王素霞 楊新 周玉林

摘? ?要：永磁同步直驅(qū)電動機是隨著低速大扭矩永磁電機技術(shù)及智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟而出現(xiàn)的一個具有革命性意義的產(chǎn)品。該產(chǎn)品顛覆了傳統(tǒng)的驅(qū)動連接方式，取消了減速機等中間過渡環(huán)節(jié)，直接驅(qū)動負載，簡化了傳動鏈，提高了系統(tǒng)效率，降低能源消耗，安裝簡便，維護量少。本文重點介紹DYT永磁同步直驅(qū)電動機在攪拌上的改造節(jié)能實踐。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗;永磁直驅(qū);低速大扭矩

1? ? 永磁同步直驅(qū)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理

永磁同步直驅(qū)電機是一款交流電動機，定子部分和異步電機相似，只是繞線方式和級數(shù)的設(shè)計不同，它是以多級數(shù)來設(shè)計的。電機的氣隙磁場由稀土釹鐵硼產(chǎn)生，不需要勵磁磁場，轉(zhuǎn)子本身就可以產(chǎn)生很強的固有磁場。轉(zhuǎn)子磁場和定子線圈通電后產(chǎn)生的電磁場相互作用，從而產(chǎn)生非常大的合力輸出。

當(dāng)電機對稱的三相繞組接通對稱的三相電源時，電流在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，且轉(zhuǎn)速符合以下定律：

n=60 f/p

其中：f—電機額定頻率;p—定子極對數(shù)。

2? ? 永磁同步直驅(qū)電機的性能特點

國內(nèi)電動機的保有量較大，部分設(shè)備的老化嚴重、效率較低、電能消耗較大，而永磁同步直驅(qū)電動機具有啟動力矩大、轉(zhuǎn)速無級可調(diào)、溫升低、功率因數(shù)高、效率高、節(jié)能降耗等特點。

2.1? 效率高、更加省電

由于永磁同步直驅(qū)電機的磁場是由永磁體產(chǎn)生的，從而避免通過勵磁電流來產(chǎn)生磁場而導(dǎo)致的勵磁損耗。

從外特性效率曲線分析，永磁同步直驅(qū)電機更加優(yōu)于異步電機，永磁同步直驅(qū)電機在輕載時的效率較異步電機要高很多，因此永磁同步直驅(qū)電機相比于異步電機在節(jié)能方面具有的最大優(yōu)勢。

基于永磁同步直驅(qū)電機功率因數(shù)高的特性，因此，永磁同步直驅(qū)電機比異步電機的電流更小，定子的銅損耗更小，永磁同步直驅(qū)電機的效率更高。

永磁同步直驅(qū)電機的參數(shù)不限制于電機的極數(shù)，因此，永磁同步直驅(qū)電機可實現(xiàn)多級形式。對傳統(tǒng)需要通過減速裝置獲得較大驅(qū)動扭矩的負載而言，可以省去減速裝置而使用永磁同步直驅(qū)電機進行直接驅(qū)動，優(yōu)化了系統(tǒng)的傳動路徑、使得系統(tǒng)的傳動效率最高。

2.2? 電機結(jié)構(gòu)簡單靈活

由于異步電機轉(zhuǎn)子上需要安裝導(dǎo)條、端環(huán)或者轉(zhuǎn)子繞組，大大限制了異步電機結(jié)構(gòu)的靈活性，而永磁同步直驅(qū)電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計更為靈活，如對鐵路牽引電機，可以將電機轉(zhuǎn)子的磁鋼直接安裝在機車輪對的轉(zhuǎn)軸上，從而省去了減速機，結(jié)構(gòu)大為簡化。

2.3? 免維護，可靠性更高

無減速系統(tǒng)及附屬的液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，機械傳動效率接近100%;維護難度降低，電機軸承需定期潤滑，維護量較少，因而維護成本降低。無齒輪傳動，噪音低;機械磨損造成的精度損失得到有效控制，使用壽命更長。

2.4? 變頻控制

全數(shù)字開環(huán)同步矢量控制，低頻運轉(zhuǎn)時，具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速功能，能保證150%的額定轉(zhuǎn)矩輸出，控制器設(shè)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(shè)有故障記憶功能，對負載無沖擊。

2.5? 安裝更方便

部件數(shù)量減少，系統(tǒng)簡單。同比電機、減速機傳動系統(tǒng)，安裝尺寸減小，具有安裝方便、傳動鏈縮短，振動更小、系統(tǒng)運行的更加平穩(wěn)等優(yōu)點。

