摘要：带式输送机一般采用异步电动机，该电动机驱动系统在使用过程中存在效率低、能量损失大等问题。对此，通过调查研究确定以永磁直驱系统取代了异步电动机思路，并根据永磁直驱同步电动机工作原理、优点、使用中存在问题，提出了解决办法，确保永磁直驱同步电动机安全高效运行。
关键词：皮带输送机；永磁直驱同步电动机；
前言
皮带机在煤炭运输系统中占据十分重要的地位，它的安全可靠运行，直接关系到企业的生产效益和人员的生命安全。本文分析了新昌发电厂电煤码头皮带机驱动方式，打破了传统的异步电动机带减速机配合滚筒的结构局限性，设计了一种自冷永磁同步电机直接驱动带式输送机的直接驱动方式，从而实现了高效节能的机电一体化零传动结构。
一、背景
近年来随着工业的不断发展，煤炭行业占据着举足轻重的地位，与此同时能源的流失以及浪费也给我们敲响了警钟。为了提高能源的利用率，降低成本投入，我国正不断的在电力、煤矿行业刮起一股节能降源之风。皮带运输系统是安全、可靠运行中最为重要的环节，通常采用工频拖动，液力耦合器传动。但该方式存在很多问题，比如效率低、功率不平衡、启动电流冲击大以及污染严重等问题，而且还增加了投入成本和维护工作量。随着永磁材料性能的提高，永磁体的一基本问题得到了很好地解决，永磁电机随之也在各种工业领域广泛应用，因此外转子永磁同步电动机取代异步电机与减速机组合的直接驱动机械装置是十有意义的。
二、永磁直驱同步电动机结构及工作原理
1．永磁直驱同步电动机的工作原理
永磁直驱同步电动机通过永磁体产生励磁磁场。在电动机运转过程中，永磁体既作为磁源又作为磁路。它主要由固定定子和旋转转子组成，绕组与主磁场之间通过相互切割而产生大小和方向成周期性变化的交变电流。
2.永磁直驱同步电动机结构
并联磁场式结构。该结构电动机中转子通过铸造压制而成，由于永磁材料的高磁能积和高矫顽力，实现了电机磁路系统的小型化、轻量化；串联磁场式结构。该结构电动机中转子为钢结构，永磁体主要镶嵌在表面，转子表面磁通强，结构牢固可靠，由于磁路系统的小型化，绕组亦趋小，从而减少了电机的铜损和铁损，效率提高。
三、永磁式电动机存在的问题及解决办法
1.设计计算问题
永磁式电动机中永磁体磁性能大小与很多因素有关，如制造、永磁体规格、充磁方法等。永磁式电动机在实际运转时产生的磁通量随电动机运行状态发生变化。永磁电动机磁路结构复杂，产生的漏磁通较大，铁磁材料部分容易饱和，从而导致永磁电动机电磁计算更加复杂，大大降低了计算结果准确度。所以应采用先进的科学技术及制造工艺对磁路结构进行改进，同时研究新的计算方法，提高设计计算准确度。
2．控制问题
永磁电动机无需外力作用即可自行产生磁场，这也增加了电动机磁场控制及外部调节的难度，从而大大限制了电动机应用范围。但随着电子信息技术的发展，在研制电动机时通过将钕铁硼材料、电力电子器件和微机控制等技术相互结合起来，实现直接对永磁电动机进行有关输出控制，而无需进行磁场控制。
3.不可逆退磁问题
通过永磁电动机试用发现，当永磁电动机温度过高或过低时，一旦出现峰值电流瞬时冲击时，很容易造成电动机失磁现象，长期如此，将大大降低电动机使用寿命。所以在开发研制永磁电动机时，应合理分析各种不同结构形式的永磁电动机抗失磁能力，确保电动机永磁材料的热稳定性，采取合理有效的措施减少电动机失磁。
4.成本问题
永磁式电动机制造的主要成分以稀土永磁材料为主，该材料价格相对较高，从而加大了永磁电动机研制成本费用，但是该材料研制的电动机结构及安全稳定性得到大大提高。所以在以后永磁电动机研发过程中，应根据市场需求，对电动机结构设计创新和进一步优化，降低电动机制造成本，同时，通过提高电动机各项效能及使用寿命从而降低成本费用对电动机销售的影响。
