引言

在水泥生產(chǎn)線上，需要機(jī)械能的設(shè)備眾多，它們都離不開電機(jī)。這些電機(jī)的運(yùn)行，在新技術(shù)出現(xiàn)前，無論其運(yùn)行是否節(jié)能，消耗是否大，啟動(dòng)是否便利，我們已經(jīng)習(xí)以為常。然而，永磁同步電機(jī)的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀，它與傳統(tǒng)的三相異步電機(jī)相比，具有效率高、功率因數(shù)高、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、力能指標(biāo)好、溫升低等一系列優(yōu)點(diǎn)，深受工礦企業(yè)歡迎。本文結(jié)合永磁同步電機(jī)在某公司水泥生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以資參考。

1.1 在回轉(zhuǎn)窯輔傳裝置上的應(yīng)用

該公司回轉(zhuǎn)窯輔傳裝置配置的三相異步電機(jī)(Y280S-4，75kW，1480r/min，140A)，采用軟啟器啟動(dòng)。輔傳裝置的作用是：當(dāng)主電動(dòng)機(jī)或主電源發(fā)生故障時(shí)，用來慢轉(zhuǎn)窯以免筒體彎曲；在鑲砌窯襯或維修時(shí)使筒體能停留在某個(gè)指定的位置；啟動(dòng)窯時(shí)可以減小主電機(jī)的啟動(dòng)功率。然而，正常運(yùn)轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)窯突發(fā)停機(jī)，這時(shí)窯內(nèi)物料較多，必須慢驅(qū)轉(zhuǎn)窯，但過流跳停現(xiàn)象相伴而至，慢驅(qū)轉(zhuǎn)窯無法實(shí)現(xiàn)。只有將慢驅(qū)與窯主減速機(jī)脫開后，先開啟窯輔傳裝置再?gòu)?qiáng)行與窯主減速機(jī)進(jìn)行連接，方可實(shí)現(xiàn)慢驅(qū)轉(zhuǎn)窯。這種方式存在較大的沖擊力，必然造成減速機(jī)損傷、打齒，使用壽命大幅縮短。

2019年，我們將此電機(jī)更換為永磁同步電機(jī)(見圖1，型號(hào)XTY3 280M-6，75kW，1000r/min，123.4A，江蘇祝爾慷公司生產(chǎn))，控制方式改為直接啟動(dòng)。本次改造徹底杜絕了窯輔傳裝置過流跳停現(xiàn)象的發(fā)生，窯主減速機(jī)壽命也大幅延長(zhǎng)，較好地確保了回轉(zhuǎn)窯窯體安全。

圖1 配套回轉(zhuǎn)窯輔傳裝置的永磁同步電機(jī)

1.2 在篦冷機(jī)余風(fēng)風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

該公司篦冷機(jī)余風(fēng)風(fēng)機(jī)配置的三相異步電機(jī)(TYKK5602-6W，900kW，990r/min，64.8A)采用變頻控制。余風(fēng)風(fēng)機(jī)為回轉(zhuǎn)窯篦冷機(jī)中低溫段余風(fēng)的排出提供動(dòng)力或者說提供所需要的負(fù)壓。為適應(yīng)各種工藝狀況需求，余風(fēng)風(fēng)機(jī)及電機(jī)選型大，正常窯況時(shí)余風(fēng)電機(jī)負(fù)載率僅為30％左右，電機(jī)效率較低，電耗較高。

2019年將此電機(jī)更換為永磁同步電機(jī)(YKK560-6，900kW，1000r/min，56.3A)，仍采用原變頻器控制。更換后取得了較好的節(jié)電效果，余風(fēng)風(fēng)機(jī)噸熟料電耗由改造前的1.29kWh/t降低至0.92kWh/t，降低28.7％。

