（国家能源集团上榆泉煤矿，山西，河曲县 036500）
【摘要】新材料和新技术的研究和应用，造就了成熟的永磁同步电动机。随着稀土永磁同步电机的发展和应用，变频控制机电一体化的实现，永磁同步驱动系统已广泛应用于机械、石油、冶金、建材、食品、印刷、包装、造纸、造船、塑料、纺织化纤、军工等行业。永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、节能、控制性能好、低速时容易直接驱动、消除减速机、变频调速等优点，它在煤矿上也有重要的应用。永磁同步驱动系统运行噪音低，优于原传动系统，特别是近年来永磁同步电机(PMSM)驱动系统在煤矿工业中得到应用，使得永磁同步电机无齿轮牵引技术得到了广泛的应用，显示出极大的优越性，已得到业界的广泛认可。永磁同步电动机在煤矿中的应用具有重要的实用价值。
关键词:永磁同步;驱动系统;煤矿;应用
航空机车是井下、地面原煤运输和辅助运输的重要设备，现有机车大多采用直流电动机驱动，存在维修工作量大、维修成本高、能耗大、配套人员多等缺点，效率低、运行成本高。针对我国高架机车的现状，研制了永磁同步电动机及其控制装置，逆变器的主电路采用IGBT或IPM实现，并设计了IGBT或IPM优良的驱动电路，保证了开关装置的安全可靠。在高性能数字信号处理器的基础上，设计了专用控制器，实现了电力机车的驱动控制和过程控制。
一、永磁同步电机的结构特点
永磁同步电动机的定子部分与普通异步电动机的定子部分差别不大，它的结构随永磁体的性能和应用而变化。根据残余磁密度Br和矫顽力Hc的工艺参数，得出了不同的磁极结构。稀土永磁同步电动机是电梯技术中开发应用的一种新型电动机，通常采用瓦片式它附着在转子表面或嵌入转子芯部。分为内转子型和外转子型，永磁同步电动机的关键技术是永磁材料的应用。近年来，永磁材料发展迅速，永磁材料主要有三种：铝镍钴、铁氧体和稀土，稀土永磁材料包括SmCo5、Sm2CO17和Nd-Fe-B，镍和钴是20世纪30年代发展起来的永磁材料，具有剩磁密度高、剩磁感应强度高、热稳定性好等优点。铁氧体磁体是20世纪50年代初发展起来的一种永磁材料，具有价格低廉、矫顽力高、剩磁密度低、剩磁感应强度低、BH值大、性能不理想等特点。稀土永磁材料（repms）产生于20世纪60年代后期，Br和Hc都很高，并且具有很高的最大磁能积（bh）。例如，（bh）smco5的最大值。例如，（bh）max smco5，240 kj/m3，sm2co17（bh）max 3300 kj/m，退磁曲线基本为直线，回归曲线与退磁曲线基本相同。它具有失磁、性能稳定、热稳定性好、残余磁场温度系数小等特点，然而钐钴稀土钴的高价格影响了其在永磁同步电动机中的应用。NdFeB（Nd-Fe-B）稀土永磁材料是20世纪80年代初开发的，其性能非常优异，（bh）max，3800 kJ/m3。到20世纪90年代，ITS（BH）最大值为500 kJ/m。钕铁硼稀土材料不含昂贵的钴，具有良好的加工性能、更好更低的价格。中国拥有世界上最大的稀土储量，适用于永磁同步电动机的应用。
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二、永磁同步驱动系统在煤矿井下和地面广泛应用