3? ? 永磁同步直驅(qū)電機的控制方式

永磁同步直驅(qū)電機（見圖1）采用的是強耦合、時變的非線性系統(tǒng)方案，因此，控制策略相對異步電機而言要復(fù)雜。目前針對永磁同步電機的控制策略主要有轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比（v/f為常數(shù)）控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、自適應(yīng)控制等，各有優(yōu)缺點，根據(jù)實際需要選擇不同的方式來控制電機。

永磁同步直驅(qū)電機采用的是矢量控制，矢量控制方式是廣泛使用控制方式的一種，其基本原理是通過坐標(biāo)的變換在轉(zhuǎn)子磁場定向的同步坐標(biāo)系統(tǒng)上對電機的磁場和轉(zhuǎn)矩電流進行解耦控制的技術(shù)方案，使永磁同步直驅(qū)電機具有和傳統(tǒng)直流電動機具有相同運行特性。

4? ? 永磁同步直驅(qū)電機的應(yīng)用方向

由于永磁同步直驅(qū)電機具有輸出轉(zhuǎn)速低、輸出扭矩大的特性，所以可以替代傳統(tǒng)的“異步電機+減速機”結(jié)構(gòu)形式。比如化工行業(yè)的攪拌器、冷卻塔風(fēng)機;電力煤炭行業(yè)的輸煤皮帶機;水泥行業(yè)的球磨機、選粉機等。

基于減速裝置在傳統(tǒng)驅(qū)動單元中的故障率較高，使得永磁同步直驅(qū)電機在替代傳統(tǒng)異步電機與減速裝置結(jié)合時的優(yōu)勢更加明顯。

5? ? 永磁同步直驅(qū)電機在攪拌器上的應(yīng)用案例分析

2016年，鋅業(yè)公司聯(lián)合南京鼎陽科技有限公司共同啟動攪拌器采用DYT永磁同步直驅(qū)電機改造項目。2016年9月，第一臺改造在濕法系統(tǒng)凈化工序4#機安裝完成并投入運行。

該廠攪拌器傳統(tǒng)驅(qū)動單元采用“異步電機+減速機”形式（見圖2），減速機為直角軸安裝形式，電機通過安裝法蘭和與減速機連接。這種結(jié)構(gòu)存在的問題是振動較大，導(dǎo)致減速機漏油現(xiàn)象頻繁，異步電機線圈老化，發(fā)熱嚴重，增加了工人的維護工作量，影響正常生產(chǎn)。

另外，在工藝上有提高產(chǎn)能的需求，原設(shè)備功率已不能滿足要求，以此為契機，一方面考慮解決設(shè)備可靠性，另外提高產(chǎn)能，提出采用DYT永磁同步直驅(qū)電動機對其進行改造升級。

將原異步電機和減速機拆除，采用“DYT永磁直驅(qū)電機”（見圖3）直接驅(qū)動攪拌軸，使傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得以簡化。

改造后，驅(qū)動系統(tǒng)效率顯著提高，總效率由80%提高到94%以上，節(jié)能明顯。4#和5#兩個機位分別在5種不同轉(zhuǎn)速下（74 r/min、76 r/min、78 r/min、80 r/min、82 r/min）分別記錄兩天的用電量，具體數(shù)據(jù)如表1所示。表中數(shù)據(jù)顯示，在不同轉(zhuǎn)速下，采用永磁同步直驅(qū)電機都有很大的節(jié)能空間，通過比較，輸出轉(zhuǎn)速在76 r/min時節(jié)能最為顯著。

通過以上分析，在攪拌器上采用DYT永磁同步直驅(qū)電機系統(tǒng)替代原來的“異步電機+減速機”的驅(qū)動形式，不但能完全滿足設(shè)備工藝需求，而且大大降低了后期的維護費用，降低了職工的設(shè)備維護工作量。驅(qū)動系統(tǒng)的故障率降低，對確保安全生產(chǎn)、延長設(shè)備壽命周期起到了關(guān)鍵作用，DYT永磁同步直驅(qū)電機系統(tǒng)在攪拌器上適合大力推廣。

6? ? 永磁同步直驅(qū)電機的應(yīng)用前景

由于永磁同步直驅(qū)電機主要性能特點是輸出轉(zhuǎn)速低、輸出扭矩大，可以去掉傳統(tǒng)驅(qū)動單元中的減速機、液力耦合器、CST系統(tǒng)，使得驅(qū)動結(jié)構(gòu)大大簡化。除了在化工攪拌器上可以大力應(yīng)用外，在皮帶輸送機、球磨機、冷卻塔風(fēng)機、空冷島風(fēng)機、選粉機等設(shè)備上都可以大規(guī)模應(yīng)用，而且可以取到非常好的應(yīng)用效果。

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