永磁直驅(qū)技術(shù)應(yīng)用于選粉機(jī)

1.概述

目前選粉機(jī)普遍采用變頻異步電動(dòng)機(jī)+齒輪箱驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)是：通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、軸功率來(lái)適應(yīng)選粉機(jī)負(fù)載的變化要求。做到了系統(tǒng)節(jié)能，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，控制方便。但隨著永磁材料應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，電力傳動(dòng)技術(shù)又有新的飛躍。

大功率低速永磁電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，使得電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，即取消齒輪箱，簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性得以實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)在船舶動(dòng)力、煤炭運(yùn)輸、礦井提升等設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用，為動(dòng)力傳送技術(shù)帶來(lái)革命性變革。

本文以200kW選粉機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為例，就此系統(tǒng)使用永磁變頻電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行可行性論述。（因參考資料有限，本文中引用數(shù)據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)可能有一定誤差）

2.現(xiàn)有傳動(dòng)系統(tǒng)

1）組成：變頻器+變頻異步電動(dòng)機(jī)+齒輪箱。

2）基本參數(shù)及維護(hù)費(fèi)用

a）基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 變頻異步電動(dòng)機(jī)和齒輪箱基本參數(shù)

b）維護(hù)費(fèi)用（估算）見(jiàn)表2。

3.永磁變頻直驅(qū)系統(tǒng)

1）組成：變頻器+永磁電動(dòng)機(jī)。

2）基本參數(shù)及維護(hù)費(fèi)用

a）基本參數(shù)見(jiàn)表3。

b）維護(hù)費(fèi)用見(jiàn)表4。

4.兩種驅(qū)動(dòng)方式對(duì)比分析

1） 傳動(dòng)鏈對(duì)比——永磁直驅(qū)簡(jiǎn)化了傳動(dòng)鏈

永磁直驅(qū)方式取消了齒輪箱，省去了中間環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)鏈。

2） 可靠性對(duì)比——永磁直驅(qū)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，無(wú)齒直聯(lián)，可靠性得到大大提高。

3） 占用空間及地基對(duì)比———相比而言，變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)節(jié)省大量占地面積，空間利用率高。

4） 環(huán)境友好性對(duì)比————變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)無(wú)液體油，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)環(huán)境污染隱患。

5） 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用對(duì)比

a）運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比：

按工作電流、年工作時(shí)間，永磁直驅(qū)方式效率可提高：

（1/92.7%-1×96%/95.7%)=7.56%

按工作系數(shù)0.9計(jì)算，節(jié)約功率 ：

200/92.7%×200×96%/95.7%×0.9=13.6（kW）

按每年工作300天，每天工作24h計(jì)算：

13.6×24×300=97,920(kW·h)

按每度電0.85元計(jì)算：

97,920×0.85=83,232（元）

即每臺(tái)（套）每年節(jié)約電能97,920度，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用83,232元。

b）檢修維護(hù)對(duì)比（估算）：

齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)成本，每年節(jié)約費(fèi)用為：11,692元/年。

相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)工作、人員開(kāi)資可全部節(jié)省。

6） 效率、功率因數(shù)特性對(duì)比：

高效區(qū)寬，即輕負(fù)載運(yùn)行時(shí)仍具很有高效率、功率因數(shù)，節(jié)能效果明顯。具體對(duì)比見(jiàn)表5、圖1、圖2。

7） 振動(dòng)、噪聲對(duì)比——永磁直驅(qū)系統(tǒng)振動(dòng)更低、噪聲更小。

5.系統(tǒng)改造可行性分析

1）永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟并已得到廣泛應(yīng)用

永磁電動(dòng)機(jī)的成熟性：永磁電動(dòng)機(jī)與電勵(lì)磁同步機(jī)電動(dòng)機(jī)原理、結(jié)構(gòu)相同，把電勵(lì)磁系統(tǒng)改為永磁體勵(lì)磁。自上世紀(jì)80年代第三代永磁體釹鐵硼技術(shù)問(wèn)世至今，在伺服電機(jī)系統(tǒng)使用率已達(dá)100%，小型電機(jī)中使用率達(dá)95%，工業(yè)電機(jī)中也已得到大量應(yīng)用，如風(fēng)力發(fā)電、船舶動(dòng)力、石油化工、電梯、煤炭運(yùn)輸、礦井提升等。

2） 使用永磁直驅(qū)系統(tǒng)能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益

替代后每臺(tái)每年節(jié)約費(fèi)用：

83,232+11,692 =9.5萬(wàn)元

3） 安裝條件分析

可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)為立式安裝，可有效利用空間排布，減少占地面積（見(jiàn)圖3）。

圖3

6.結(jié)論

1） 永磁直驅(qū)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)

a） 優(yōu)勢(shì)：簡(jiǎn)化了傳動(dòng)鏈、提高系統(tǒng)可靠性、效率高、功率因數(shù)高、運(yùn)行成本低、節(jié)約能源、無(wú)液油、免維護(hù)、振動(dòng)低、噪聲小。

b） 缺點(diǎn)：和變頻異步電動(dòng)機(jī)單機(jī)比較重量大，體積大、與現(xiàn)有異步電動(dòng)機(jī)安裝尺寸不能通用。

2） 替代方案具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

7.應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)