现有永磁同步传动系统的控制技术可分为三代五个层次：第一代技术为串励直流电动机及其控制：发电技术经历了三个阶段，第一级为电阻调速、调节、调速极性能差（必要时）、能耗大、易损性差、机电磨损大，上述问题是直接的。导致维修成本高，维修工作量大。第二级为可控硅斩波调速，第三级为IGBT斩波调速。与第一级相比，第二级和第三级只解决了一个无级调速问题，能量损失小于第一级。其他问题没有解决，第二代技术是三相异步电动机及其控制，主要采用变频技术。由于三相异步电动机效率低，变频技术故障严重，异步电动机起动力矩小，不适应煤矿电力机车的运行环境。目前异步电动机在机车上的应用存在许多问题，不符合大规模推广的技术条件。第三代技术是永磁同步电动机及其控制技术，目前正在开发中。在同步电动机中，永磁取代了传统的励磁磁极，简化了结构，消除了转子的滑环和电刷，实现了无刷结构减小了转子体积。它消除了励磁直流电源、励磁损耗和发热。永磁同步电动机（PMSM）以其结构简单、寿命长、运行可靠、效率高、维护方便等优点被广泛应用于交流传动中。特别是在煤矿井下和地面应用非常成功。
三、永磁同步驱动系统在煤矿运行效率和控制性能的应用
永磁同步传动系统在煤矿中的应用，大大提高了系统的运行效率和控制性能，降低了系统的输入功率，节约了能源有效地减少了维修工作量。主要表现在:(1)维修费用将大大降低。永磁电机几乎不需要电机维护。在操作过程中，具有电制动功能，大大减少了机械磨损。彻底解决了以往的维修问题，节省了大量的人力和财力，大大降低了电动制动在运行过程中的作用。随着机器的磨损，以往的维修问题将得到彻底的解决，节省了大量的人力和财力。(2)节能:永磁电机以高效节能著称。电动制动将大大提高系统效率，节约能源。(3)提高安全性能，减少机械磨损:传统机车没有制动和能量反馈功能，利用机械制动产生摩擦使机车减速，制动轮处于工作状态。永磁同步电动机的电制动效果和控制效果明显。一般不需要机械制动，有效提高了车辆的安全性，大大减少了机械磨损。
四、永磁同步电机在应用的安全性和可靠性
永磁同步电动机（PMSM）可用于煤矿的设计和生产，提高了煤矿系统的安全性和可靠性。静绕组切断旋转永磁体产生的磁场，产生电动势使闭合的电枢绕组产生电流。在磁场作用下，电流产生转矩，并试图驱动电枢绕组和磁极旋转。同时，作用在转子磁极上的力矩的反作用力矩试图使转子停止与定子电枢绕组一起转动，即制动力矩。这一过程类似于直流电机的能耗制动，实现了汽车的防坠防飞（制动力矩可通过电阻调节，从而控制汽车的速度）。永磁与封闭式电枢绕组的相互作用，产生非接触式双向停车保护，大大提高了煤矿的安全可靠性，特别是降低了各种超高速安全钳高温损坏的安全风险。
五、结束语
永磁同步传动系统在煤矿上的应用，具有结构简单紧凑、维护小、安全可靠、环境噪声污染小、无油脂污染、提高功率因数等优点。它是一种理想的环保产品，能提高机械传动的效率，使用节能、经济、具有较高的安全性和可靠性。与交流无齿轮异步电动机传动系统相比，交流无齿轮异步电动机具有转速低、速度快、机械性能硬、自动合闸等优点。与直流无齿轮电机传动系统相比，具有更高的低速性能、调速精度、快速响应性能和寿命。此外，实现低速大扭矩电梯的理想驱动方式也很容易。永磁同步驱动系统在煤矿的应用具有很好的发展前景，要想实现需要永磁同步驱动系统在煤矿中更大效率的应用，需要相关研究人员的继续研究和探讨。
六、参考文献
[1]陈传帅 探究永磁同步驱动系统在煤矿的应用[J] 2018
[2]王一涵 深化永磁同步驱动系统在煤矿的应用的研究[J]2015 105-106
[3]林天龙 永磁同步驱动系统在煤矿的应用的研究2017 104-106
论文作者:张荣华
论文发表刊物:《科技新时代》2019年10期
论文发表时间:2019/12/6
标签：永磁论文; 同步电动机论文; 煤矿论文; 稀土论文; 系统论文; 转子论文; 性能论文; 《科技新时代》2019年10期论文;