永磁电动机在矿井中的应用实践_郭鹏程.pdf
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1、永磁电动机在矿井中的应用实践郭鹏程(山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿分公司,山西晋城048003)摘要:永磁电动机凭借自身结构简单、能效高、成本低的特点在煤矿井下有着良好的应用前景。大阳煤矿年产煤炭 180 万 t,现由于自身交流电动机在驱动带式输送机时存在能耗比高、维护困难的原因,将原设备进行永磁电动机的替换工作,最终约节省 80 万元/年的使用成本,获得了良好的实际使用经验。关键词:永磁电动机带式输送机驱动中图分类号:TM351文献标识码:A文章编号:1003-773X(2023)02-0164-02引言井下机械设备种类繁多,由电动机驱动的电机运输设备更是煤矿生产过程中重要的运载工具,
2、如皮带机、输送机、提升机等。但由于煤矿巷道环境恶劣,传统驱动的交流电动机设备又普遍存在体积庞大、操作复杂、重量大的问题,致使操作人员维护困难、能耗居高不下,影响企业生产效率1。因此对井下传统的驱动系统进行改造势在必行。永磁同步电动机作为一种高功率、高效率的新型电动机拥有着更高的系统集成度和更低的使用成本2。因此,在矿井追求高效安全生产的当下,如何将永磁同步电动机在煤矿井下投入使用值得深入研究。1永磁电动机基本原理永磁同步电动机靠转子启动,本质上是一种同步启动的异步电动机,依靠机身内的永磁体与电磁线旋转产生磁场,带动转子运转做功,产生具有一定大小、方向的交变电流,并具有周期性变化规律。具有结构简
3、单、使用方便的特点,配件较传统电动机成本更低,省去了大量的维护费用3-4。对于皮带输送机、提升机更是省去了之前所必须的减速器,系统可靠性也大幅增长5。2永磁同步电动滚筒2.1设备结构永磁电动机的主要组成部分包括定子铁芯、端盖、定子绕组、钉子绕组等,如图 1 所示。其定子的主要组成部件是厚度为 0.05 cm 的硅钢片,为了使电动机的结构能更好地适应实际生产,该系统使用定子分数槽以及双层短路结构的定子绕组来抑制谐波扰动。在定子铁心凹槽内,三相对称经过定子绕组生成旋转的磁场。外转子的材料采用了导磁性能优良的材质,同时永久磁铁镶嵌在转子之中,该磁铁用作形成磁极,并且此结构稳定性很强,即便是强离心力也
4、不会掉落。2.2设备安装及调试在对设备安装时,应选取在平坦、无振动的地方,且不妨碍其他物品的搬运。首先应组成设备安装支架,机架的设计应以确保设备安全运行为条件,兼顾检修方便。设备周围应留有充足的自由空间,以确保方便地进行维护和监控。注意设备的冷却方式,冷却水(空气)流入和流出设备时不应有任何阻碍。必须避免附近的其他设备加热永磁滚筒的冷却水(空气)或者轴承等。机架还应具有足够的强度和刚度,平坦且不得存在外部振动。为了避免机架和永磁滚筒产生共振,机架和永磁滚筒的自然频率不得处于运行速度频率的20%范围内。机架设计应保证在永磁滚筒支撑座底脚下能放置 25mm 的调节垫片,方便今后安装或更换设备。机架
5、和安装设备的螺栓必须能够承受永磁滚筒启动、堵转或者出现短路时产生的瞬时机械扭矩。为了确保驱动设备和负载设备长期、正常、安全运行,设备之间需要正确对正。两设备轴之间的径向和角度偏差必须尽可能减少。小心起吊永磁滚筒,并放置在机架上并进行粗略的平对正操作。垂直对正使用地脚径向调整螺栓调平。规定定位精度不经应超过2 mm。为了方便对正和安装薄垫片,机架上应装有径向调整螺丝,请注意,永磁滚筒必须靠所有 4 只地脚(螺丝)支撑。调整时,应均匀调整 4 个螺丝,防止永磁滚筒机座出现扭曲从而导致轴承或者其他部件损坏。收稿日期:2022-06-22作者简介:郭鹏程(1993),男,山西泽州人,大专,毕业于太原理
