商勝，向曉玲

（北京英邁特礦山機(jī)械有限公司，北京101300）

SR高扭矩電機(jī)在MMD全移動(dòng)破碎站的應(yīng)用

商勝，向曉玲

（北京英邁特礦山機(jī)械有限公司，北京101300）

SR高扭轉(zhuǎn)電機(jī)在MMD全移動(dòng)破碎系統(tǒng)中運(yùn)行穩(wěn)定可靠，破碎機(jī)能力達(dá)到了設(shè)計(jì)需要。SR高扭矩開關(guān)磁阻電機(jī)具有輸出高轉(zhuǎn)矩、旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)整、啟動(dòng)電流小、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

SR高扭矩電機(jī)；破碎系統(tǒng)；MMD

0 引言

MMD全移動(dòng)破碎站應(yīng)用于平朔東露天半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)中，用于剝離物料的破碎，物料經(jīng)電鏟開采后卸料到MMD給料機(jī)，由破碎機(jī)破碎后經(jīng)轉(zhuǎn)載皮帶、卸料皮帶、膠帶橋、工作面皮帶、最后卸料到排土場(chǎng)。全移動(dòng)破碎站為半連續(xù)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)中的前端設(shè)備。全移動(dòng)破碎站的安全可靠運(yùn)行以及破碎處理能力，是整個(gè)半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)在平朔東露天煤礦成功應(yīng)用的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。全移動(dòng)破碎站系統(tǒng)是MMD集團(tuán)公司自行研發(fā)的高破碎能力且能處理復(fù)雜物料的帶履帶行走裝置的自移式破碎系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包含給料機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載膠帶機(jī)、俯仰回轉(zhuǎn)排料膠帶機(jī)以及履帶行走系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中破碎機(jī)的作用非常關(guān)鍵，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行和能力大小。

1 問題的提出

按照半連續(xù)工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，MMD全移動(dòng)破碎站破碎能力要求達(dá)到9 000 t/h，在破碎站原有系統(tǒng)設(shè)備安裝調(diào)試完成后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在破碎比較軟的小塊物料時(shí)能力通常會(huì)超過(guò)9 000 t/h高峰時(shí)能力可以達(dá)到12 000 t/h，但破碎機(jī)在破碎硬巖或大塊過(guò)程中由于難度大導(dǎo)致破碎機(jī)電機(jī)電流增大電網(wǎng)電壓降低，瞬間電網(wǎng)壓降超過(guò)20%，由于普通感應(yīng)電機(jī)的性能特性為在電網(wǎng)存在壓降時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩迅速降低，從而經(jīng)常導(dǎo)致破碎軸堵轉(zhuǎn)、耦合器噴液停機(jī)，嚴(yán)重影響設(shè)備的使用壽命及整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，破碎機(jī)的破碎能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到能力的要求。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)積累總結(jié)破碎站的平均能力為5 000 t/h，同時(shí)整個(gè)破碎系統(tǒng)運(yùn)行在經(jīng)常出現(xiàn)故障的狀態(tài)。

