永磁同步電機(jī)在水泥行業(yè)的應(yīng)用探討

  1、引言

  在環(huán)境條件逐步惡化，資源逐步瀕臨匱乏的今天，節(jié)能環(huán)保理念越來越深入人心，世界各國(guó)都開始致力研發(fā)節(jié)能環(huán)保技術(shù)，加大推廣方面的投資。同樣節(jié)約能源也成為我國(guó)的基本國(guó)策，是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針。作為耗能大戶的水泥行業(yè)一直是國(guó)家宏觀調(diào)控的重點(diǎn)，也是節(jié)能的重點(diǎn)行業(yè)。水泥行業(yè)節(jié)能的關(guān)鍵是企業(yè)電機(jī)節(jié)能。

  2、國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)電機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

  據(jù)中投顧問發(fā)布的《2011-2015》年中國(guó)高效節(jié)能電機(jī)行業(yè)投資分析及前景預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，目前我國(guó)電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘恳堰_(dá)4億多KW，年耗電量達(dá)1.2萬億KWh，占全國(guó)總用電量的60%，占工業(yè)用電量的80%，其中風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)的裝機(jī)總?cè)萘恳殉^2億KW，年耗電量達(dá)8000億KWh，占全國(guó)總用電量的40%左右。這些電動(dòng)機(jī)大多在較低的電能利用率下運(yùn)行，只要將這些電動(dòng)機(jī)電能利用率提高10～15%，全年至少可節(jié)電100億KW以上。足以看出電機(jī)節(jié)能的市場(chǎng)巨大潛力和重要性。電機(jī)耗能現(xiàn)象嚴(yán)重，不僅增加了企業(yè)生產(chǎn)成本，造成了電力能源的極大浪費(fèi)，更與我國(guó)推行的節(jié)能減排戰(zhàn)略不相符。

  隨著規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，大、中型水泥廠的建設(shè)日趨完善，隨之而來的節(jié)能減排任務(wù)相當(dāng)繁重。在水泥廠用電中，中小型電機(jī)占據(jù)主導(dǎo)地位，每年所消耗的電能占整個(gè)水泥廠電能損耗的一半以上。為了進(jìn)一步落實(shí)國(guó)家節(jié)能減排政策，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的指標(biāo)，中小型電機(jī)的節(jié)能是水泥行業(yè)所面臨的一大課題，也是水泥行業(yè)發(fā)展的新機(jī)遇。

  目前，目前水泥廠無論大小裝備都采用的是電機(jī)拖動(dòng)，其中90%是交流異步電機(jī)，這其中約70%拖動(dòng)的是風(fēng)機(jī)等類負(fù)載，這類負(fù)載有很大一部分需要調(diào)速。目前在傳統(tǒng)的應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)風(fēng)量的方式是利用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)擋風(fēng)板，通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的開度來調(diào)節(jié)所需風(fēng)量。在調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的過程中，電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變，其輸出能量也不變，只通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的開度來達(dá)到負(fù)載所需的風(fēng)量要求。根據(jù)能量守恒定律，當(dāng)負(fù)載根據(jù)系統(tǒng)的需求需要很小的風(fēng)量時(shí)，其擋風(fēng)板的開度就要減小，此時(shí)電機(jī)的輸出能量與負(fù)載所需能量之差，在此過程中就被白白消耗和損失掉。由于水泥廠是多粉塵企業(yè)，即使在每個(gè)揚(yáng)塵點(diǎn)都使用了防塵設(shè)備和收塵措施，也難避免細(xì)微粉塵的排放。在使用過程中，很多擋風(fēng)板由于受環(huán)境的影響，不能按照指令靈活的開關(guān)風(fēng)門，甚至在使用過程中被物料卡住，導(dǎo)致無法調(diào)節(jié)，經(jīng)常要人上去巡視和現(xiàn)場(chǎng)清理，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還給生產(chǎn)帶來很大損失，更重要的是能量損耗嚴(yán)重。再加上采用閘板控制閥門引起的阻力損耗，嚴(yán)重影響設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，改善這一調(diào)節(jié)方式勢(shì)在必行。

  在國(guó)家出臺(tái)的《節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中，運(yùn)用高效節(jié)能技術(shù)和采用高效節(jié)能裝備是重要一環(huán)。使用高效節(jié)能電機(jī)是提高電機(jī)運(yùn)行效率的一個(gè)重要的途徑。

  水泥行業(yè)名列國(guó)家六大耗電行業(yè)之中，它是中小型電動(dòng)機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，能耗大，節(jié)能的潛力高。一般情況下，水泥廠主要生產(chǎn)車間如生料磨車間、回轉(zhuǎn)窯和水泥磨車間的電動(dòng)機(jī)大多都是24小時(shí)連續(xù)工作制，工作時(shí)間長(zhǎng)，工作負(fù)荷也相對(duì)穩(wěn)定，這些特點(diǎn)都有利于高效電動(dòng)機(jī)在水泥廠的推廣和使用。

