礦用隔爆型永磁同步變頻調(diào)速一體機(jī)的推廣與應(yīng)用

礦用隔爆型永磁同步變頻調(diào)速一體機(jī)的推廣與應(yīng)用摘要：目的:永磁同步變頻調(diào)速一體機(jī)取代了傳統(tǒng)的減速機(jī)、液力耦合器、電機(jī)、變頻器的動(dòng)力系統(tǒng)，使用后不僅降低了噪聲污染，而且還免維護(hù)，保證了煤流線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。結(jié)論:永磁同步變頻調(diào)速一體機(jī)是提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率的關(guān)鍵原因。關(guān)鍵詞：永磁變頻一體機(jī)；噪聲；原因；動(dòng)力系統(tǒng)一、概述我礦煤流線膠帶輸送機(jī)目前正在升級(jí)改造階段，由原來(lái)帶寬800mm的帶面更換為帶寬1000mm的帶面，將原有的減速機(jī)、液力耦合器、對(duì)輪、彈性盤全部淘汰，改為永磁同步變頻調(diào)速一體機(jī)，該設(shè)備適用于煤礦井下有瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)環(huán)境或地面嚴(yán)酷環(huán)境，用作煤流線控制及各種類型膠帶輸送機(jī)。近期我礦已將-210皮帶暗斜井兩部膠帶輸送機(jī)進(jìn)行了升級(jí)改造，目前運(yùn)行狀況良好。TYBVFT系列礦用隔爆型永磁同步變頻調(diào)速一體機(jī)是在多年的永磁直驅(qū)電機(jī)和伺服控制器研發(fā)和使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，匯聚多方專家和一線資深技術(shù)人員共同開發(fā)出來(lái)的新一代驅(qū)動(dòng)動(dòng)力設(shè)備。該設(shè)備包含低速永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)和專用矢量型變頻器，該設(shè)備的出現(xiàn)將徹底改變了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的布置方式，省去中間連接環(huán)節(jié)、化繁為簡(jiǎn)進(jìn)一步提升負(fù)載的傳動(dòng)效率。二、可行性研究1、系統(tǒng)集成解決輸出距離限制：著眼于1140V變頻器高du/dt，輸出距離受限等技術(shù)痛點(diǎn)。一體機(jī)將變頻器和電機(jī)集中在一起，徹底消除變頻器長(zhǎng)距離供電電壓尖峰對(duì)電機(jī)絕緣壽命的影響；

2、降低電纜使用要求和線路干擾：一體機(jī)供電無(wú)需時(shí)候屏蔽電纜，無(wú)需考慮電纜路徑上的輻射干擾，電纜成本和鋪設(shè)成本更低；

3、簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)配置和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作：驅(qū)動(dòng)配置極大的簡(jiǎn)化，大大縮短施工時(shí)間和降低施工工作量，設(shè)備驅(qū)動(dòng)僅考慮一體機(jī)一臺(tái)設(shè)備即可；

4、最先進(jìn)的控制算法：采用第三代永磁同步矢量控制技術(shù)，全面發(fā)揮永磁直驅(qū)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性，起動(dòng)能力和過(guò)載能力進(jìn)一步提升；

5、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用國(guó)際先進(jìn)的電路拓?fù)溥M(jìn)行設(shè)計(jì)，最大程度上提高功率密度；

6、長(zhǎng)壽命周期設(shè)計(jì)：整機(jī)設(shè)計(jì)壽命20年，核心元件均采用國(guó)際知名品牌。三、項(xiàng)目采用的技術(shù)原理和分析該產(chǎn)品電機(jī)采用單繞組單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部繞組布置規(guī)律且不復(fù)雜，秉承了最佳工藝，并嚴(yán)格按照TPS生產(chǎn)體系，質(zhì)量和工藝均得到保障。一體機(jī)所提供的過(guò)載能力為額定功率的2.2倍以上，提供了足夠的余量。

