漆復(fù)興

應(yīng)用研究

永磁電機(jī)的短接對(duì)斜皮帶機(jī)下滑的輔助保護(hù)

漆復(fù)興

（南京渥孚磁動(dòng)力科技有限公司，南京江蘇 210000）

本文介紹了三相永磁同步電動(dòng)機(jī)短接后，對(duì)傾斜帶式輸送機(jī)下滑的輔助保護(hù)工作原理，通過對(duì)實(shí)際案例的計(jì)算，得出當(dāng)逆止器失效后，滿物料的帶式輸送機(jī)將以0.044m/s的速度勻速下滑，這種下滑速度不會(huì)對(duì)下端設(shè)備產(chǎn)生沖擊，造成飛車事故，證明是一種有效的帶式輸送機(jī)輔助防下滑的方法，具有較好的推廣價(jià)值。

永磁同步電動(dòng)機(jī) 帶式輸送機(jī) 輔助保護(hù) 制動(dòng)力矩 下滑速度

0 引言

在散裝物料的轉(zhuǎn)運(yùn)、短距離輸送等環(huán)節(jié)，帶式輸送機(jī)是一個(gè)非常重要的工藝裝備，由于其輸送物料自動(dòng)化程度高、運(yùn)行平穩(wěn)、管理維護(hù)方便，目前在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，隨著帶式輸送機(jī)功能的多元化和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大化，長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高帶速的大型帶式輸送機(jī)也成為發(fā)展的主要方向，其中，有很多是帶坡度或起伏的輸送環(huán)境，在這樣的環(huán)境里一般采用傾斜帶式輸送機(jī)，特殊情況下甚至傾角達(dá)到了16°～25°[1]，這種傾斜帶式輸送機(jī)一旦意外停機(jī)，在物料重力的作用下，傾斜帶式輸送機(jī)將發(fā)生逆轉(zhuǎn)，造成輸送帶回溜和物料堆積，國(guó)內(nèi)已發(fā)生多起因逆止失效導(dǎo)致輸送機(jī)倒轉(zhuǎn)繼而飛車、物料下滑堵塞巷道、減速器和電機(jī)超速損壞等破壞性事故，給安全生產(chǎn)造成了很大損失。在嚴(yán)重情況下還會(huì)造成人員傷害，為防止輸送帶發(fā)生逆行或下滑事故，這類帶式輸送機(jī)一般都安裝有逆止器，常用的逆止器有三種[2]：①帶式逆止器；②滾柱逆止器；③異形塊逆止器。分析上述三種逆止器的工作原理，在止動(dòng)時(shí)都有摩擦、磨損的問題，因此，理論上還是存在逆止器失效的可能。

近年來，三相永磁同步電機(jī)因其高效率、高功率因數(shù)的特性，在帶式輸送機(jī)上也得到了廣泛使用，特別是所謂“永磁直驅(qū)技術(shù)”，利用其低速、大扭矩的輸出，直接取代異步電動(dòng)機(jī)+減速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)，大幅提升了系統(tǒng)的傳動(dòng)效率和減少了系統(tǒng)的維護(hù)工作量。這也為采用永磁電動(dòng)機(jī)三相引出線短接的方式，對(duì)帶式輸送機(jī)下滑起輔助保護(hù)作用提供了可能。

1 三相永磁電機(jī)短接止動(dòng)原理

圖 1 永磁電機(jī)三相短接示意圖

2 項(xiàng)目應(yīng)用

現(xiàn)以某水泥廠的一條傾斜帶式輸送機(jī)為例來進(jìn)行具體分析計(jì)算，輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 輸送機(jī)主要參數(shù)

該帶式輸送機(jī)正好作了永磁直驅(qū)電機(jī)的改造，采用的是永磁滾筒電機(jī)（外轉(zhuǎn)子電機(jī)），電機(jī)參數(shù)如表 2。

表2 電動(dòng)機(jī)及運(yùn)行參數(shù)

2.1 下滑力的確定

分析下滑速度前需要確定帶式輸送機(jī)在物料的重力作用下所產(chǎn)生的下滑力，可以借鑒國(guó)內(nèi)外常用的逆止器所需逆止力矩計(jì)算方法[3]，有①下滑力計(jì)算法，②輸送機(jī)逆止功率計(jì)算法，③帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率計(jì)算法等，三種方法中，下滑力計(jì)算法是計(jì)算輸送機(jī)逆止力矩最準(zhǔn)確、最合理的方法，是國(guó)內(nèi)和國(guó)際上公認(rèn)的計(jì)算方法，也是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB50431-2008 帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第 9.6 節(jié)“制動(dòng)和逆止裝置”中的逆止力矩所規(guī)定的計(jì)算方法。最大下滑力Fstmax為：