  3、采用高能效電機(jī)的必要性

  根據(jù)GB18613-2006《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》，我國(guó)將電機(jī)能效分為三級(jí)，能效一級(jí)為超高效電機(jī)，能效二級(jí)為高效電機(jī)，能效三級(jí)為普通電機(jī)。高效電動(dòng)機(jī)工藝通過優(yōu)化設(shè)計(jì)并采用優(yōu)質(zhì)材料整型而成，其能耗平均可以下降20%左右。而超高效電動(dòng)機(jī)能耗比普通電動(dòng)機(jī)能耗節(jié)能超過30%，并且在整個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)，都可為企業(yè)節(jié)約電能。雖然價(jià)格比普通電動(dòng)機(jī)高15%~30%之間，但在一般情況下，其高于普通電動(dòng)機(jī)的一次性投資一般可以在1~3年內(nèi)全部收回。因此，在長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行、負(fù)荷率較高的水泥廠選用優(yōu)質(zhì)高效節(jié)能電機(jī)，不僅符合我國(guó)節(jié)能政策，而且從企業(yè)生存和發(fā)展等角度考慮，也是非常有必要和切實(shí)可行的。

  據(jù)統(tǒng)計(jì)，一條5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線,其主要用電設(shè)備，包括石灰石礦山，原料粉磨，熟料燒成，一直到水泥散裝/包裝發(fā)運(yùn)等主要生產(chǎn)流程，及空壓機(jī)、水泵站、水處理、機(jī)電維修等輔助流程，有電動(dòng)機(jī)約1100臺(tái)組?？傃b機(jī)功率約5.7萬kW。其中低壓電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率約為2.2萬kW,如果全部采用“高效電動(dòng)機(jī)”，把效率提高1%，年運(yùn)行時(shí)間按照 7200h計(jì)算，全年可節(jié)約用電約120萬度。相當(dāng)于 節(jié)約440t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少排放1140t二氧化碳。

  高效電機(jī)是通過有效地減少自身功耗達(dá)到提高電動(dòng)機(jī)效率的目的，通過采用新型電機(jī)設(shè)計(jì)、新工藝及新材料,降低電磁能、熱能和機(jī)械能的損耗等，提高輸出效率。與標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)相比，使用高效電機(jī)的節(jié)能效果非常明顯，通常情況下效率可平均提高4%。 與普通電動(dòng)機(jī)相比，高效電動(dòng)機(jī)通過采用優(yōu)質(zhì)材料并且優(yōu)化設(shè)計(jì)，能耗平均下降20%左右，而超高效電動(dòng)機(jī)則比普通電動(dòng)機(jī)少損耗30%以上的電能，高效電動(dòng)機(jī)價(jià)格較普通Y系電動(dòng)機(jī)要貴15%- 30%左右。但一般而言，高效電機(jī)高于普通電機(jī)的投資額在2年內(nèi)即可收回,在整個(gè)生命周期內(nèi)，都可 為企業(yè)節(jié)約電耗。所以，采用高能效電機(jī)是很有必要的。

  4、GHODA永磁同步電機(jī)

  4.1 GHODA永磁同步電機(jī)簡(jiǎn)介

  GHODA永磁同步電機(jī)是江蘇吉泓達(dá)電機(jī)科技有限公司生產(chǎn)的超高能效電動(dòng)機(jī)。進(jìn)入2015年國(guó)家《節(jié)能機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）推薦目錄（第六批）》、《“能效之星”產(chǎn)品目錄（2015）》產(chǎn)品。

  該公司生產(chǎn)的稀土永磁電動(dòng)機(jī)超過國(guó)家一級(jí)能效，經(jīng)上海電器設(shè)備檢測(cè)所的檢測(cè)完全超過GB30253-2013標(biāo)準(zhǔn)中1級(jí)能效和歐盟EFF1、IEC60034效率標(biāo)準(zhǔn)中的IE4級(jí)（即超超高效）的要求。與普通三相異步電動(dòng)機(jī)相比，超高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)徹底去掉了勵(lì)磁線圈，轉(zhuǎn)子由永磁體勵(lì)磁，無需無功勵(lì)磁電流，使轉(zhuǎn)子無基波鐵、銅損耗，功率因素高約為1，因而定子電流大幅度下降，定子銅耗大為減小，效率明顯提高。經(jīng)過十年不間斷的研發(fā)，該公司生產(chǎn)的永磁同步電動(dòng)機(jī)的電流只有普通異步電機(jī)的65%左右，同比異步電動(dòng)機(jī)噪音降低20-40dB(A)，噪聲指標(biāo)達(dá)到最高等級(jí)E級(jí)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)溫升也比普通異步機(jī)低10℃-25℃，振動(dòng)更是達(dá)到了最高標(biāo)準(zhǔn)的S級(jí)。電機(jī)的運(yùn)行溫度低，更好的起到節(jié)能作用，也延長(zhǎng)了與之配套的電線、開關(guān)、變頻器、軸承等零件的使用壽命，整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了為企業(yè)的節(jié)能增效的作用。

