孫文生 楊茂

招遠(yuǎn)市河西金礦 山東招遠(yuǎn) 265402

球磨機(jī)是礦山選礦生產(chǎn)中的重要設(shè)備，其能耗占整個選礦耗電的50-60%，因此做好磨機(jī)運(yùn)行的節(jié)能工作，有著非常重要的意義和經(jīng)濟(jì)效益。隨著科學(xué)發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新，永磁電機(jī)在石油、化工、輕紡、礦山、數(shù)控機(jī)床等行業(yè)和領(lǐng)域開始應(yīng)用。隨著永磁同步電機(jī)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，某金礦選礦廠結(jié)合球磨機(jī)工作原理及永磁電機(jī)的特點，將二者有效的進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，已成功將永磁同步電機(jī)在球磨機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用。

1 永磁電機(jī)的特點

永磁電機(jī)是使用永磁材料作為電機(jī)磁場的產(chǎn)生，將常規(guī)硅鋼片轉(zhuǎn)子及繞線式轉(zhuǎn)子有較大的區(qū)別，常規(guī)電機(jī)需要靠電源產(chǎn)生磁場而引發(fā)力矩從而使電機(jī)轉(zhuǎn)動，而永磁電機(jī)本身具有磁場不需要通電，由電轉(zhuǎn)磁消耗一部分電能而且主要消耗無功功率，對于企業(yè)用電是一項重要的管控指標(biāo)，而使用永磁電機(jī)則不需要考慮該指標(biāo)，相比同型異步電機(jī)節(jié)能是其主要的特點。

同步電機(jī)相對異步電機(jī)而言，優(yōu)點是高功率因數(shù)、高效率、轉(zhuǎn)子參數(shù)可測、定轉(zhuǎn)子間氣隙大、控制性能好、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、高轉(zhuǎn)矩/慣量比等，在石油、化工、輕紡、礦山、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用，正面向大功率化、高功能化和微型化方面發(fā)展。

2 永磁同步電機(jī)的組成

由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子與異步電動機(jī)相同，由三相繞組和定子鐵芯組成。轉(zhuǎn)子上安裝有預(yù)先磁化的（永磁）過的永磁體，不需要外加能量就能在其周圍建立磁場，既簡化電機(jī)結(jié)構(gòu)，又節(jié)約能量。

3 永磁同步電機(jī)的突出優(yōu)點

（1）由于轉(zhuǎn)子采用永磁體制成一次磁通密度高，不需要勵磁電流，消除了勵磁損耗。與異步電機(jī)相比，減少了定子繞組的勵磁電流和轉(zhuǎn)子邊的銅、鐵損耗，大幅減少了無功電流，由于定、轉(zhuǎn)子磁勢同步，轉(zhuǎn)子鐵芯無基波鐵耗，一次效率（關(guān)系有功電能）和功率因數(shù)（關(guān)系無功電能）都比異步電動機(jī)高。永磁同步電動機(jī)一般設(shè)計即使在輕載運(yùn)行時功率因素和效率也較高。

稀土永磁同步電動機(jī)可以在25%-120%額定功率的范圍內(nèi)保持高功率因數(shù)和高效率狀態(tài)運(yùn)行，而一般三相異步電動機(jī)通常只能在60%-100%額定功率保持。

（2）永磁同步電動機(jī)具有較硬的機(jī)械特性，對于因負(fù)載變化引起的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩擾動具有較強(qiáng)的承受能力。永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯可做成鏤空結(jié)構(gòu)以減少轉(zhuǎn)子慣量，而且啟、制動時間都比異步電機(jī)快很多，高轉(zhuǎn)矩/慣量比使得永磁同步電動機(jī)比異步電動機(jī)更適合在虧阿蘇響應(yīng)的條件下運(yùn)行。

（3）永磁同步電機(jī)的尺寸較異步電動機(jī)大幅減小，重量也相對減輕。同樣散熱條件和絕緣材料的永磁同步電動機(jī)比三相異步電動機(jī)功率密度大2倍以上。

（4）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)大大簡化，便于維護(hù)，提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4 永磁同步電機(jī)的氣隙

三相異步電動機(jī)由于要設(shè)計較高的功率因數(shù)，就必須要把定轉(zhuǎn)子間的氣息做的很小，同時氣隙做的很小，同時氣隙的均勻性對電機(jī)的安全運(yùn)行和振動噪聲也至關(guān)重要，對此異步電動機(jī)對零部件的形位公差和裝配同心度的要求就相對嚴(yán)格，對軸承游隙選擇的自由度也比較少，較大機(jī)座的異步電動機(jī)通常使用油浴潤滑的軸承，必須在規(guī)定的工作時間內(nèi)加注潤滑油，油腔漏油或加注不及時都會加速軸承失效，在三相異步電動機(jī)維修中，軸承的維護(hù)占了很大的比例。

