永磁電機(jī)在煤礦井下的應(yīng)用

張春輝

【摘 要】永磁電機(jī)在煤礦井下的應(yīng)用，極大提高了生產(chǎn)效率，保證了煤礦生產(chǎn)的安全性。為進(jìn)一步促進(jìn)永磁電機(jī)在煤礦井下的應(yīng)用，充分發(fā)揮永磁電機(jī)的效能，本文就永磁電機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)做了簡要分析，其次結(jié)合具體案例，永磁電機(jī)在煤礦井下的實(shí)際應(yīng)用做了探究，以供參考。

【關(guān)鍵詞】永磁電機(jī)；直驅(qū)電動(dòng)機(jī)；煤礦；應(yīng)用

近年來，永磁材料性能不斷提高，電機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，這均給永磁電機(jī)在煤礦井下的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。較之傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備，永磁電機(jī)具有諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，如可實(shí)現(xiàn)智能控制，并且安全可靠、高效節(jié)能，噪音污染小，便于檢修維護(hù)等【1】。近年來，永磁電機(jī)逐漸在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。下文首先就永磁電機(jī)這一先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備做簡要分析。

一、永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)

關(guān)于永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)，我們有兩大內(nèi)容需要描述：一是永磁電動(dòng)機(jī)，二是直驅(qū)電動(dòng)機(jī)。下面就這一系統(tǒng)下的兩種設(shè)備做分別分析。

（一）永磁電動(dòng)機(jī)

永磁電動(dòng)機(jī)的定子與異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，均為三相對(duì)稱繞組，但是轉(zhuǎn)子上存在磁鋼，運(yùn)行時(shí)依靠定子線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與已充磁的磁極作用，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)【2】。與傳統(tǒng)的直驅(qū)電動(dòng)機(jī)相比，永磁電動(dòng)機(jī)具有十分顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，目前被廣泛應(yīng)用于煤礦井下作業(yè)中。

（二）直驅(qū)電動(dòng)機(jī)

傳統(tǒng)的直驅(qū)電動(dòng)機(jī)屬于典型的傳動(dòng)裝置，它包含了諸多的機(jī)械傳動(dòng)元件。直驅(qū)電動(dòng)機(jī)成本高，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修難度較大。除此之外，直驅(qū)電動(dòng)機(jī)需要借助相當(dāng)長的傳動(dòng)鏈條才能完成生產(chǎn)任務(wù)，不僅十分麻煩而且傳動(dòng)效率也不高，同時(shí)，因?yàn)榇嬖谥虚g傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此比較容易出現(xiàn)機(jī)械機(jī)構(gòu)問題，如在傳動(dòng)過程中會(huì)出現(xiàn)程度較為嚴(yán)重的摩擦，或是傳動(dòng)剛度降低，出現(xiàn)反向間隙導(dǎo)致非線性誤差加大，出現(xiàn)不同程度的彈性變形等【3】。隨著電動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，當(dāng)前，直驅(qū)電動(dòng)機(jī)取消了傳統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，取而代之以直接的傳動(dòng)方式，傳動(dòng)剛度也明顯增加，傳動(dòng)效率大為提升，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度也更快，并且能實(shí)現(xiàn)物體的精準(zhǔn)定位，也能明顯控制運(yùn)動(dòng)噪聲同時(shí)實(shí)現(xiàn)零保養(yǎng)，省時(shí)省力也能節(jié)省下大量的保養(yǎng)資金。

二、永磁電機(jī)在煤礦井下的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備相比，永磁電機(jī)具有諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具體如：

（一）工作效率高

永磁電機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)屬于永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，省去了諸多中間環(huán)節(jié)，采用了直接傳動(dòng)的方式，極大地提高了工作效率。同時(shí)，以往使用的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子屬于銅制繞線，因此在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)消耗大量的熱能，不符合煤礦生產(chǎn)的節(jié)能降耗的要求。永磁電機(jī)采用永磁體材料代替了銅制繞線，該種永磁體材料在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生能量損耗，因此具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，材料的優(yōu)越性使永磁電機(jī)的額定功率、輸出功率更高，啟動(dòng)時(shí)也不需要多大的電流，對(duì)電能資源的利用率高，因此不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成過大沖擊【4】。同時(shí)，與永磁電機(jī)相比，異步電機(jī)的功率因數(shù)要低的多，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需耗費(fèi)大量的無功電流，造能能源資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

（二）結(jié)構(gòu)簡單

以往的傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)置有減速機(jī)，不僅不易控制，而且工作效率低，同時(shí)在設(shè)置有減速機(jī)的情況下，減速機(jī)的動(dòng)作會(huì)造成齒輪磨損、也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音污染，應(yīng)用效果不十分理想。針對(duì)這一情況，永磁電動(dòng)機(jī)在諸多方面做了改進(jìn)，不僅采取了直接傳動(dòng)的方式，也省去了減速機(jī)這一部件，有效精簡了裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)在使用過程中也不再需要度對(duì)齒輪箱進(jìn)行檢查，不需要更換潤滑油，省時(shí)省力也減少了資金投入【5】。同時(shí)，由于永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，因此不存在齒輪磨損問題，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生大的噪音，安裝維護(hù)也十分方便，可以說，永磁電機(jī)在煤礦井下的使用，極大的提高了煤礦生產(chǎn)的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