  特別TYYB系列自起動(dòng)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)無論采用異步起動(dòng)，還是變頻起動(dòng)均為同步運(yùn)轉(zhuǎn)，無轉(zhuǎn)差S，轉(zhuǎn)子無基波鐵銅損耗。該電機(jī)除高效節(jié)能外，無需變頻裝置，電流波形是理想的正弦波，使用時(shí)對(duì)電網(wǎng)無諧波干擾，電磁兼容性好，適應(yīng)性強(qiáng)，不僅適用于長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行在負(fù)載變化大的場(chǎng)合，同時(shí)適用于頻繁起動(dòng)的負(fù)載要求，是企業(yè)節(jié)能降耗行動(dòng)中更新?lián)Q代電機(jī)的絕佳選擇。

  4.2 GHODA的TYYB系列自起動(dòng)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：

  1）、高效節(jié)能

  可直接替代三相異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)自行起動(dòng)；內(nèi)置永磁體產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩；在25%-125%負(fù)載范圍內(nèi)具有高效率、高功率因素、高可靠性等特點(diǎn)，效率比一般三相異步電動(dòng)機(jī)高8-20%，可實(shí)現(xiàn)10-40%的節(jié)能；功率因素高0.08-0.18；與同功率異步電動(dòng)機(jī)相比，在相同使用環(huán)境下工作溫度低10℃-25℃。

  2）、高可靠性

  永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)裝三相稀土永磁材料，通過對(duì)永磁體工作點(diǎn)的合理選取達(dá)到磁能積高，性能優(yōu)越，工作溫度和最大去磁點(diǎn)的精確計(jì)算，同時(shí)對(duì)永磁體材料的質(zhì)量控制和工藝保護(hù)，避免了永磁體使用時(shí)失磁問題，從而保證了三相永磁同步電動(dòng)機(jī)可在惡劣的工作環(huán)境下可靠運(yùn)行。

  3）、穩(wěn)定性好

  三相永磁同步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)與三相繞阻產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)保持一定的功率角，并同步旋轉(zhuǎn)，在突加突卸大負(fù)載時(shí)該系列電動(dòng)機(jī)不會(huì)出現(xiàn)功率角振蕩，也不會(huì)出現(xiàn)失步而無法運(yùn)行，更不會(huì)損壞電機(jī)。TYYB系列電動(dòng)機(jī)承載能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)恢復(fù)時(shí)間快，具有較高的穩(wěn)定運(yùn)行性能。

  4）、起動(dòng)能力強(qiáng)

  四級(jí)以上永磁電動(dòng)機(jī)均可滿負(fù)荷直接起動(dòng)，具有很強(qiáng)的牽入同步能力。

  5）、通用性強(qiáng)

  該系列電動(dòng)機(jī)通用性強(qiáng)，安裝結(jié)構(gòu)形式、安裝尺寸、防護(hù)等級(jí)與Y2、YX3系列電動(dòng)機(jī)相同。

  6）、低振動(dòng)與噪聲

  TYYB系列自起動(dòng)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，體積小、損耗小，高效節(jié)能，因此所需通風(fēng)量減小，與通過率異步電動(dòng)機(jī)比較，冷卻風(fēng)扇自然減小，因而噪聲大大降低；同時(shí)由于電機(jī)氣隙的合理設(shè)計(jì)，電流波形好，脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩及電磁噪聲明顯降低，與一般同規(guī)格異步電動(dòng)機(jī)比較低20-40 dB(A)。

  7）、適應(yīng)性廣

  該系列電動(dòng)機(jī)規(guī)格齊全、適應(yīng)性廣，即可自起動(dòng)直接替代三相異步電動(dòng)機(jī)，也可配變頻器進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。產(chǎn)品在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)具有很高的效率和優(yōu)越的運(yùn)行性能，是節(jié)能效果最佳的產(chǎn)品，適用于水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、石化、化纖、紡織機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)農(nóng)業(yè)機(jī)械、包裝、食品機(jī)械、造紙、印染、冶金等行業(yè)的傳動(dòng)設(shè)備上。

  結(jié)語

  總之，在節(jié)能環(huán)保理念深入人心，全世界都在致力于研發(fā)節(jié)能環(huán)保技術(shù)的今天，在國(guó)家大力提倡節(jié)能減排的大環(huán)境下，耗能大戶水泥行業(yè)的節(jié)能減排改造工作任重道遠(yuǎn)。電機(jī)作為水泥行業(yè)最大的耗能設(shè)備，其節(jié)能技術(shù)的大力應(yīng)用勢(shì)在必行，永磁同步電機(jī)大范圍的取代其他電機(jī)是大勢(shì)所趨。