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       近日，中國礦業(yè)大學鮑久圣教授團隊，聯(lián)合中國礦業(yè)大學（北京）的科研人員基于永磁同步電機設計了一套年輸送量可達1500萬噸的刮板輸送機永磁直驅(qū)系統(tǒng)，并匹配計算了所需了永磁同步電機功率、轉(zhuǎn)速以及變頻控制器容量。成果以《刮板輸送機永磁直驅(qū)系統(tǒng)機-電耦合模型仿真與試驗研究》（點擊查看）為題在《煤炭學報》進行了網(wǎng)絡首發(fā)。

　　刮板輸送機作為綜采工作面關(guān)鍵機械設備，其性能好壞直接決定了井下煤炭開采的效率及成本的高低，而驅(qū)動系統(tǒng)是保障刮板輸送機性能穩(wěn)定、高效運行的首要條件。煤礦井下現(xiàn)有的刮板輸送機主要采用三相異步電動機作為驅(qū)動系統(tǒng)動力源。然而三相異步電動機因為自身的特性，不能直接低速驅(qū)動大扭矩負載。為滿足工程應用當中低速大扭矩場合，選擇齒輪減速器與三相異步電動機配合使用。這種配套雖然可以實現(xiàn)低速大扭矩的輸出，但是同時也降低三相異步電動機的使用效率，增加額外的設備成本及伴隨著嚴重的振動和噪聲、潛在的潤滑油滲漏污染、大量的日常維護等弊端。

　　近幾年，永磁同步電機得到快速的發(fā)展和應用，因其不借助齒輪減速器就能實現(xiàn)低速大扭矩輸出的特性被逐漸應用到刮板輸送機驅(qū)動系統(tǒng)。研究人員以此為背景設計一種年輸送量1500萬噸的重型刮板輸送機，采用兆瓦級永磁同步電機作為動力源，利用MATLAB/Simulink軟件搭建刮板輸送機永磁直驅(qū)系統(tǒng)機-電耦合仿真模型，仿真研究永磁直驅(qū)系統(tǒng)在空載啟動、滿載運行、多邊形效應等多種工況下永磁同步電機的輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、三相電流以及刮板鏈的速度、加速度、張力等動態(tài)特性變化規(guī)律。

刮板輸送機永磁直驅(qū)系統(tǒng)仿真模型原理圖

刮板輸送機永磁直驅(qū)系統(tǒng)機-電耦合仿真模型

　　仿真結(jié)果表明，永磁直驅(qū)系統(tǒng)在刮板輸送機啟動及負載變化時能夠快速響應且比較準確，由于減少了減速器的柔性緩沖，電機輸出轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩對負載突變響應波動較大；永磁直驅(qū)系統(tǒng)的動態(tài)響應在突變負載下與突變量成正相關(guān)關(guān)系，應當從驅(qū)動系統(tǒng)控制算法的優(yōu)化角度出發(fā)減小波動，改善其性能；多邊形效應影響系統(tǒng)速度控制的穩(wěn)定性，機頭鏈輪嚙合處的鏈條更易受到多邊形效應的影響。

　　最后，研究人員搭建了小功率永磁同步電機直驅(qū)模擬試驗臺架，將仿真得到的機械負載特性曲線等效處理后通過測功機加載輸入，開展了刮板輸送機永磁同步電機直驅(qū)系統(tǒng)的模擬驅(qū)動試驗。

　　模擬試驗結(jié)果表明，臺架試驗測得的永磁同步電機動態(tài)特性曲線與對應仿真試驗得到的永磁同步電機動態(tài)曲線的變化規(guī)律基本一致，從而從側(cè)面驗證了研究建立的刮板輸送機永磁直驅(qū)系統(tǒng)機-電耦合模型的正確性。

　　這項研究得到了國家自然科學基金-山西煤基低碳聯(lián)合基金重點項目、中國礦業(yè)大學重大項目培育專項項目、江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目的資金支持。