（三）安全性高

智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)中應(yīng)用了無傳感器矢量控制技術(shù)（SVC），這一技術(shù)的運(yùn)用使得整個(gè)系統(tǒng)在啟動(dòng)過程中更為勻速、緩慢且穩(wěn)定；但是異步電機(jī)的系統(tǒng)與此稍有不同，在缺少先進(jìn)技術(shù)支撐的情況下，異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)瞬間的大電流，這些瞬時(shí)電流會(huì)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來負(fù)面影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備以及整個(gè)電網(wǎng)出現(xiàn)運(yùn)行故障，為有效解決這一問題，智能永磁長驅(qū)系統(tǒng)通過將兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，并通過高效有序的主從控制，有效保證了運(yùn)行電流以及輸出功率的一致性，從而實(shí)現(xiàn)了功率平衡，最大程度降低了故障發(fā)生幾率，在運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)電機(jī)損壞等問題，有效提升了煤礦生產(chǎn)的安全性。

（四）設(shè)備損耗率低，使用壽命長

以往，煤礦井下作業(yè)多使用異步電機(jī)，但異步電機(jī)在工作過程中會(huì)產(chǎn)生的大量熱能，在熱量發(fā)散不及時(shí)的情況下會(huì)加重設(shè)備損耗程度，縮短設(shè)備使用時(shí)間，頻繁的更換機(jī)械設(shè)備會(huì)導(dǎo)致煤礦生產(chǎn)成本上升，同時(shí)也會(huì)影響煤礦生產(chǎn)質(zhì)量。為有效解決這一問題，永磁電機(jī)在各個(gè)方面都做了改善。智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)中定子繞組中的無功電流極低，轉(zhuǎn)子繞組無電子損耗，具有較高的運(yùn)行效率，并且在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中也不會(huì)產(chǎn)生過多熱量，不會(huì)出現(xiàn)設(shè)備受損的情況，因此永磁電機(jī)的使用時(shí)間要更長。永磁電機(jī)性能的提高為煤礦生產(chǎn)企業(yè)節(jié)省了一大筆設(shè)備采購費(fèi)用。

（五）可靠性更高

異步電機(jī)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置包括液力耦合器、減速機(jī)以及異步電機(jī)等，在元件眾多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下，任何一個(gè)部件、一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會(huì)使整個(gè)煤礦生產(chǎn)工作受到影響，同時(shí)，在缺少先進(jìn)技術(shù)支持的情況下，異步電機(jī)的運(yùn)行也不甚穩(wěn)定，在運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)一些問題。但與異步電機(jī)不同的是，永磁電機(jī)采用了智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，不再需要經(jīng)過中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，而智能永磁直驅(qū)系統(tǒng)代替了這些裝置，不需要經(jīng)過中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)，機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到了簡化，故障發(fā)生率得以降低，機(jī)械設(shè)備的可靠性得到顯著增強(qiáng)。

三、永磁電機(jī)在煤礦井下的實(shí)際應(yīng)用

起初，內(nèi)蒙古煤礦采用了滾筒 + 聯(lián)軸器 + 減速器 + 異步電機(jī)，這一工作系統(tǒng)不僅工作效率低，而且安全性與穩(wěn)定性得不到保證，為此，企業(yè)采用了永磁變頻電動(dòng)直驅(qū)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行了改造。結(jié)合煤礦井下生產(chǎn)的實(shí)際情況以及作業(yè)要求，最終確定由2 臺(tái)同功率永磁電機(jī)代替原來的 3 臺(tái)異步電機(jī)【6】。將原來使用的3 套軟啟動(dòng)開關(guān)、減速器以及異步電機(jī)做了拆除，代之以2套變頻器（ BPJ - 630 /1140 伺服控制器） + 永磁電機(jī)（ 型號(hào)為 TBVF - 250 /40YC）。在經(jīng)過完善改造后，工作模式更為靈活，煤少時(shí)慢轉(zhuǎn)，煤多時(shí)快轉(zhuǎn)，不僅有效降低了能源資源損耗，更提高了工作效率，獲得了理想的應(yīng)用效果。

四、結(jié)語

綜上所述，永磁電機(jī)具有安全可靠、節(jié)能環(huán)保、高效率、低損耗、低污染等諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，將永磁電機(jī)應(yīng)用于煤礦井下作業(yè)，可提高工作效率，降低生產(chǎn)升本，幫助煤礦企業(yè)獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與生態(tài)效益。為此，煤礦企業(yè)需立足實(shí)際，不斷優(yōu)化對(duì)永磁電機(jī)的應(yīng)用，使它的功能作用得到充分發(fā)揮。

【參考文獻(xiàn)】

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