永磁电机的短接对斜皮带机下滑的辅助保护

2022-11-12漆复兴

船电技术 2022年11期

关键词：带式三相永磁

漆复兴

应用研究

永磁电机的短接对斜皮带机下滑的辅助保护

漆复兴

（南京渥孚磁动力科技有限公司，南京江苏 210000）

本文介绍了三相永磁同步电动机短接后，对倾斜带式输送机下滑的辅助保护工作原理，通过对实际案例的计算，得出当逆止器失效后，满物料的带式输送机将以0.044m/s的速度匀速下滑，这种下滑速度不会对下端设备产生冲击，造成飞车事故，证明是一种有效的带式输送机辅助防下滑的方法，具有较好的推广价值。

永磁同步电动机带式输送机辅助保护制动力矩下滑速度

0 引言

在散装物料的转运、短距离输送等环节，带式输送机是一个非常重要的工艺装备，由于其输送物料自动化程度高、运行平稳、管理维护方便，目前在我国得到了广泛的应用，随着带式输送机功能的多元化和应用范围的扩大化，长距离、大运量、高带速的大型带式输送机也成为发展的主要方向，其中，有很多是带坡度或起伏的输送环境，在这样的环境里一般采用倾斜带式输送机，特殊情况下甚至倾角达到了16°～25°[1]，这种倾斜带式输送机一旦意外停机，在物料重力的作用下，倾斜带式输送机将发生逆转，造成输送带回溜和物料堆积，国内已发生多起因逆止失效导致输送机倒转继而飞车、物料下滑堵塞巷道、减速器和电机超速损坏等破坏性事故，给安全生产造成了很大损失。在严重情况下还会造成人员伤害，为防止输送带发生逆行或下滑事故，这类带式输送机一般都安装有逆止器，常用的逆止器有三种[2]：①带式逆止器；②滚柱逆止器；③异形块逆止器。分析上述三种逆止器的工作原理，在止动时都有摩擦、磨损的问题，因此，理论上还是存在逆止器失效的可能。

近年来，三相永磁同步电机因其高效率、高功率因数的特性，在带式输送机上也得到了广泛使用，特别是所谓“永磁直驱技术”，利用其低速、大扭矩的输出，直接取代异步电动机+减速箱的传动系统，大幅提升了系统的传动效率和减少了系统的维护工作量。这也为采用永磁电动机三相引出线短接的方式，对带式输送机下滑起辅助保护作用提供了可能。

1 三相永磁电机短接止动原理

图 1 永磁电机三相短接示意图

2 项目应用

现以某水泥厂的一条倾斜带式输送机为例来进行具体分析计算，输送机主要技术参数如表1。

表1 输送机主要参数

该带式输送机正好作了永磁直驱电机的改造，采用的是永磁滚筒电机（外转子电机），电机参数如表 2。

表2 电动机及运行参数

2.1 下滑力的确定

分析下滑速度前需要确定带式输送机在物料的重力作用下所产生的下滑力，可以借鉴国内外常用的逆止器所需逆止力矩计算方法[3]，有①下滑力计算法，②输送机逆止功率计算法，③带式输送机驱动电机功率计算法等，三种方法中，下滑力计算法是计算输送机逆止力矩最准确、最合理的方法，是国内和国际上公认的计算方法，也是国家标准《GB50431-2008 带式输送机工程设计规范》第 9.6 节“制动和逆止装置”中的逆止力矩所规定的计算方法。最大下滑力Fstmax为：

考虑到输送机皮带下滑过程中也会受到摩擦阻力的作用，因此还需要确定最小主要阻力Fmin如下：

式中：—模拟摩擦系数，取0.012；1—承载、回程段托辊单位长度旋转部质量；0—输送带单位长度质量。

用式（1）减去式（2）得到实际下滑力F：

（4）式中：－驱动滚筒直径（即永磁滚筒电机外径）

将输送机的资料代入式（1）～（4）计算得出下滑转矩为：12.44 kNm。

2.2 永磁电机短路电磁转矩的确定

这一问题可归于电机学里永磁同步发电机的短路状态分析，其短路电磁转矩Te和产生最大转矩时的转速n可根据下面公式[4]进行计算。

式中：—极对数`；R—定子相电阻；—电角速度；—永磁体磁链；L—直轴电感；L—交轴电感；

随着电机设计手段的丰富，短路电磁转矩Te和对应的转速n还可以通过有限元仿真计算得出，采用有限元仿真计算如同电动机设计计算一样，需要求解的问题量随时间而变化，所以采用瞬态场求解，在瞬态求解中的运动设置里与电动机设计稍有不同，电动机计算一般是将其旋转速度设置为电动机的同步速度，这里设置为变量，以方便进行参数化扫描，同时在激励源里采用外电路设置，以方便三相绕组短接，外电路如图2。