2 問題的分析

平朔東露天全移動(dòng)破碎站主要破碎物料為粗砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、細(xì)砂巖、中砂巖、粉砂巖、泥灰?guī)r等剝離物料，剝離的物料硬度和大小變化比較大，但總體來(lái)看物料硬度高，最大入料粒度2 500 mm×2 500 mm×2 000 mm。項(xiàng)目實(shí)施開始破碎機(jī)選用ABB生產(chǎn)的普通感應(yīng)電機(jī)，基本參數(shù)為電壓6 kV,功率450 kW,額定電流為54A[1]，電機(jī)采用直接驅(qū)動(dòng)方式，其機(jī)械傳動(dòng)方式為電機(jī)-耦合器-減速器-聯(lián)軸器-電機(jī)輸出軸。但系統(tǒng)安裝調(diào)試完成開始運(yùn)行后破碎機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)、耦合器噴液等問題。雖然在運(yùn)行中間多次進(jìn)行完善和調(diào)整電氣保護(hù)參數(shù)，讓破碎系統(tǒng)發(fā)揮最大的效率。但經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行觀察總結(jié)發(fā)現(xiàn)破碎機(jī)電機(jī)運(yùn)行電流多數(shù)情況下都要超過(guò)額定電流，而且大部分時(shí)間電機(jī)運(yùn)行電流都要超過(guò)額定電流的兩倍。有時(shí)候瞬間電流迅速增大至300 A左右導(dǎo)致破碎機(jī)經(jīng)常堵轉(zhuǎn)，電機(jī)電流大壓降升高電機(jī)轉(zhuǎn)矩迅速下降，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不夠造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)或者耦合器噴液。每次堵轉(zhuǎn)后恢復(fù)再重啟電機(jī)至少需要15 min，既浪費(fèi)了時(shí)間又達(dá)不到能力要求同時(shí)還嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的使用壽命；每次噴液需要重新加油，至少需要2 h。在這種情況下運(yùn)行系統(tǒng)的平均生產(chǎn)能力只能達(dá)到5 000 t/h。由于普通感應(yīng)電機(jī)的特點(diǎn)是在通常情況下電機(jī)的轉(zhuǎn)矩能到設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩的大小，但當(dāng)遇到大塊或硬物料時(shí)由于電機(jī)電機(jī)的增大導(dǎo)致系統(tǒng)供電電網(wǎng)存在壓降，此時(shí)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩迅速成以電壓平方關(guān)系的比例降低，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩低同時(shí)破碎軸需要轉(zhuǎn)矩高導(dǎo)致耦合器內(nèi)部液體溫度快速升高，經(jīng)常出現(xiàn)耦合器噴液或者破碎機(jī)堵轉(zhuǎn)的情況。這些情況主要會(huì)導(dǎo)致以下幾個(gè)方面問題：

1）電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行，過(guò)流嚴(yán)重影響電機(jī)的使用壽命；

2）電機(jī)頻繁啟停，嚴(yán)重影響電機(jī)和相關(guān)電氣設(shè)備的使用壽命；

3）破碎機(jī)大電流引起電網(wǎng)壓降過(guò)高，影響其他設(shè)備的運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致其他設(shè)備的停機(jī)；

4）破碎機(jī)經(jīng)常堵轉(zhuǎn)以及耦合器經(jīng)常噴液，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的生產(chǎn)能力；

5）經(jīng)常更換耦合器油直接增加了生產(chǎn)成本，導(dǎo)致比較大的資源浪費(fèi)。

針對(duì)上述問題，要提高系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，首先必須減少破碎機(jī)電機(jī)堵轉(zhuǎn)和耦合器噴液的次數(shù)以增加系統(tǒng)的有效工作時(shí)間，需要在破碎大和硬的物料時(shí)及時(shí)進(jìn)行自動(dòng)判斷并做出快速的自動(dòng)反應(yīng)以減少破碎機(jī)堵轉(zhuǎn)或耦合器噴液的次數(shù)從而增加有效工作時(shí)間。破碎機(jī)電機(jī)電流的大小能反應(yīng)物料的情況，因此根據(jù)破碎機(jī)電機(jī)的電流大小調(diào)整系統(tǒng)給料的頻率，將系統(tǒng)給料頻率按照硬料和軟料分別進(jìn)行處理和調(diào)整，完全通過(guò)破碎機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行電流來(lái)及時(shí)調(diào)整給料的頻率[2]，具體方案為在1 min內(nèi)檢測(cè)到電機(jī)電流3次超過(guò)額定電流的1.5倍將給料頻率降低相反將給料頻率提高。更改控制調(diào)整給料機(jī)頻率的程序后，電機(jī)堵轉(zhuǎn)的次數(shù)和耦合器噴液次數(shù)確實(shí)減少了，系統(tǒng)生產(chǎn)能力也得到了提高，但因剝離物料情況頻繁變化，自動(dòng)調(diào)整給料頻率調(diào)整轉(zhuǎn)換次數(shù)太多，導(dǎo)致系統(tǒng)的生產(chǎn)能力還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到額定設(shè)計(jì)能力要求。因此，調(diào)整系統(tǒng)給料頻率對(duì)增加系統(tǒng)的有效工作時(shí)間，以及保護(hù)設(shè)備起到一定作用，但都不能達(dá)到系統(tǒng)的生產(chǎn)能力要求。另外普通感應(yīng)電機(jī)普遍存在的問題，在破碎硬的物料時(shí)由于電機(jī)電流的增加會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓下降使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩降低，還是會(huì)存在和項(xiàng)目現(xiàn)同樣的問題，僅增大電機(jī)的功率滿足不了系統(tǒng)特殊情況的要求[3]。因此僅僅完善現(xiàn)有的控制系統(tǒng)解決不了破碎系統(tǒng)的能力問題。SR高扭矩開關(guān)磁阻電機(jī)可以通過(guò)先進(jìn)的控制系統(tǒng)確保電機(jī)在需要高轉(zhuǎn)矩時(shí)能輸出高轉(zhuǎn)矩，這種性能剛好滿足要求。在破碎硬物料和大物料的時(shí)候輸出大轉(zhuǎn)矩，根據(jù)物料硬度情況能自行調(diào)整輸出轉(zhuǎn)矩的大小，而且電機(jī)的尺寸小。這種電機(jī)和控制系統(tǒng)根據(jù)編碼器檢查的定子和轉(zhuǎn)子的位置自動(dòng)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、電流和速度[4]，不受電網(wǎng)壓降影響[5]。

