斗式提升机驱动系统改造分析
水泥 江苏嘉轩智能工业科技股份有限公司 2021-11-03
一、 概述
随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术正面临一场新革命，也朝着更加“绿色”的方向发展，在电气传动领域，变频调速系统因效率高、性能好而成为主流。
自“十四五”碳达峰、碳中和 规划出台以来，已被写入政府工作报告中。中国将严控煤电项目，严控煤炭消费增长、“十五五”时期逐步减少。此外，中国已决定接受《〈蒙特利尔议定书〉基加利修正案》，加强非二氧化碳温室气体管控，还将启动全国碳市场上线交易。
节能减排就是各行各业发展的关键，这个时候，各种节能环保产品的应用更加广泛，前景更加明朗。受益于节能减排、绿色环保等战略的拉动，永磁电机作为高效节能电机领域内的重要设备，其产业成为未来几年市场潜力非常巨大。
专为斗式提升机设计改造永磁直驱电机，在链速0～额定链速之间可进行无极调速、大转矩、低转速驱动负载。斗式提升机专用永磁直驱电机直驱系统取消了原斗式提升机驱动系统的电动机、齿轮箱、联轴器直接驱动负载，提高系统可靠性与稳定性，实现系统高效、节能。
斗式提升机专用永磁直驱电机在负载率25%～120%范围内，效率均接近额定效率，功率因数均接近1。
由“斗式提升机专用永磁直驱电机+变频器”驱动系统可实现软起、软停、软冲击；起动过程大转矩、低电流；运行无级调速、快速响应负载波动。
斗式提升机在使用要保持连续运转，生产就能正常运行。否则生产就会出现停产。在使用中常有启动难、启动时对设备的冲击较大，时有发生冲击链条的情况。针对斗提机使用工况结合永磁电动机的特点，进行定制设计斗提机是驱动单元。
二、斗式提升机的参数分析
2.1参数如下：
斗式提升机技术参数
物料：生料
主轴转速：30rpm
原斗式提升机异步电机
额定功率：110kW、额定转速：1480、额定电压：380V
斗式提升机齿轮箱
速比50
低速输出转速：29.6 rpm
现场使用电压为AC380V 。
2.2斗式提升机专业用永磁直驱电机驱动系统设计
依据现场参数及使用现场的环境，需要满足如下要求；
2.2.1 卷筒转矩不小于原转矩.
斗式提升机主轴转速；29.6(r/min)
永磁直驱电机设计转速为30rpm过载转距为2.0倍，转矩大于原驱动系统。
2.2.2满足原斗式提升机的所有原有功能。
位置指示、加减速调节、双向旋转并容易改变旋转方向、较高的可操作性、制动系统安全可靠。
2.3驱动系统对比
2.4设备布置图
异步电机驱动系统(图1)
永磁直驱驱动系统(图2)
三、斗式提升机专用永磁直驱电机
3.1斗式提升机专用永磁直驱电机技术参数
3.2、斗式提升机专用永磁电动机主要技术特点
1）传动效率高，降低电能浪费，更省电；
2）重载起动效果好，采用变频器控制斗式提升机用永磁直驱电机。具有大转矩软起动，起动时动态张力冲击小，大大降低了对电气和机械设备的冲击，与传统驱动方式比，在相同工况下，动态安全系数更高，有效提高斗式提升机的整机运行安全性，提高斗式提升机用永磁直驱电机的使用寿命；
3）可以根据斗车运送量的大小实现调速，保证整个斗式提升机在最佳的驱动功率下运行，而传统的驱动组合只能在既定的功率下运行，势必会造成电能的浪费；
4）斗式提升机用永磁直驱系统由永磁直驱电机直接驱动主轴，负载结构紧凑占地面积小，可以大大减少安装空间及设备地基建造，节省成本，缩短安装周期；
5）噪声更低，由于斗式提升机用永磁直驱系统没有齿轮的啮合所以噪声更低，在低转速大扭矩下运行，没有高速转动不平衡带来的振动，噪声也就更低。也没有的异步电机的冷却风扇的噪音。
6）免维护，斗式提升机用永磁直驱电机直接驱动负载，将中间的机械传动设备都去除，大大降低了故障的发生概率，从而大大降低维护成本，基本做到免维护。
7）负载率在25%～120%范围内，永磁电机均能保证较高的效率。
8）性能优良的绝缘系统设计定子线圈配合专用H级绝缘漆经过VPI真空压力浸漆构成电机的绝缘系统。
四．变频器技术参数
斗提机专用永磁电机配套变频器参数
五、节能分析
5.1、永磁直驱电机高效区宽，即轻负载运行时仍具很有高效率、功率因数，节能效果明显。具体对比见下表、及图3、图4。
效率及功率因数对比表
5.2、传动节能计算表
5.3、启动电流、转矩对比
因为启动电流的减小，对输入电缆的要求也由原2*95mm²降低为，95mm²。对上一级的变压器的冲击和对其他的设备的因电流冲击的影响全部去除。
5.4、节能对比
对设备安装完成后，作了一个节能对比原有110kW异步电机驱动系统，如果采用永磁直驱电机改造，传动效率提高10%，因此使用110kW永磁电机改造就可以完全替代原有驱动设备，保证可靠性。
根据原系统提供数据，其节能计算按负载率为50%来计算。
6、总结
升级为永磁直驱系统后，缩短了驱动链，特别是剔除了易于导致维修任务繁重的液力耦合器、减速机；不但使得驱动系统的稳定性得到根本改善，更是每年可节省维修、维护、保养费用。
电动机功率因数实现跨越性提升，从0.85提高到0.94以上，从而使得供电线路的无功损耗大幅度降低；
永磁直驱系统，较比现有的常规驱动系统，不但运行平稳，且大幅减少维保工作量，在后续使用中给用户带来巨大便利，无疑是一套物超所值、引领趋势的斗提机专用永磁驱动系统。
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