（河南平宝煤业有限公司）
摘要：永磁电机采用永磁体生成电机的磁场，无需励磁线圈也无需励磁电流，与传统的电励磁电机相比，永磁电机，特别是稀土永磁电机具有结构简单，运行可靠，损耗小，效率高等优点。TBVF(TYVF)系列永磁同步变频电动机是一款直驱式电动机，主要由电动机壳体、定子、永磁转子、轴承、骨架油封、接线盒及附属设施组成，冷却方式采用水冷。目前，首山一矿己二运输下山高强皮带机采用四台TBVF(TYVF)系列永磁变频电动机驱动，控制采用具有永磁同步电机变频控制软件的变频器进行驱动，运行噪声小、环保节能、便于维护，使用效果良好。
关键词：永磁电机；同步；水冷；集中控制
目前煤矿井下煤炭运输、提升动力源用的电动机主要为普通的隔爆型三相异步电动机，煤炭运输多采用皮带机运输，皮带机驱动装置主要由电动机、减速机、滚筒和联轴器组成，这种传统的驱动装置运行噪声大、减速机及联轴器维护量大，需要定期更换油脂、联轴器连接皮套或连接销，运行中经常出现减速机漏油、连接销切断、皮套磨烂、间隙波动等故障，极大地制约着安全生产。伴随着永磁电机研发技术的逐步成熟与完善，加上具有更低转速、大扭矩、不同电压等级的特点，在矿山企业中得到广泛应用。永磁同步电动机在煤矿的应用，采用电动机直接驱动的工作方式，省去了传统的减速机、联轴器等中间环节，减少了设备故障率和皮带传动的噪音，解决了皮带机普通驱动装置存在的问题，同时也降低了运行及维护成本，符合可持续发展的环保节能要求。
1、概况
己二运输下山皮带巷设计长度1100米，实际运输长度为1050米，巷道坡度0-150，皮带机原型号为DTL100/80/4×280，带速3.15米/秒、带宽1000mm、运输量800吨/小时、4台280kw电机驱动，主要负责井下己二采区的煤炭、矸石运输任务。日常生产过程中两个采面出煤共用己二运输下山皮带，出现洒煤现象严重。为了解决这一问题，考虑对皮带机进行改造，将皮带运行速度提高，满足运输煤炭需要，同时也要满足运输矸石时低速运转。即皮带运行可分多速段控制，由于矸石比重大、矸仓口抛落点位置限制，运输矸石采用3.15m/s；煤炭比重轻、皮带机头卸载点经破碎机粉碎后落入煤仓，运输煤炭采用4m/s。
经过集团公司论证、审核后，改造方案定为：皮带机的四台驱动电机更换为永磁同步变频电动机，电机转速可分段调节，使皮带机运转速度满足现场生产需要，控制采用操作台集中显示控制，可通过工业以太网接入地面集中控制中心，实现远程监测与控制。TBVF(TYVF)系列永磁同步变频电动机采用矿用隔爆兼本质安全型交流变频器控制启停，控制方式采用无速度传感器矢量控制，可通过直接调节变频器输出频率改变电机运转速度，操作简单、使用方便。由于BVF(TYVF)系列永磁同步变频电动机具有启动转矩大、过载能力强、启停平稳、节能、CAN 通讯协议下的多驱功率平衡等特点，己二运输下山皮带机改造方案采用了四台永磁同步电动机直驱控制，四台变频器、滤波器、冷却水箱配合工作方式，同时采用TH24型矿用本安型操作台和KXJ2-1140(660)矿用隔爆兼本安型可编程控制箱实现皮带机的操作控制。
2、永磁同步电机的选型及应用
2.1永磁同步电机的选型
TBVF(TYVF) 系列永磁同步变频电动机转子部分采用稀土永磁材料钕铁硼（Nd-Fe-B），具有很高磁能积。由于TBVF(TYVF)系列永磁同步变频电动机是一种直驱式电动机，驱动负载设备（如：带式输送机等）时不需要减速装置（如减速机等），因此该种电动机的选型方法与普通异步电动机按功率选型有所不同。使用TBVF(TYVF)系列永磁同步变频电动机首先应按照额定转矩选型，具体步骤如下：
（1）确定负载设备所需驱动转矩（如：带式输送机按照额定运量、坡度等因素确定的所需驱动转矩）；如果是改造项目没有原始设计单时，可根据原来使用的异步电动机参数和减速机减速比来计算负载设备所需要的驱动转矩。
（2）按照电动机额定转矩≥负载设备所需驱动转矩的原则从系列电动机中选取额定转矩最合适的一种。
（3）确定供电电压。
（4）确定调速范围：电动机最高转速≥负载设备所需的最高速度（如：带式输送机最高带速换算成驱动滚筒的转速）。
（5）根据已选型的性能参数确定电动机型号。
（6）根据参数表中电动机的外形尺寸确定选择的电动机在使用场合是否安装方便。
