斗式提升機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造分析

一、 概述

隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)正面臨一場(chǎng)新革命，也朝著更加“綠色”的方向發(fā)展，在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域，變頻調(diào)速系統(tǒng)因效率高、性能好而成為主流。

自“十四五”碳達(dá)峰、碳中和 規(guī)劃出臺(tái)以來(lái)，已被寫入政府工作報(bào)告中。中國(guó)將嚴(yán)控煤電項(xiàng)目，嚴(yán)控煤炭消費(fèi)增長(zhǎng)、“十五五”時(shí)期逐步減少。此外，中國(guó)已決定接受《〈蒙特利爾議定書〉基加利修正案》，加強(qiáng)非二氧化碳溫室氣體管控，還將啟動(dòng)全國(guó)碳市場(chǎng)上線交易。

節(jié)能減排就是各行各業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，這個(gè)時(shí)候，各種節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品的應(yīng)用更加廣泛，前景更加明朗。受益于節(jié)能減排、綠色環(huán)保等戰(zhàn)略的拉動(dòng)，永磁電機(jī)作為高效節(jié)能電機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的重要設(shè)備，其產(chǎn)業(yè)成為未來(lái)幾年市場(chǎng)潛力非常巨大。

專為斗式提升機(jī)設(shè)計(jì)改造永磁直驅(qū)電機(jī)，在鏈速0～額定鏈速之間可進(jìn)行無(wú)極調(diào)速、大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)負(fù)載。斗式提升機(jī)專用永磁直驅(qū)電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)取消了原斗式提升機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)、齒輪箱、聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，提高系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效、節(jié)能。

斗式提升機(jī)專用永磁直驅(qū)電機(jī)在負(fù)載率25%～120%范圍內(nèi)，效率均接近額定效率，功率因數(shù)均接近1。

由“斗式提升機(jī)專用永磁直驅(qū)電機(jī)+變頻器”驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)軟起、軟停、軟沖擊；起動(dòng)過(guò)程大轉(zhuǎn)矩、低電流；運(yùn)行無(wú)級(jí)調(diào)速、快速響應(yīng)負(fù)載波動(dòng)。

斗式提升機(jī)在使用要保持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)就能正常運(yùn)行。否則生產(chǎn)就會(huì)出現(xiàn)停產(chǎn)。在使用中常有啟動(dòng)難、啟動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備的沖擊較大，時(shí)有發(fā)生沖擊鏈條的情況。針對(duì)斗提機(jī)使用工況結(jié)合永磁電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，進(jìn)行定制設(shè)計(jì)斗提機(jī)是驅(qū)動(dòng)單元。

二、斗式提升機(jī)的參數(shù)分析

2.1參數(shù)如下：

斗式提升機(jī)技術(shù)參數(shù)

物料：生料

主軸轉(zhuǎn)速：30rpm

原斗式提升機(jī)異步電機(jī)

額定功率：110kW、額定轉(zhuǎn)速：1480、額定電壓：380V

斗式提升機(jī)齒輪箱

速比50

低速輸出轉(zhuǎn)速：29.6 rpm

現(xiàn)場(chǎng)使用電壓為AC380V 。

2.2斗式提升機(jī)專業(yè)用永磁直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)及使用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，需要滿足如下要求；

2.2.1 卷筒轉(zhuǎn)矩不小于原轉(zhuǎn)矩.

斗式提升機(jī)主軸轉(zhuǎn)速；29.6(r/min)

永磁直驅(qū)電機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為30rpm過(guò)載轉(zhuǎn)距為2.0倍，轉(zhuǎn)矩大于原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

2.2.2滿足原斗式提升機(jī)的所有原有功能。

位置指示、加減速調(diào)節(jié)、雙向旋轉(zhuǎn)并容易改變旋轉(zhuǎn)方向、較高的可操作性、制動(dòng)系統(tǒng)安全可靠。

2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)比

2.4設(shè)備布置圖

異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(圖1)   

永磁直驅(qū)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(圖2)

三、斗式提升機(jī)專用永磁直驅(qū)電機(jī)

3.1斗式提升機(jī)專用永磁直驅(qū)電機(jī)技術(shù)參數(shù)

3.2、斗式提升機(jī)專用永磁電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)