3 解決方案

根據(jù)1年多的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)積累，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況以及SR高扭矩開關(guān)磁阻電機(jī)本身的性能優(yōu)點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)中的主要設(shè)備破碎機(jī)進(jìn)行整體改造，破碎機(jī)電機(jī)選用SR高轉(zhuǎn)矩開關(guān)磁阻電機(jī)，其尺寸與項(xiàng)目現(xiàn)有ABB普通感應(yīng)電機(jī)基本相同，該電機(jī)具有普通感應(yīng)電機(jī)不具備的優(yōu)點(diǎn)，可以不受電網(wǎng)影響根據(jù)需要輸出滿足破碎要求的轉(zhuǎn)矩。SR開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)主要包括電機(jī)、功率變換器、控制器、位置檢測(cè)器等組成[4]。其中功率變換器將交流電整流成直流電向電機(jī)提供運(yùn)行所需要的轉(zhuǎn)矩能量；控制器是磁阻電機(jī)系統(tǒng)的控制中心，它綜合接收定子和轉(zhuǎn)子的位置、轉(zhuǎn)速、電流信號(hào)，處理后發(fā)出控制信號(hào)對(duì)功率變換器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)功率變換器對(duì)電機(jī)的可控驅(qū)動(dòng)。位置檢測(cè)器檢測(cè)電機(jī)內(nèi)部定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及電流等信號(hào)。當(dāng)定子繞組通電是產(chǎn)生磁場(chǎng)遵循磁通沿著磁阻最小的路徑閉合的原則，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸線與定子磁極的軸線不重合時(shí)，便會(huì)有磁阻力作用在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以使其趨于磁阻最小的位置[4]。

按照整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和工況要求，選定開關(guān)磁阻電機(jī)額定功率為500 kW,額定電流505 A,工作電壓690 V，短時(shí)間內(nèi)最大輸出功率為1 500 kW，電機(jī)最大設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩為8 500 Nm。開關(guān)磁阻電機(jī)核心部分為控制器，控制器主要包括IGBT、電容、控制板以及現(xiàn)場(chǎng)編碼器組成等組成。2臺(tái)電機(jī)使用1套完全相同的控制系統(tǒng)[6]。

SR開關(guān)磁阻電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境震動(dòng)劇烈，考慮采用以下預(yù)防措施：

1）在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，將電機(jī)的主體與電機(jī)內(nèi)部溫度以及編碼器的接線盒采用軟連接。

2）電機(jī)的編碼器的外部接線盒采用與電機(jī)主體之間無(wú)任何連接，對(duì)支架進(jìn)行固定

3）所有內(nèi)部和外部連接處，均采用高強(qiáng)螺栓連接在電氣控制系統(tǒng)方面，為既能充分發(fā)揮設(shè)備的有效功能又能關(guān)鍵時(shí)刻起到保護(hù)作用[3]。

具體方法：①電機(jī)采用2塊控制板，2塊控制板采用共用底板進(jìn)行通信，1塊控制板負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)另1塊控制板負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)；②采集電機(jī)的速度對(duì)電機(jī)的超速進(jìn)行檢測(cè)，利用超速信號(hào)分成3部分保護(hù)電機(jī)，分別為控制電機(jī)的急停信號(hào)、給控制板信號(hào)給PLC；③為防止信號(hào)干擾電機(jī)編碼器到PLC之間的控制線采用屏蔽電纜并采用鋼管進(jìn)行保護(hù)；④在電機(jī)控制系統(tǒng)的PLC與整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的主PLC發(fā)生通信故障時(shí)，斷開破碎機(jī)主進(jìn)線電源；⑤控制器內(nèi)部帶電容，確保電機(jī)輸出高轉(zhuǎn)矩時(shí)對(duì)電網(wǎng)沒影響；⑥電機(jī)的速度可進(jìn)行限制，限制電機(jī)的速度在1 485 rpm+10%；⑦IGBT內(nèi)部帶溫度傳感器，溫度超過(guò)125°時(shí)停機(jī)。

