永磁直驱技术应用于选粉机
水泥 阚乃杰 2021-08-06
1.概述
目前选粉机普遍采用变频异步电动机+齿轮箱驱动，该驱动方式的特点是：通过变频器调节电机的转速、轴功率来适应选粉机负载的变化要求。做到了系统节能，实现了软启动，控制方便。但随着永磁材料应用技术的发展，电力传动技术又有新的飞跃。
大功率低速永磁电动机的发明，使得电动机直接驱动负载，即取消齿轮箱，简化传动链，提高传动系统的可靠性得以实现。该系统在船舶动力、煤炭运输、矿井提升等设备上得到广泛应用，为动力传送技术带来革命性变革。
本文以200kW选粉机驱动系统为例，就此系统使用永磁变频电动机直接驱动技术进行可行性论述。（因参考资料有限，本文中引用数据实际数据可能有一定误差）
2.现有传动系统
1）组成：变频器+变频异步电动机+齿轮箱。
2）基本参数及维护费用
a）基本参数见表1。
表1 变频异步电动机和齿轮箱基本参数
b）维护费用（估算）见表2。
3.永磁变频直驱系统
1）组成：变频器+永磁电动机。
2）基本参数及维护费用
a）基本参数见表3。
b）维护费用见表4。
4.两种驱动方式对比分析
1） 传动链对比——永磁直驱简化了传动链
永磁直驱方式取消了齿轮箱，省去了中间环节，简化了传动链。
2） 可靠性对比——永磁直驱系统简化，无齿直联，可靠性得到大大提高。
3） 占用空间及地基对比———相比而言，变频永磁直驱系统节省大量占地面积，空间利用率高。
4） 环境友好性对比————变频永磁直驱系统无液体油，生产现场无环境污染隐患。
5） 运行维护费用对比
a）运行费用对比：
按工作电流、年工作时间，永磁直驱方式效率可提高：
（1/92.7%-1×96%/95.7%)=7.56%
按工作系数0.9计算，节约功率 ：
200/92.7%×200×96%/95.7%×0.9=13.6（kW）
按每年工作300天，每天工作24h计算：
13.6×24×300=97,920(kW·h)
按每度电0.85元计算：
97,920×0.85=83,232（元）
即每台（套）每年节约电能97,920度，节省运行费用83,232元。
b）检修维护对比（估算）：
齿轮箱的运行维护成本，每年节约费用为：11,692元/年。
相应的运行维护工作、人员开资可全部节省。
6） 效率、功率因数特性对比：
高效区宽，即轻负载运行时仍具很有高效率、功率因数，节能效果明显。具体对比见表5、图1、图2。
7） 振动、噪声对比——永磁直驱系统振动更低、噪声更小。
5.系统改造可行性分析
1）永磁直驱电动机技术成熟并已得到广泛应用
永磁电动机的成熟性：永磁电动机与电励磁同步机电动机原理、结构相同，把电励磁系统改为永磁体励磁。自上世纪80年代第三代永磁体钕铁硼技术问世至今，在伺服电机系统使用率已达100%，小型电机中使用率达95%，工业电机中也已得到大量应用，如风力发电、船舶动力、石油化工、电梯、煤炭运输、矿井提升等。
2） 使用永磁直驱系统能带来巨大的经济效益
替代后每台每年节约费用：
83,232+11,692 =9.5万元
3） 安装条件分析
可根据现场情况，设计为立式安装，可有效利用空间排布，减少占地面积（见图3）。
图3
6.结论
1） 永磁直驱的技术优势和缺点
a） 优势：简化了传动链、提高系统可靠性、效率高、功率因数高、运行成本低、节约能源、无液油、免维护、振动低、噪声小。
b） 缺点：和变频异步电动机单机比较重量大，体积大、与现有异步电动机安装尺寸不能通用。
2） 替代方案具有很大的技术优势、经济优势。
7.应用现场
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