型的智能永磁系统则将永磁电机直接与胶带机相连，较异步电机来说，永磁系统没有减速器及耦合器等间接装置，采用与胶带机直连的方式可以实现较短的传动链，因此可以明显看出永磁系统的机械结构更为简单有效，有着更为突出的实用性和使用效率。
2.2 使用性能的比较分析
不同的连接结构，造成了传统异步电机与永磁系统在使用性能方面的较大差异，过去的异步电机在经过长时间、广范围的使用后已经暴露出来不少问题，智能永磁电机的出现可以说在很大程度上对以往驱动的优化调整，具体来说有以下三个方面的表现：
（1）运行的可靠性方面
上文提到，异步电机的驱动装置除了电机外，还包括了耦合装置、减速器等，如此一来异步电机系统的机械结构更加复杂，故障率也相对较高；而永磁系统采用了永磁电机与胶带机直连的方式，机械结构得到优化，制动链明显减少，因此故障率也随之大大降低，在运行方面更为可靠。
（2）使用的安全性方面
过去的胶带机驱动基本上不配设变频器，而异步电机启动时需要的转矩一般在额定的60%左右，这样的结果是其较难完成胶带机的满载运行，且容易引发电机烧毁的事故，因此其安全性较差，为了解决这些问题往往需要增加电机容量以实现启动。相较之下，智能永磁直驱电机因为采用了变频电机和伺服控制器，其启动的转矩可以达到约额定转矩两倍，因此启动起来较为简单，防止因启动电流过大对电机产生的破坏问题。同时，变频的引入也使得启动时电流对电路网络的冲击大大降低。
（3）机械效率及能耗方面
如果将异步电机与永磁电机相比可以发现，永磁电机在功率因数上有着更为优秀的表现，其配套的变频系统及电源容量也更为精简。就电力能耗来说，过去的异步电机转电效率约为70%～80%，而永磁电机的效率可以接近95%，因此在能耗上使用永磁电机作为驱动力有着明显的优势。此外，永磁电机除了在额定负载区表现突出外，在低负载的情况下效率更为显著，关于两者在不同使用情况下的效率比例，详见图2。
3 智能永磁直驱系统的应用及效果
3.1 节能及经济效果
就上文所述，由于智能永磁系统相对精简了减速机、耦合器等装置，因此在机械效率上大大提升，较传统异步电机驱动来说，节能约15%。
3.2 生产效率及相关维护
智能永磁系统使用了伺服控制器作为启动装置，在辨识参数技术与空间矢量控制等方面有了显著提升，实现了励磁电流与转矩电流的分开操控，从而使得进入电机的电流基本上成为转矩电流，从结果来看在控制方面更为精准，也减少了能耗。
同时，因为智能永磁系统精简了减速器、耦合器、冷却装置等，使得在对胶带传输机的后期维护当中也减少了维护工序，使得维修成本降低、停机时间减少，实现了机器产时间短的稳定运行，提升了煤矿开掘的工作效率。
4 结语
在上文，我们在介绍智能永磁直驱系统的组成、工作原理及与传统异步电机驱动的比较的基础上，较为细致地对智能永磁直驱系统进行了考察与分析。我们得出的结论是：智能永磁直驱系统无论是在日常运行方面还是在日后的维护保养方面，较异步电机有了较大的改善，在使用效率及能耗方面更是有着优秀的表现，因此可以完全胜任当前煤矿开掘中胶带传输机动力驱动的任务，具有良好的前景与推广意义。
参考文献
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