1）傳動(dòng)效率高，降低電能浪費(fèi)，更省電；

2）重載起動(dòng)效果好，采用變頻器控制斗式提升機(jī)用永磁直驅(qū)電機(jī)。具有大轉(zhuǎn)矩軟起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)張力沖擊小，大大降低了對(duì)電氣和機(jī)械設(shè)備的沖擊，與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式比，在相同工況下，動(dòng)態(tài)安全系數(shù)更高，有效提高斗式提升機(jī)的整機(jī)運(yùn)行安全性，提高斗式提升機(jī)用永磁直驅(qū)電機(jī)的使用壽命；

3）可以根據(jù)斗車運(yùn)送量的大小實(shí)現(xiàn)調(diào)速，保證整個(gè)斗式提升機(jī)在最佳的驅(qū)動(dòng)功率下運(yùn)行，而傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)組合只能在既定的功率下運(yùn)行，勢(shì)必會(huì)造成電能的浪費(fèi)；

4）斗式提升機(jī)用永磁直驅(qū)系統(tǒng)由永磁直驅(qū)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸，負(fù)載結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小，可以大大減少安裝空間及設(shè)備地基建造，節(jié)省成本，縮短安裝周期；

5）噪聲更低，由于斗式提升機(jī)用永磁直驅(qū)系統(tǒng)沒(méi)有齒輪的嚙合所以噪聲更低，在低轉(zhuǎn)速大扭矩下運(yùn)行，沒(méi)有高速轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡帶來(lái)的振動(dòng)，噪聲也就更低。也沒(méi)有的異步電機(jī)的冷卻風(fēng)扇的噪音。

6）免維護(hù)，斗式提升機(jī)用永磁直驅(qū)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，將中間的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備都去除，大大降低了故障的發(fā)生概率，從而大大降低維護(hù)成本，基本做到免維護(hù)。

7）負(fù)載率在25%～120%范圍內(nèi)，永磁電機(jī)均能保證較高的效率。

8）性能優(yōu)良的絕緣系統(tǒng)設(shè)計(jì)定子線圈配合專用H級(jí)絕緣漆經(jīng)過(guò)VPI真空壓力浸漆構(gòu)成電機(jī)的絕緣系統(tǒng)。

四．變頻器技術(shù)參數(shù)

斗提機(jī)專用永磁電機(jī)配套變頻器參數(shù)

五、節(jié)能分析

5.1、永磁直驅(qū)電機(jī)高效區(qū)寬，即輕負(fù)載運(yùn)行時(shí)仍具很有高效率、功率因數(shù)，節(jié)能效果明顯。具體對(duì)比見下表、及圖3、圖4。

效率及功率因數(shù)對(duì)比表

5.2、傳動(dòng)節(jié)能計(jì)算表

5.3、啟動(dòng)電流、轉(zhuǎn)矩對(duì)比

因?yàn)閱?dòng)電流的減小，對(duì)輸入電纜的要求也由原2*95mm2降低為，95mm2。對(duì)上一級(jí)的變壓器的沖擊和對(duì)其他的設(shè)備的因電流沖擊的影響全部去除。

5.4、節(jié)能對(duì)比

對(duì)設(shè)備安裝完成后，作了一個(gè)節(jié)能對(duì)比原有110kW異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如果采用永磁直驅(qū)電機(jī)改造，傳動(dòng)效率提高10%，因此使用110kW永磁電機(jī)改造就可以完全替代原有驅(qū)動(dòng)設(shè)備，保證可靠性。

根據(jù)原系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，其節(jié)能計(jì)算按負(fù)載率為50%來(lái)計(jì)算。

6、總結(jié)

升級(jí)為永磁直驅(qū)系統(tǒng)后，縮短了驅(qū)動(dòng)鏈，特別是剔除了易于導(dǎo)致維修任務(wù)繁重的液力耦合器、減速機(jī)；不但使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到根本改善，更是每年可節(jié)省維修、維護(hù)、保養(yǎng)費(fèi)用。

電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)實(shí)現(xiàn)跨越性提升，從0.85提高到0.94以上，從而使得供電線路的無(wú)功損耗大幅度降低；

永磁直驅(qū)系統(tǒng)，較比現(xiàn)有的常規(guī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，不但運(yùn)行平穩(wěn)，且大幅減少維保工作量，在后續(xù)使用中給用戶帶來(lái)巨大便利，無(wú)疑是一套物超所值、引領(lǐng)趨勢(shì)的斗提機(jī)專用永磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。