按照以上步骤，己二运输下山选用TBVF-450/64YC(660/1140)型永磁同步电机，电压1140v，功率450kw，极数64，转矩47750N.m，转速55r/min，频率29.3hz。
电动机结构示意图如下图所示：
1-定子 2-永磁转子 3-输出轴 4-注油孔 5-轴承 6-接线盒
7-紧固螺栓 8-调节螺纹孔 9-进出水口
2.2 永磁同步电机的应用
TBVF(TYVF) 系列永磁同步变频电动机绝缘等级为H 级，绝缘材料允许的极限温度为180℃。控制方式采用BPJ-500/1140型变频器和LB-400/1140型滤波器控制电机，电机冷却采用CL-500型永磁电机自循环水冷却系统，电动机的入口处冷却水温应不高于+25℃（特殊情况不应超过+33℃），也应不低于+5℃。从所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲和减振方面的要求考虑，电机与滚筒连接采用具有高弹性的蛇形弹簧联轴器。
己二运输下山高强皮带机应用永磁同步电机系统简图如下所示：
永磁同步电机驱动控制：采用BPJ-500/1140型变频器, 该型号变频器具有负载检测功能，多级驱动采用主从控制模式，任意一台变频器设为主机、其余设为从机，主机采用速度控制、从机采用转矩控制，各变频器之间通过CAN 通讯，实现多台电机之间的功率平衡。因此可以根据负载变化调整输出，极大的节约了电能。变频器采用风冷却降温，同时控制冷却水箱启停，电动机的定子测温元件为铂热电阻Pt100，输出信号为电阻信号。定子测温元件埋置在定子槽中、上下层线圈之间最热部位，每相一支，共三支。当开机时，冷却水箱工作，自循环水给电机降温，变频器监测电机温度和水温；从而保证了电机的工作环境温度不超过温度设定值上限，保证电机的安全运转。停机后，当水温降到温度设定值下限后，冷却水箱停止工作。
3、永磁同步电机应用中常见的故障与处理方法
3.1 电机故障
电机温度高，冷却水箱停不下来，或者变频器显示温度过高，无法启动。
故障排除：首先排查冷却系统工作是否正常，冷却水道是否畅通；若都正常，应检查电机冷却水道是否畅通。安装试运行期间，己二运输下山1#电机出现发热降温效果差，经厂家鉴定为电机本身故障，重新更换了电机，更换后，运转正常。
3.2 变频器故障
变频器显示屏有显示故障信息功能，可以直观的变频器运行频率、运行电流、电机温度、电机运行模式、电机转速、远近控控制状态、故障信息显示以及设定频率等参数，故障发生时滚动显示变频器故障信息。常见的故障显示有加速过流、减速过流、恒速过流、变频器过载、加速过压、减速过压、恒速过压、输入缺相、输出缺相、欠压、模块过热、电机温度过高、散热风机故障、测温断线、漏电故障、通讯故障、变频器运行反馈故障等，维护人员可依据对应的故障代码查看故障并及时处理。
下图为变频器运行状态下显示屏画面：
3.3 冷却系统故障
冷却水箱缺水，冷却管堵塞，冷却泵电机不启动都会引起冷却水箱工作异常，导致电机降温效果差，临时解决方法可采用外循环水冷却，控制进入电机冷却水压力在0.8-1.5MPa。检修人员要经常检查管道、水位，发现异常及时处理。
3.4 轴承发热
永磁同步电机必须使用符合铭牌或厂家推荐的油脂，注油量与注油周期必须符合使用说明书要求。一旦注油量过大，可将排油孔打开，让电机运转一段时间，将多余油脂泄出后再关闭即可。
4、结束语
通过己二运输下山皮带机应用永磁同步电机的效果看，皮带机头噪声明细降低，驱动装置省去减速机环节，极大降低了设备故障率。电机运转速度通过变频器输出频率调节，从5HZ-29HZ任意给定，皮带转速调节范围为0.6m/s-4m/s，多段速控制皮带为日常检修、验带、运输物料提供了巨大方便。采用变频器控制永磁同步电动机，显示直观、操作方便、维护量小，得到了皮带司机和维护人员的好评。我相信，随着永磁电机技术的日趋成熟，加上电机自身节能环保的特点，也会得到广大用户及社会的认可，尤其在煤炭机电管理运输、提升领域的应用，为企业健康、高效、环保、可持续发展提供了动力支撑。
作者简介：
曹小伟（1986年-），男，本科学历，河南平宝煤业有限公司工作，助理工程师，主要从事机电工作。
论文作者:曹小伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/23
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