四、永磁直驱系统的效能比较
1.驱动系统智能化。永磁直驱同步电动机采用了无传感器矢量控制技术，输送机在启动时可实现稳定匀速启动模式。输送机软启动可有效避免输送机电动机在启动时受瞬时电流冲击以及转矩波动对传动系统产生的机械冲击，从而有效降低系统电网故障率。同时永磁电动机直驱系统采用的是互联网技术，可与上位机通讯以及多台设备集中控制，并将输送机动态数据高速度、精准传送至矿调度室数据采集站，从而实现数据远程输送、数据集中处理、以及故障诊断等。
2.能效提高。从某企业目前使用效果看，永磁直驱系统传动效率在95%以上，传统驱动系统则是82%及以下，效率提高了13%以上，大大节约了电能；永磁直驱系统输入有功功率434.8kW；永磁直驱系统的输入总视在功率448.2kW，传统驱动系统则是559.8kW，永磁直驱系统每年消耗电能2087.04kW.h，传统驱动系统则是2364.48kW.h；永磁直驱系统1年的电费是208.7万元，而传统驱动系统则要236.4万元；永磁直驱系统每年的维护费用是0.6万元，而传统驱动系统则要4万元；永磁直驱系统每年使用总费用为209.3万元；传统驱动系统则是240.4万元，通过使用永磁直驱系统，每年可节约费用31.1万元。
3.改善环境，运行噪音低。在传统系统传动中减速器需要每天观察油位，不足时则要及时补充，同时在运行过程中还存在跑冒滴，造成机体及地面环境经常处于油污状态，而永磁直驱系统在不用减速器的情况下，彻底免除了机械油的使用。其次是噪音减小，在传统传动中，因传动环节多，特别是减速器多轴传动各齿轮间啮合造成噪音加大，而永磁直驱系统电机低速运行，无变速器齿磨合的声音和无电机高速运转及高速连轴器的声音，从而使环境噪音大大减少，给操作人员增加舒适感。第三是空间变大。因为在井下有限空间内，传统传动的高速连轴器、减速器必不可少，而且安装空间大，使有限的空间更加局促，而永磁直驱系统没有高速连轴器、减速器，而且永磁同步电动机直驱本身构造合理，大大缩小了安装空间，使有限空间增大，给操作人员带来更大的活动空间。带式输送机的变频器可以根据负载情况的变化，通过调整变频输出频率，皮带机可实现从0到额定速度之间无极调速，满足特殊运行情况下的需要，使启动过程平滑稳定，没有机械冲击。
4.安全系数增加。在传统传动中经常存在检修、加油、换油等等，传动各环节都需要检修，检修部位较多，任一环节出现问题都需要停机，启停次数增多，给安全生产带来极大隐患。而采用永磁直驱系统，省去了对液力偶合器、减速器等的维护，也无需更换齿轮油、补油和检修减速箱，总体运行影响因素大大减少，使得安全系数也随之增加。
5.传动效率高。传统的异步电动机在带式输送机运用时，必须采用减速机、液力耦合器和同步齿轮等设备同步运行，采用三级传统模式，从而大大降低了整个机械传动效率，平均整体驱动效率不超过80％；而永磁直驱电动机无减速机和液力耦合器，从而避免传动效率损失，使得整体驱动系统平均传动效率可达95％以上，大大提高了传动效率。
结束语
永磁变频电动机直驱带式输送机，通过目前在企业的安装应用，使用效果非常好。其起动转矩大，过载能力强的特点，尤其适合发电厂胶带输送机的重载起动，大大减轻了现场职工的劳动强度，提高运行效率，且永磁电机运行噪声小，无污染，具有较高实际应用价值。
参考文献：
[1]郭变棠．永磁直驱电动机在运输巷皮带机上的应用，山西焦煤科技，2016
[2]王晓峰．智能永磁直驱电动机在顺槽带式输送机上的应用，起重运输机械，2016