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智能调速永磁直驱电滚筒皮带机技术河北乾顺节能科技有限公司背景概况永磁同步电动机及直驱技术智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机应用情况背景概况在传统的机械装备中，齿轮变速和传动机构占主导地位。皮带输送机是矿山、工厂、码头等工业企业主要输送设备之一，仍采用传统的：异步电机+耦合器+减速器+联轴器→驱动滚筒的传动方式。减速器电机液力耦合器传动滚筒联轴器1、背景概况1.1.1传统的驱动系统中，异步电动机和减速机损耗大、能效低，系统整体效率只能达到约70%，能耗占了整个系统的30%左右，浪费严重。联轴器、耦合器效率0.96减速机第一级0.98第二级0.98第三级0.98效率0.94异步电机平均效率0.85多电机功率不平衡系数0.93传动系统总效率=0.93×0.94×0.96×0.85=0.711、背景概况1.1.2传统的机械传动环节较多、占用空间大、噪声大、润滑油渗漏污染，致使日常维护量大、运行可靠性低、运行成本很高。漏油、噪音大、齿轮磨损、维修量大、不适合低速运行漏油、维修量大制动力矩小、环节多、可靠性差噪音大、效能低1、背景概况国内主流国际先进第一代第二代第三代传统模式永磁直联电机+传动滚筒模式永磁直驱电滚筒模式直驱模式1、背景概况近年来，工业技术飞速发展，随之而来的环境问题日益突出。煤矿行业作为一个高耗能、高污染的行业，面临转型和升级的巨大挑战。矿石高效化运输迫在眉睫，现有的皮带输送机显然已不能适应当前经济社会发展的需要。在此背景下，安全、高效、节能、环保的智能永磁直驱皮带输送机应运而生。永磁同步电机及直驱技术1.异步电动机：是通过定子感应电流产生电磁转矩，额定效率约在0.7--0.9之间。在皮带机驱动系统设计中，仅为避免异步电机起动转矩小的影响，电机一般按照1.5-2倍额定负载选型；而在正常工况下，电机只会于30%-50%的轻载状态运行，此时异步电机的效率和功率因数均很低，整个传动系统的工作效率只能在0.5-0.7之间，个别会更低。2、永磁同步电机及直驱技术低负载时功率因数高低负载时效率高70%负载后效率变差85%负载后功率因数变差2、永磁同步电机及直驱技术2.永磁同步电动机：是由永磁材料产生转子磁场，不需要从电网吸收无功电流，转子既无铜耗又无铁耗，所以永磁同步电机在很宽的负载范围内能保持接近于1的功率因数，机器额定效率比同容量的异步电动机提高8%左右，力能指标提高18%左右。永磁同步电动机高效运行区域宽，其转速在25%-100%额定转速范围运行时，效率可达到90%。低负载时功率因数高低负载时效率高70%负载后效率变差85%负载后功率因数变差改变了传动模式：将永磁电动机与机械负载融为一体，简化了机械装备的传动链。简化了制造模式：将复杂的、精密的机械加工制造，简化成电机相近的设计、制造问题。提高了系统效率：针对具体的应用场合和负载特性专业定制，实现驱动系统的效率最大化。降低了维护成本：取消了中间环节，避免了齿轮传动的弊端，减少了装备的故障率，有效降降低了维护成本。2、永磁同步电机及直驱技术智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机智能调速永磁直驱皮带输送机，由永磁直驱电滚筒、变频控制器和依载调速系统等组成，具有高效、节能，低噪音，免维护，输出转矩大，启动平稳，智能调速等特点。STYB系列永磁电动滚筒，创造性的运用外转子永磁直驱电机技术，将电机与滚筒融为一体，革命性的抛弃了减速器、液力耦合器和联轴器等机械装置，使输送机直接驱动变为现实。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机1.永磁直驱电动滚筒由滚筒、定子、端盖、轴承、支撑座和接线盒等六大部件组成，结构最简单，传递动力最直接。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机永磁直驱电动滚筒优势2.去除了外挂的电机、减速机等部件，使机头装置布置最紧凑，改善了工作环境，安全通道畅通。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机永磁直驱电动滚筒优势3.与同功率永磁直联电机对比，安装尺寸从4100mm降到2640mm，减少巷道宽度约1460mm，占用空间小，节省巷道开挖量，安装周期可减少50%以上。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机永磁直驱电动滚筒优势4.永磁直驱滚筒无齿轮啮合，转速又低至40-80r/min，运行时噪音极低，降低噪音污染。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机永磁直驱电动滚筒优势5.永磁直驱电动滚筒自带双制动盘，采用液压安全制动器，无中间过渡环节，直接刹车、制动滚筒，安全更可靠。盘式制动器，直接制动滚筒鼓式制动器，制动减速机高速轴3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机永磁直驱电动滚筒优势6.起动转矩大，起动转矩可达额定转矩的200%，而异步电机起动转矩仅为额定转矩的50-60%，极大改善重载起动特性。负载相应快，当皮带机负载增大时，可以快速提升输出转矩，而异步电机此时极易产生“焖车”现象。