1.3 在礦渣上料皮帶機(jī)上的應(yīng)用

該公司礦渣上料皮帶配置的三相異步電機(jī)(HM2-250M-455kW1480r/min，103A)、減速機(jī)(DCY280-31.5-2N)采用軟啟器啟動(dòng)。礦渣上料皮帶用于從渣場(chǎng)輸送礦渣至礦渣倉(cāng)，供立磨使用，傾斜角為16°。此皮帶實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷較重，減速機(jī)使用壽命僅1.5年左右，并且在使用后期，需要頻繁注油，更換時(shí)需要耗費(fèi)吊具、人工等，產(chǎn)生較高的維護(hù)費(fèi)用。

2021年，我們將此電機(jī)及減速機(jī)改造為永磁直驅(qū)同步電機(jī)(XTYZ 75/50，75kW，50r/min，130.7A)，控制方式改為變頻器驅(qū)動(dòng)。自投用以來運(yùn)行穩(wěn)定，基本無維護(hù)費(fèi)用產(chǎn)生。

(1)永磁同步電機(jī)在低負(fù)載大扭矩工況下，仍可保持較高功率因數(shù)及效率。

永磁同步電機(jī)在轉(zhuǎn)子上嵌入永磁體，由永磁體建立磁場(chǎng)，在正常工作時(shí)轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)同步運(yùn)行，徹底消除勵(lì)磁電流，消除了轉(zhuǎn)子損耗，使電機(jī)效率、功率因數(shù)大幅提升。從圖2可以看出，永磁同步電機(jī)負(fù)載率(p2/pn)在25％～120％范圍內(nèi)均可保持較高的效率和功率因數(shù)。案例2借助永磁同步電機(jī)的這一優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)電機(jī)工作在較低負(fù)載率的情況下，仍可確保電機(jī)效率處于較高水平，降低了電耗。

圖2 永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)效率及功率因數(shù)曲線

(2)調(diào)整永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)可增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

由于永磁同步電機(jī)的效率及功率因數(shù)較高，在與異步電動(dòng)機(jī)相同啟動(dòng)電流情況下，其實(shí)際有功功率大于異步電動(dòng)機(jī)，從而可輸出更高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

永磁同步電機(jī)采用異步啟動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)子上裝有啟動(dòng)銅籠條，此銅籠條在啟動(dòng)時(shí)作輔助啟動(dòng)作用，正常運(yùn)行不起作用，因此能根據(jù)負(fù)載需求通過自身設(shè)計(jì)提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能較好地解決動(dòng)力設(shè)備中“大馬拉小車”的現(xiàn)象。案例1利用永磁同步電機(jī)這一優(yōu)點(diǎn)，解決了原異步電機(jī)啟動(dòng)力矩不足問題，提高了設(shè)備使用壽命、提高了生產(chǎn)效率。案例3利用永磁同步電機(jī)此優(yōu)點(diǎn)，不僅替代了原來的電機(jī)，還省去了減速機(jī)，降低了維護(hù)頻次，減少了維護(hù)費(fèi)用。

該公司的實(shí)踐證明，永磁同步電機(jī)在工礦企業(yè)的生產(chǎn)線上對(duì)提高工作效率、改善工作效果、實(shí)現(xiàn)節(jié)電等方面確有突出表現(xiàn)，但也有需要注意的三點(diǎn)：

(1)不可逆退磁問題。永磁同步電機(jī)在高溫或在劇烈的機(jī)械振動(dòng)時(shí)有可能產(chǎn)生不可逆退磁，或叫失磁，使電機(jī)性能下降，甚至無法使用。

(2)對(duì)變頻器有一定的要求。具體改造時(shí)，如需要變頻啟動(dòng)，需要評(píng)估變頻器與永磁電機(jī)的匹配性，必要時(shí)需更換變頻器或?qū)ψ冾l器進(jìn)行升級(jí)改造。

(3)需要對(duì)原設(shè)備基礎(chǔ)、框架承重能力進(jìn)行評(píng)估。進(jìn)行永磁直驅(qū)電機(jī)改造時(shí)，需要提前核算永磁直驅(qū)電機(jī)的重量，對(duì)原設(shè)備基礎(chǔ)、框架承重能力進(jìn)行評(píng)估，需要時(shí)必須進(jìn)行加固。

作者：崔寧

來源：《山東魯碧建材有限公司》

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