為確保整個(gè)破碎系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠操作靈活且方便維護(hù)，開關(guān)磁阻電機(jī)的電控系統(tǒng)采用以下幾種操作和監(jiān)測(cè)方式：

1）在SR控制器上安裝接地/遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到就地可在SR控制器柜門上進(jìn)行操作就地或通過(guò)SR本身的PLC控制系統(tǒng)控制電機(jī)的起停，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到遠(yuǎn)程時(shí)可利用主PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行操作;

2）在SR電機(jī)的控制器控制柜門上以及就地控制箱上可急停電機(jī);

3）在SR的控制柜上可監(jiān)測(cè)破碎機(jī)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及各種性能參數(shù);

4）在主PLC的上位機(jī)上可監(jiān)測(cè)破碎機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及各種性能參數(shù);

5）SR控制器可進(jìn)行速度監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)超速停機(jī)。

4 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

SR高扭矩電機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）啟動(dòng)電流小，為正常運(yùn)行電流的1.5倍，啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)影響?。?/p>

2）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不容易發(fā)熱，由實(shí)心轉(zhuǎn)子心組成，慣性??；

3）電機(jī)的磁極受開關(guān)控制，旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)；

4）輸出轉(zhuǎn)矩高，調(diào)速范圍廣；

5）電機(jī)轉(zhuǎn)矩方向只與各相通電順序有關(guān)與繞組電流方向無(wú)關(guān)，無(wú)需再增加反轉(zhuǎn)電氣設(shè)備；

6）轉(zhuǎn)矩和電流可根據(jù)物料情況進(jìn)行調(diào)整，可節(jié)能30%左右，可節(jié)能環(huán)保；

7）控制系統(tǒng)自身帶完善的控制系統(tǒng)，可減少上一級(jí)電網(wǎng)系統(tǒng)的容量，可節(jié)省上一級(jí)配電系統(tǒng)的投資。

5 結(jié)語(yǔ)

SR高扭轉(zhuǎn)電機(jī)在MMD全移動(dòng)破碎系統(tǒng)中調(diào)試完成，已成功運(yùn)行半年多，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，破碎機(jī)能力達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，適合現(xiàn)場(chǎng)各種復(fù)雜物料的要求，在碰到硬料和大塊物料時(shí)SR高扭轉(zhuǎn)電機(jī)輸出高扭矩破碎復(fù)雜物料，在物料比較軟時(shí)SR電機(jī)調(diào)整輸出轉(zhuǎn)矩大小，讓電機(jī)充分發(fā)揮了其作用和效率，既達(dá)到了預(yù)期的效果又節(jié)省了電能。

［1］ABB Electrical Machines.ABB國(guó)產(chǎn)電機(jī)檢驗(yàn)報(bào)告破碎機(jī)A&破碎機(jī)B［G］.上海：ABB Electrical Machines Ltd，2012.

［2］吳忠智，吳加林.變頻器原理及應(yīng)用指南［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

［3］李發(fā)海.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)［M］.第4版.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

［4］吳建華.開關(guān)磁阻電機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.第4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000（6）：1-10.

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【責(zé)任編輯：張東旭】

Application of SR high-torque motor in MMD fully-mobile crushing station

SHANG Sheng,XIANG Xiaoling
(Beijing Yingmaite Mining Machinery Co.,Ltd.,Beijing 101300,China)

SR high-torque motor is stable and reliable in the whole MMD fully-mobile crushing system,and crushing capacity meets the design requirements.SR high-torque switched reluctance motor has the advantages of high output torque,adjustable rotation speed,small starting current,energy saving,environmental protection,etc.

SR high-torque motor;crushing system;MMD

TD451

B

1671－9816（2017）01－0068－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.019

商勝，向曉玲.SR高扭矩電機(jī)在MMD全移動(dòng)破碎站的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（1）：68-70.

2016-08-08

商勝（1988—）女，湖北人，工程師，畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2010年至今在北京英邁特礦山機(jī)械有限公司電控部工作。