元器件為全球采購(gòu)，保證設(shè)備的高可靠性，控制的算法與軟件根據(jù)煤礦使用工況單獨(dú)開發(fā)。變頻部分使用三電平技術(shù)，輸出波形近似于正弦波，更加符合電機(jī)的使用工況。博誠(chéng)變頻的特種算法控制IGBT的開啟閉合可極佳的控制零點(diǎn)漂移，將尖峰電壓控制在4000V以內(nèi)，有效降低電機(jī)繞組的高頻諧波沖擊電壓和永磁體的瞬間去磁大電流，延長(zhǎng)電機(jī)壽命。三電平加之專用的濾波器可大大降低3.5.7次諧波的含量，減少了對(duì)井下自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)的干擾，適合井下智慧礦山、自動(dòng)化工作面要求較高的煤礦。產(chǎn)品留有各種通訊接口，可以滿足各種通訊協(xié)議要求。四、項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容隨著科技含量與日俱增，煤礦使用的智能設(shè)備也越來(lái)越多，現(xiàn)代化水平也越來(lái)越高，對(duì)設(shè)備的要求也越來(lái)越高，煤礦驅(qū)動(dòng)設(shè)備由于工作條件的需要，具備一定的調(diào)速功能。由于受起動(dòng)性能的限制，需要增加軟起動(dòng)裝置，例如皮帶運(yùn)輸機(jī)中的皮帶是一個(gè)彈性體，在靜止或運(yùn)行時(shí)皮帶內(nèi)貯藏了大量的能量，在皮帶機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，如果不加設(shè)軟起動(dòng)裝置，皮帶內(nèi)貯藏的能量很快釋放出去，在皮帶上形成張力波并迅速沿著皮帶傳出去。過(guò)大的張力波對(duì)皮帶機(jī)皮帶機(jī)架有極大的破壞作用，因此在我國(guó)《煤礦安全規(guī)程》中有規(guī)定，帶式輸送機(jī)必須加設(shè)軟起動(dòng)裝置。目前我國(guó)煤礦的調(diào)速和軟啟動(dòng)裝置均采用的是液力耦合器，而隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器調(diào)速的開采設(shè)備，由于有著諸多的有點(diǎn)而越來(lái)越受礦上的歡迎。變頻器調(diào)速的性能比液力耦合器具有明顯的節(jié)能效果。這是因?yàn)橐毫︸詈掀鞯男孰S著輸出轉(zhuǎn)速的降低而降低，輸出轉(zhuǎn)速降低時(shí)，液力耦合器的效率下降很快，一般情況下75%額定轉(zhuǎn)速是效率僅為0.7左右，而20%額定轉(zhuǎn)速時(shí)效率僅為0.2左右，而變頻器在電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速降低時(shí)效率大于0.9。因此煤礦開采變頻一體機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)提升我國(guó)煤礦現(xiàn)代化水平、提高煤礦產(chǎn)量、增強(qiáng)煤礦安全可靠性來(lái)說(shuō)，是十分必要的。因此具有變頻調(diào)速和良好啟動(dòng)性能的變頻一體機(jī)成為現(xiàn)代煤礦開采的前沿技術(shù)裝備。五、實(shí)際應(yīng)用效果-210皮帶暗斜井兩部膠帶輸送機(jī)采用的是DSB-55kW電機(jī)配合YOX400型液力耦合器。在使用期間，會(huì)出現(xiàn)尼龍銷子切斷、液力耦合器損壞、減速機(jī)一軸折斷等情況，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)，為此，我礦領(lǐng)導(dǎo)決定對(duì)煤流線設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。由于煤礦井下的煤流線條件惡劣,巷道狹窄、大型設(shè)備難以入井和運(yùn)輸,生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)輸、安裝、維護(hù)困難,因此要求生產(chǎn)設(shè)備必須滿足體積小、重量輕、系統(tǒng)故障率低、電磁干擾小、能耗少、系統(tǒng)成本低,以減小設(shè)備維護(hù)難度和生產(chǎn)成本。礦用隔爆型變頻調(diào)速一體式電動(dòng)機(jī)由于具備軟啟動(dòng)功能、系統(tǒng)故障率低、能耗低、系統(tǒng)維護(hù)成本小的優(yōu)點(diǎn),完全滿足煤礦井下的需求。自從該設(shè)備的投用，我單位機(jī)電班檢修量明顯下降，不再頻繁的更換滾筒、減速機(jī)、液力耦合器，只是做好日常的注油工作就滿足運(yùn)轉(zhuǎn)需求了。