考慮到輸送機(jī)皮帶下滑過程中也會(huì)受到摩擦阻力的作用，因此還需要確定最小主要阻力Fmin如下：

式中：—模擬摩擦系數(shù)，取0.012；1—承載、回程段托輥單位長(zhǎng)度旋轉(zhuǎn)部質(zhì)量；0—輸送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量。

用式（1）減去式（2）得到實(shí)際下滑力F：

（4）式中：－驅(qū)動(dòng)滾筒直徑（即永磁滾筒電機(jī)外徑）

將輸送機(jī)的資料代入式（1）～（4）計(jì)算得出下滑轉(zhuǎn)矩為：12.44 kNm。

2.2 永磁電機(jī)短路電磁轉(zhuǎn)矩的確定

這一問題可歸于電機(jī)學(xué)里永磁同步發(fā)電機(jī)的短路狀態(tài)分析，其短路電磁轉(zhuǎn)矩Te和產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速n可根據(jù)下面公式[4]進(jìn)行計(jì)算。

式中：—極對(duì)數(shù)`；R—定子相電阻；—電角速度；—永磁體磁鏈；L—直軸電感；L—交軸電感；

隨著電機(jī)設(shè)計(jì)手段的豐富，短路電磁轉(zhuǎn)矩Te和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速n還可以通過有限元仿真計(jì)算得出，采用有限元仿真計(jì)算如同電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算一樣，需要求解的問題量隨時(shí)間而變化，所以采用瞬態(tài)場(chǎng)求解，在瞬態(tài)求解中的運(yùn)動(dòng)設(shè)置里與電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)稍有不同，電動(dòng)機(jī)計(jì)算一般是將其旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置為電動(dòng)機(jī)的同步速度，這里設(shè)置為變量，以方便進(jìn)行參數(shù)化掃描，同時(shí)在激勵(lì)源里采用外電路設(shè)置，以方便三相繞組短接，外電路如圖2。

圖2 有限元仿真計(jì)算的外電路（三相短接）

通過對(duì)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的參數(shù)化掃描，得到了電磁轉(zhuǎn)矩Te與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系曲線，如圖3。

圖3 電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖

從圖3中可以看出，電機(jī)在沒有飽和的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，在掃描中得到的一個(gè)點(diǎn)：電磁轉(zhuǎn)矩為14.4 kNm 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為1.2 rpm，按線性關(guān)系計(jì)算，上述通過式（1）～（4）計(jì)算的轉(zhuǎn)矩12.44 kNm 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速則為：1.04 rpm。

此時(shí)：T=T

下滑轉(zhuǎn)矩與永磁電機(jī)產(chǎn)生的電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到了平衡，根據(jù)牛頓定律，滾筒將以1.05 rpm勻速旋轉(zhuǎn)。

3 結(jié)論

通過對(duì)永磁電動(dòng)機(jī)的三相繞組短接，雖然不能在逆止器失效后，使輸送機(jī)的皮帶完全停止下滑，在下端會(huì)造成物料堆積，但可以使其以極低的速度下滑，對(duì)下端設(shè)備不會(huì)造成沖擊，可以避免發(fā)生嚴(yán)重的飛車事故甚至人身傷害，且采取永磁電動(dòng)機(jī)三相繞組短接的措施，所需成本也非常低廉，因此，該技術(shù)方法極具推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1] 姜雪, 趙瑞爽等.大傾角下運(yùn)帶式輸送機(jī)停機(jī)快速施閘的研究[J]. 煤礦機(jī)械，2020, 41(11): 52-53.

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Auxiliary protection of short-circuit permanent magnetic motor against sliding of belt conveyor

Qi Fuxing

(Nanjing MagnetomotiveTechnology Co., Ltd,Nanjing 210000, Jiangsu, China)

TD634

A

1003-4862（2022）11-0036-03

2022-07-04

漆復(fù)興（1965-），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事電機(jī)設(shè)計(jì)及稀土永磁衍生產(chǎn)品的研發(fā)工作。E-mail: qifuxin@sina.com