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机起动转矩大负荷响应快负荷响应慢起动转矩小永磁直驱电动滚筒优势7.永磁直驱滚筒系统提高系统功率因数，降低了无功损耗，实际工况下功率因数达0.9以上；减去了液力耦合器、减速机等设备中间环节，提高系统效率，实际工况下系统效率在93%以上。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机60%轻负荷异步减速机永磁直驱电机效率0.700.93减速机效率0.921.00耦合器效率0.931.00系统总效率0.59890.9300效率提升33.11%每年降低电耗219307.3920kwh综合节电率24.27%，每年平均节省电费约11.14万元100%满负荷异步减速机永磁直驱电机效率0.920.95减速机效率0.921.00耦合器效率0.941.00系统总效率0.79560.9500效率提升15.44%每年降低电耗102263.9616kwh通过对大社矿2×75kw永磁直驱电动滚筒测定永磁直驱电动滚筒优势8.无需定期换油，减低消耗；无齿轮磨损，维修成本低；起停平稳，延长胶带、托辊寿命；结构简单，故障率降低，运行成本低。配件寿命长无齿轮无磨损免维护峰峰集团大社矿六改二部皮带机，2014年11月改造以来，已正常运行五年。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机无润滑无泄漏永磁直驱电动滚筒优势变频器是永磁直驱电动滚筒的重要配套产品，其选型至关重要，变频器的性能特性将直接影响到永磁电动滚筒的性能和寿命。经测试对比证明，三电平变频器具有比两电平变频器更出色的性能，在降低输出谐波含量、提高变频器效率、延长电机使用寿命提高系统稳定性等方面均有很大的提高。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机1.采用三电平拓扑结构，变频器每相能输出三种电平，输出波形更接近于正弦波，输出波形失真度减少，谐波减少。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机三电平变频器优势2.输出电压变化率(du/dt)低，减少对电机绝缘的损坏du/dt=1400V/usdu/dt=4780V/us两电平电机端尖峰电压1100V三电平电机端尖峰电压650V两电平电机端du/dt三电平电机端du/dt3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机三电平变频器优势3.采用三电平逆变可以有效降低电机端的共模电压从而减小电压端轴电压和轴电流会减小对电机轴承的损坏，增加电机的使用寿命。轴电流轴电流示意图3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机三电平变频器优势母线电容Vces=3300V母线电容Vces=1700V4.功率模块IGBT承受工作电压为直流母线电压的1/2，稳定性、可靠性更高。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机三电平变频器优势5.同样载频下三电平比两电平的变频器损耗小，发热量40-50%，系统效率更高(W)3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机三电平变频器优势6.变频控制技术，实现多电机功率平衡，避免因某一台出力过大而损坏，可以减小滚筒胶面和胶带磨损。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机三电平变频器优势由于煤矿生产条件的特殊性，煤的产量是不均匀，造成皮带输送机的载荷变化较大，常常使皮带输送机在空负载、低负载情况下高速运行，造成的机械磨损快、配件损耗大和电能耗浪费严重等问题。3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机依载调速技术就是对皮带输送机的载荷进行实时监测，利用先进图像处理技术，算法分析得到煤流量，根据煤量载荷情况适时匹配最佳的皮带输送机运行速度，达到节能、降耗，提升经济效益的目的。依载调速的条件变频控制器高效永磁电机防跑偏滚筒无齿轮传动载荷传感器数据处理算法3、智能调速永磁直驱滚筒皮带输送机应用情况客户名称型号数量应用时间冀中能源峰峰集团大社矿STYB75kW2套2016年11月STYB75kW4套2017年10月STYB125kW2套冀中能源峰峰集团新屯矿STYB200kW2套2018年7月冀中能源峰峰集团万年矿STYB75kW2套2018年8月冀中能源峰峰集团新三矿STYB125kW2套2018年9月枣庄矿业集团高庄煤矿STYB132kW12套2018年9月枣庄矿业集团蒋庄煤矿STYB125kW15套2018年8月冀中能源峰峰集团九龙矿STYB75kW2套2018年11月冀中能源峰峰集团羊东矿STYB90kW3套2018年11月山西段王煤矿STYB200kW1套2018年12月山西寿阳煤矿STYB200kW2套2018年12月山西马堡煤业STYB200kW2套2018年12月淮南丁集煤矿STYB315kW2套2018年12月4、应用情况4、应用情况峰峰大社煤矿2×75kw永磁滚筒峰峰新屯煤矿2×200kw永磁滚筒4、应用情况枣庄蒋庄煤矿2×75kw永磁滚筒枣庄高庄煤矿2×132kw永磁滚筒