6、工大学矿井通风与安全专业,矿山机电助理工程师,从事煤矿机电管理工作。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2,2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.064图 1永磁同步电动滚筒构造端盖及轴承定子铁芯滚筒及转子支撑座定子绕组转子磁钢优化改造2023 年第 2 期从垂直、水平和轴向方向上检查永磁滚筒是否水平。在 4 只底脚下插入调整垫片调节,并使用水平仪检查永磁滚筒的水平度。2.3机械连接设计采用水夹套冷却外壳的永磁滚筒,配有快换接头,在连接设备之前彻底检查并清
7、洁冷却水道,确保冷却水道无堵塞。在连接永磁滚筒和供水管道前,应充分清洗永磁滚筒冷却水路,建议在清洗液中添加防锈剂。2.4电气连接在执行电气连接之前需要检查电源进线是否与电网隔离,保证不会重新通电,检查供电电压和频率等要求是否与永磁滚筒铭牌上的规定值相符。供电电压和频率等应在规定的限制范围内。电力电缆的选用必须能够承受最苛刻的运行条件,绝缘装置可能会承受污垢、潮气。以及电涌电压。为了确保长期无故障运行,应保证电缆有足够的绝缘长度和爬电距离。永磁电动滚筒必须使用屏蔽的对称电缆连接,与导电排、接线螺栓、压紧端、接地螺栓的连接如图 2 所示。3试运行在完成永磁电动滚筒的安装后,需要对设备的稳定性进行试
8、运行。并且试运行报告对于今后的维修、维护以及故障排除工作有着非常重要的参考价值。3.1试运行前准备工作在设备运行前需要对机架的牢固性、螺纹的紧张程度以及转子的旋转工况进行检验。3.2绝缘电阻及电气安装的检查在永磁滚筒首次启动之前必须测量永磁滚筒的绝缘电阻,绝缘电阻测量可判断绝缘材料的湿度和洁净程度。根据测量结果,可确定是否需要干燥或清洁处理。对于绕组干燥的设备,绝缘电阻非常高。但是,如果设备的运输或者存储不当导致受潮,或者设备操作不当都会大大降低电阻。检查完电阻后,可以对电气安装检查,主要内容包括检查电缆接线螺栓紧固扭矩是否正确。检查电缆布置是否正确。检查电缆是否采用了正确的方式去除应力。检查
9、辅助设备的连接是否正确。3.3控制和保护设备永磁滚筒配有温度传感器,可通过出线盒连接到温度监控和保护系统中。这些传感器的位置和类型以及设置可在永磁滚筒外形及安装尺寸图纸和接线图中找到。电阻温度传感器(RTD,Pt100)的报警极限值设置应尽可能低。报警温度和停机温度的设置可根据测试结果或者制造商要求。设置的温度报警极限值可比在最高环境温度下永磁滚筒承受最大负载时的工作温度高 10 K(20F)。如果使用两用温度监控系统,通常较低的极限值作为报警极限值,较高的极限值作为跳闸极限值。4实际使用效果大阳煤矿根据现有带式输送机的驱动条件进行改造,采用三相同步变频永磁滚筒代替传统的异步电机,省去液力偶合
10、器加减速设备的驱动模式,对于设备整体而言缩短了整体的传动环节。整个改造共计用时 12 d,并对相关设备进行了全面检修。根据井下实际使用情况计算,改造后的带式输送机电力消耗较原驱动设备(高压 6 kV、280 kW电机)约降低了 25%,所节约的费用主要有以下机部分组成:大阳煤矿年产煤 180 万 t/年,胶带的综合电耗为0.22 元/t,则每年带式输送机耗电费用为 39.6 万元;改造安装三相同步永磁电动机后,带式输送机的电耗平均节省 10 万元/年;减少了设备的无功消耗,省去了减速箱、液力偶合器及相关辅助设备,按煤电耗 0.2元/t、过煤量 180 万 t/年计算,将节省电费高达 36 万元
11、/年;传统调速液力偶合器维护成本较高且易发故障,年维护成本与配件约 5 万元;相较于此外,5 年内永磁电动机的维护、保养等费用由厂商负责无形中降低了矿企人员成本,优化了劳动资源。通过以上数据分析,改造后的三相同步变频永磁滚筒将为大阳煤矿每年节约 80 万元/年,并且在一定程度上释放了井下人员的劳动力。5结语相较于传统电动机,同步变频永磁电动机通过永磁体提供磁场,省去了复杂的机械驱动装置,降低了设备使用成本及维护费用。在大阳煤矿对带式输送机成功改造后,永磁直驱同步电动机实现了过载示警、异常断路等安全保护功能,并节约使用成本约 80 万元/年,有效地提高了输送机得到工作效率,并确保了设备各项参数安
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