引言

黨的十九大提出大力推進綠色發展、循環發展，形成節約資源和保護環境的空間格局、產業結構、生產方式。

《國務院關于印發工業轉型升級規劃(2011-2015年)的通知》要求加快推進工業節能降耗，加快資源循環利用，促進工業向節約、清潔、低碳、高效生產方式轉變，推動工業轉型升級。

電機是工業領域的主要耗電終端產品，由于系統匹配不合理、調節方式落后等因素，我國電機系統的運行效率比國外先進水平低10余個百分點。我國電機消耗工業用電總量的75%,據估算全國電機系統年節電潛力1300~2300 億kWh,相當于2~3個三峽電站的發電量。工信部自2012年以來，就組織行業協會、有關專家等對電機及電機系統的能效提升進行多次研究，完成電機能效提升計劃的制定并確定了主要目標。工信部提出的實施電機能效提升計劃中，確定了切實可行的方案：淘汰低效電機、推廣高效電機、實施電機系統節能技術升級等。

永磁同步電機的外特性效率曲線相比異步電機，在輕載時效率值要高很多，這是永磁同步電機在節能方面，相比異步電機最大的一個優勢。永磁同步電機在輕載區，仍能保持較高的效率，其效率要高于異步電機20%以上。

永磁直驅電機系統是驅動單元的變革與創新，它融合了變頻矢量控制技術、低速直驅大轉矩永磁電機技術、智能控制技術等，革命性的去掉傳統減速機機械裝置，用永磁直驅電機直接與選粉機負載軸相連，直接驅動負載，永磁直驅電機系統是驅動單元的變革與創新，它融合了變頻矢量控制技術，低速直驅使傳動系統結構更簡化，效率更高，噪音降小，安裝更便捷，而且無需人工再進行日常維護檢修，從而節約大量的人力物力成本，減輕生產過程中的環境污染，有效減少碳排放。

永磁直驅系統主要有兩部分組成：永磁直驅電機和專用變頻器，如圖1所示。

其主要優勢有以下幾個方面：

(1)高效節能。由于去掉了傳統的減速機等過渡傳動環節，減少功率傳遞損失。采用的永磁直驅電機效率達到國際IE4(高于國家一級能耗標準);直驅電機采用專用變頻器控制啟動及運行，啟動電流不超過額定電流的2倍，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求；直驅電機功率因數可達0.98,電網無功損耗較少。

(2)啟動轉矩大，過載能力強。永磁同步電動機匹配智能同步變頻器能恒定輸出額定負載轉矩2.2倍的啟動轉矩；解決重載啟動難的問題，避免電動機“大馬拉小車’現象。

(3)優秀的調速性能。實現由量定速，減小設備磨損以及沖擊負荷。

(4)卓越的功率平衡功能。根據需要分配多機間載荷，避免單機過載造成的設備損壞等問題。

(5)豐富的通訊功能。支持CAN、RS485、PROFIBUS -DP等多種通信接口的接入，可保存最近三個月的運行數據。可與上位機通訊，實現在線監測監控。

(6)環境友好。占地小、防腐好、噪音低、免維護。

鑒于以上分析，我公司決定采用DYT永磁直驅電機用于驅動選粉機，并組織相關尺寸測量，同時聯系廠家定制一臺電機。

我公司選粉機原傳動結構組成，見表1。

我公司選粉機采用“變頻電機+減速機”形式，實物圖如圖2所示，工況有調速需求，異步電機的調節范圍一般在0~1500r/min左右。自使用以來，選粉機受垂直傳動影響，有以下常見故障點：

(1)立式安裝的減速機配備強制潤滑系統，如果油品差或者泵壓不夠，會導致上端軸承和齒輪潤滑不充分，另外，強制潤滑系統經常出現管道阻塞問題，所以要每年更換兩到三次潤滑油，維護量大，成本高，減速機漏油嚴重。

(2)傳動系統效率在75%左右，效率偏低，能量損耗大。

(3)減速機高速端轉速高，震動大，導致密封容易損壞。

3.1 零部件制作安裝

選粉機軸與電機軸采用尼龍柱銷聯軸器連接，永磁同步直驅電機直接利用原傳動結構基礎，根據基礎結構尺寸制作連接法蘭盤，電機和基礎通過連接法蘭固定。

3.2 永磁同步直驅電機系統選型

3.3 永磁同步電機性能參數(表2)

3.4 電氣控制系統

調速方式：全數字開環同步矢量控制。

控制方式：采用同步矢量控制方式，啟動轉矩不小于150%額定轉矩。

電源：輸入電源電壓AC380V,頻率50Hz;電壓允許波動范圍-20%~+20%;頻率允許波動范圍±2.5%。

輸出頻率連續可調：伺服控制器的頻率調節精度0.1Hz,穩定精度0.1%,控制器有一定的弱磁擴速功能。

功率因數：cosφ>0.95。

低頻運轉時，具有恒轉矩調速功能，能保證150%的額定轉矩輸出。

保護：伺服控制器設有過壓、欠壓、過流、過載，功率元件過熱和電機繞組過熱、缺相等保護，設有故障記憶功能。

通過以上改造，永磁同步直驅電動機可實現直接驅動負載設備。改造后實物見圖3。

4.1 使用成本對比(表3)

使用永磁直驅電機系統能效提高約14%。

選粉機電流由之前的50A降至33A,現場振動大幅減小。以年運行T=6000h,電費0.6元/kWh計算，每年可節約成本：

W=√3×U×I×T×A=1.732×0.38×17×6000×0.6元=4萬元

4.2 維保費用對比(表4)

使用永磁直驅電機系統年維護費用減少約1.8萬元。

從以上統計結果可以看出，使用永磁直驅電機不但能夠實現能效提升，節省部分電費，還可從根本上解決減速機的維護問題，降低維護成本。

從永磁電機的結構分析，電機內易損件為前后軸承，軸承的壽命和載荷、轉速等因素有關。永磁電機所用軸承全部采用全球優質品牌SKF軸承，選型按照最惡劣工況，充分考慮軸向力和徑向力對電機軸承造成的影響。另外永磁電機的輸出轉速較低，軸承的磨損程度遠遠小于高速工況條件，在仿真模擬軸承壽命時，最長可達10萬h，所以平時對電機的維護十分便捷，每3000h對前后軸承加注#3鋰基脂即可。

作者：丁立

所屬：中國葛洲壩集團水泥有限公司

來源：《中國水泥》

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