孙艳军
【摘 要】根据永磁电动机的工作原理及特点,通过对参数进行计算和分析,得出永磁体制造参数和电动机定子制造参数,并对应用情况进行了分析.采用永磁电动滚筒的驱动方式对带式输送机原有的驱动方式进行替换升级改造,不仅提高了系统的稳定性和安全性,而且为企业节省了大量的生产成本,具有广阔的应用前景. 【期刊名称】《煤矿机电》
【年(卷),期】2018(000)004
【总页数】3页(P30-32)
【关键词】带式输送机;永磁电动滚筒;驱动方式
【作 者】孙艳军
【作者单位】河北天择重型机械有限公司,河北邯郸056200
【正文语种】中 文
【中图分类】TD63+4;TM351
0 引言
目前带式输送机电动机驱动的机械装备中，都采用异步电动机和减速机串联使用的方式。随着我国在稀土永磁电动机研究开发方面的进展，稀土永磁电动机正在越来越多地替代传统电动机，用永磁直驱电滚筒代替传统带式输送机的驱动装置，能够精简传动机构，减少减速机和联轴器，并能精确调速，大大提高驱动装置的输出效率，也提高了节能效果[1]。
1 永磁电动机的工作原理及特点
有一个t形工件
1.1 工作原理
永磁电动机的工作原理与电励磁同步电动机相同，区别在于前者是以永磁体替代励磁绕组进行励磁。当永磁电动机的三相定子绕组(各相差120°电角度)通入频率为f的三相交流电后，将产生1个以同步转速推移的旋转磁场。稳态情况下，主极磁场随着旋转磁场同步转动，
故转子转速亦是同步转速，定子旋转磁场恒与永磁体建立的主极磁场保持相对静止，他们之间相互作用并产生电磁转矩，驱动电动机旋转并进行能量转换[2]。
1.2 主要特点
与传统的“电动机+减速器”的驱动方式比较，永磁电动机具有以下特点：
门栓1) 体积小，质量轻；
2) 效率高，效率达93%以上；
3) 功率因数高，功率因数近于1；
4) 启动力矩大，比异步电动机大50%～100%；
5) 力能指标好，在25%～120%M/Me保持高效率；
橡胶还原剂6) 温升低，转子无铜损，定子无功电流极小；
7) 电枢反应小，抗过载能力强；
8) 适用于带载启动、脉动负载、负荷率高、长期连续运行的拖动设备系统，如：风机、水泵、输送机等，节能效果显著[3]。
2 参数计算及分析
测试56对峰峰集团大社煤矿应用的带式输送机驱动装置进行节能升级改造，采用75 kW隔爆型三相永磁同步电动滚筒替代原来的“电动机+减速器”的驱动方式。改造后，所配套带式输送机的驱动、传动装置，主要由电动滚筒、制动器、变频器配套组成，见图1。
图1 永磁直驱电动滚筒实物图
2.1 永磁体选择计算
物联网实训教学平台根据最大磁能时的永磁体工作图，实际参与能量转换的气隙磁场中的有效磁能，永磁体的最佳工作点选在有效磁能We=φeFe/2最大的点。具有最大有效磁能的永磁体最佳工作点的标幺值为：
(1)
经过对电动机具体要求，估算了永磁体的体积，根据滚筒外转子尺寸，得出永磁体截面的具体尺寸，如图2所示。
外转子内壁共设计永磁体288块，16对极，外转子永磁体实物如图3。
2.2 空载反电动势
空载反电动势E0是永磁同步电动机一个非常重要的参数，E0(V)由电动机中永磁体产生的空载
图3 永磁体截面尺寸
图3 外转子永磁体实物图
气隙基波磁通在电枢绕组中感应产生，其值为
E0=4.44fKdpNφ10=4.44fKdpNφσ0KΦ=
(2)
式中：Kdp为绕组因数；KΦ为气隙磁通的波形系数；N为电枢绕组每相串联匝数；bm0≈0.6～0.85；Br为剩磁密度；Am为永磁体提供每极磁通的截面积；σ0为空载漏磁系数。
根据选用的磁钢的剩余磁感应强度、矫顽力以及最大磁能积，以及定子齿部磁密和轭部磁密等，结合永磁电动机设计软件，计算出永磁同步电动滚筒的反电动势场数15，直轴电感39 mH，交轴电感39 mH，定子直流电阻1.223 Ω以及永磁筒电滚筒的基本参数。
2.3 定子冲片设计
定子齿距计算：
(3)
定子齿宽：
(4)
(5)
其中，
(6)
式中：D1为定子外径，mm；Q1为槽数。
定子轭计算高度：
(7)
根据以上公式计算及设计软件Ansoft仿真，定子冲片设计如图4所示。
图4 定子冲片及槽型图
2.4 电动机绕组计算
槽型选用圆底槽型，计算槽满率。
槽面积：
(8)
式中：h为槽楔厚度。
槽绝缘面积：双层绕组
Ai=Ci(2h12+πr1+2r+b1)
(9)
槽有效面积：
Aef=As-Ai
(10)
槽满率：
(11)
式中：Ns为每槽导体数； Nt1、Nt2为并绕根数；d11、d12为导线裸线直径，mm； Nt1=Nt2 , d11=d12。
由以上计算及软件仿真设计，电动机定子线圈数据见表1。
表1 电动机定子线圈数据槽数绕组形式节距/mm并联根数线径/mm匝数72双层叠绕1～3101.021
3 应用效益分析
驱动系统可自动变速运行，避免频繁启停，延长使用寿命,降低了运行功率损耗。永磁直驱电动机的转子无电阻损耗、定子绕组几乎不存在无功电流，因而电滚筒温升低，环境适应性好，显著增加了设备的可靠性和安全性。
该永磁电动滚筒在峰峰集团大社煤矿应用以来，效果良好。经实际计量测算，大社煤矿应用的永磁直驱带式输送机的节能率平均为30%。大社矿现改造的3部带式输送机，总功率为475 kW，按年运行276 d，设备一天运行16 h，电费按0.75元/kWh计算，年节省电费475×16×276×30%×0.75=47.196万元。不仅如此，通过对驱动系统节能升级改造，减少了带式输送机的维护人员，年节约人工费用几十万元，工人的维修工作量也大大减少，降低了工人的劳动强度[4]。
pid控制温度
4 结论
通过对带式输送机原有的驱动方式进行改造，采用永磁电滚筒直接驱动带式输送机的运行方式，达到了节能、节支、减人提效的目的，既提高了系统的稳定性和安全性[5]，又提高了企业的生产效率和经济效益，具有广阔的应用前景。
参考文献：
【相关文献】
[1] 张庚云.永磁驱动技术应用在刮板输送机上的可行性分析[J].煤矿机电，2017(1):55-56.