六、取得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益我礦-210皮帶暗斜井兩部膠帶輸送機(jī)沒(méi)有升級(jí)以前，每部皮帶每月要消耗四個(gè)液力耦合器，一個(gè)液力耦合器將近五千元，這樣下來(lái)，兩部設(shè)備每月就能節(jié)省四萬(wàn)元，這還不包括滾筒和減速機(jī)一軸的消耗。該一體機(jī)比老式電機(jī)還要節(jié)能，經(jīng)過(guò)計(jì)算，每部設(shè)備每月能節(jié)省兩萬(wàn)元的電費(fèi)。，礦用隔爆型變頻調(diào)速一體機(jī)是集變頻器、電機(jī)、電氣控制于于一體的一體化產(chǎn)品，集成了防爆技術(shù)、高功率密度電機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的變頻驅(qū)動(dòng)。重點(diǎn)利用隔爆防爆技術(shù)，使產(chǎn)品具有防爆性能，滿足煤礦井下安全生產(chǎn)的防爆要求，利用變頻技術(shù)達(dá)到調(diào)速節(jié)能的目的，同時(shí)適應(yīng)煤礦井下設(shè)備頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的要求，提高設(shè)備的可靠性，利用變頻器于電機(jī)集成設(shè)計(jì)和高功率密度電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)大大減小變頻一體機(jī)的體積，更能適應(yīng)于煤礦井下空間狹小的使用條件，方便工作人員安全操作礦用隔爆型變頻調(diào)速一體機(jī)信號(hào)傳輸穩(wěn)定、使用方便、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，可以取代現(xiàn)有的變頻器加電機(jī)的模式。七、推廣應(yīng)用的前景和意義隨著“多上設(shè)備少上人”和智能化、信息化、自動(dòng)化工程的推進(jìn)，我們礦目前使用了兩套該設(shè)備，目前使用狀況良好，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，大大的降低了機(jī)電班的維修量，該系統(tǒng)的投用，緩解了目前人員緊張的現(xiàn)狀。煤炭行業(yè)作為我國(guó)重要的傳統(tǒng)能源行業(yè)，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，其智能化建設(shè)直接關(guān)系我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)智能化的進(jìn)程。當(dāng)前，地方政府和煤炭企業(yè)高度重視煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，行業(yè)自動(dòng)化、信息化水平不斷提升，對(duì)通過(guò)智能化來(lái)提升煤礦安全也做了有益的嘗試和探索，為推動(dòng)煤礦智能化發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)，營(yíng)造了良好氛圍。采用永磁同步電機(jī)方式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)更為合理，傳動(dòng)系統(tǒng)占用的空間大幅降低。設(shè)備安裝較為方便，更適合井下狹小的空間。同時(shí)，由于傳動(dòng)系統(tǒng)采用直驅(qū)方式，對(duì)設(shè)備檢查維修時(shí)只需要檢查驅(qū)動(dòng)電機(jī)、連軸器以及變頻器等，不需要額外的檢查減速器、齒輪箱以及液力耦合器等，降低了維修保養(yǎng)工作量、維修難度及維修工序，為井下的機(jī)電維修人員提供更多維修保養(yǎng)操作空間。膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用永磁同步電機(jī)，并結(jié)合變頻器直接控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，省去了常規(guī)膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)采用的液力耦合器、減速器以及齒輪箱等，使得整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更為簡(jiǎn)潔、高效、降低電力消耗。一般膠帶輸送機(jī)采用的異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中，啟動(dòng)過(guò)程不平穩(wěn)，重載啟動(dòng)較為困難，制約整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置效率的提升。且異步電機(jī)在工頻下運(yùn)行時(shí)絕大部分時(shí)間都未處于滿載工況，造成大量的電能損失。永磁同步電機(jī)中定子材料里加入稀土制作成為永磁體，不