永磁同步電動機(jī)則不存在此類問題。永磁同步電機(jī)由于氣隙小而引起的相關(guān)問題在同步電動機(jī)上表現(xiàn)的并不明顯，同時永磁同步電機(jī)的軸承采用帶防塵蓋的脂潤滑軸承，軸承在出廠時已封入適量的優(yōu)質(zhì)潤滑脂，可終生免維護(hù)。

5 電機(jī)永磁同步用戶關(guān)心的問題

5.1 電機(jī)壽命

整個電機(jī)的壽命取決于軸承的壽命，電機(jī)外殼采用IP54的防護(hù)等級，特殊環(huán)境下可以提高至IP65，滿足大部分粉塵和潮濕環(huán)境的使用要求。

在保證電機(jī)軸伸安裝同軸度較好，轉(zhuǎn)軸徑向載荷適量的情況下，電機(jī)軸承最少使用壽命在2萬小時以上。在粉塵潮濕環(huán)境下長期運(yùn)行時，需定期清除風(fēng)機(jī)上附著的粘性物質(zhì)，以防止風(fēng)機(jī)因負(fù)荷過重而燒毀。

5.2 永磁材料的失效與保護(hù)

永磁材料對永磁電機(jī)的重要性不言而喻，其成本占整臺電機(jī)材料成本近1/4以上。對永磁材料制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中包含耐腐蝕、一致性、高溫退磁試驗、線性退磁曲線試驗等內(nèi)容?，F(xiàn)在的永磁材料已能在電機(jī)繞組極限允許溫升下長時間運(yùn)行，退磁率在2%以內(nèi)。

5.3 線圈燒壞

傳統(tǒng)的異步電動機(jī)線圈燒壞故障率達(dá)8%以上，主要與蒂娜及的熱保護(hù)和電工材料的品質(zhì)有關(guān)。永磁同步電動機(jī)線圈內(nèi)埋有熱敏元件，當(dāng)線圈溫升達(dá)到F級絕緣極限溫升105K時，驅(qū)動器通過熱敏元件采集的溫度信號對電機(jī)實行過熱保護(hù)，確保電機(jī)安全運(yùn)行，同時電機(jī)定子采用兩次真空浸漆工藝，大大提高了定子合格率。

6 永磁同步電機(jī)的應(yīng)用

該金礦選礦廠球磨機(jī)型號為MQY1545型，為礦山選礦用常規(guī)磨礦設(shè)備，該設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)配置為三相異步電動機(jī)，功率為110千瓦電機(jī)。

與球磨機(jī)廠家及永磁同步電機(jī)廠家進(jìn)行交流，針對球磨機(jī)運(yùn)行特性及永磁同步電機(jī)的特點，可以將原配置中的減速機(jī)省掉，簡化裝配形式，并且提高了運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

選用三相永磁同步電機(jī)相關(guān)參數(shù)：

型號：TYZD400-16電壓：380V電流：183.95A

額定頻率：24.83HZ

額定功率：110KW

額定轉(zhuǎn)速：186.25r/min

效率：94.64%冷卻方式 IC666防護(hù)等級 IP54

永磁材料：釹鐵硼

由于球磨機(jī)屬于低轉(zhuǎn)速運(yùn)行設(shè)備，在選用永磁同步電機(jī)時，選用低轉(zhuǎn)速的電機(jī)，因此可以將中間傳動變速的減速機(jī)去除。該低速電機(jī)需要在額定頻率下運(yùn)行，因此專門配備專用的電機(jī)驅(qū)動變頻器供電運(yùn)行。

采用永磁同步電機(jī)后，電機(jī)可以直接驅(qū)動球磨機(jī)，省去中間的減速機(jī)部分。球磨機(jī)效率常規(guī)為75%，減速機(jī)一般損失功耗約為3-5%，普通電機(jī)的效率一般在90%以下，綜合以上配置同步電機(jī)后的磨機(jī)效率至少在80%以上。

7 永磁同步電機(jī)的變頻調(diào)試運(yùn)行：

永磁同步電機(jī)配置變頻器運(yùn)行前，必須將相關(guān)運(yùn)行參數(shù)在變頻器內(nèi)進(jìn)行設(shè)置調(diào)試后方可運(yùn)行，下面簡要介紹一下變頻器參數(shù)的設(shè)置內(nèi)容及操作步驟：

變頻器型號：HV300-A04T01320

按照上述順序逐一進(jìn)行調(diào)整設(shè)置完畢，并進(jìn)行檢查核對無誤，然后進(jìn)行啟動運(yùn)行。

運(yùn)行過程中嚴(yán)格監(jiān)控運(yùn)行電壓、電流及運(yùn)行頻率，必須確保在24.83HZ頻率下運(yùn)行。

變頻器運(yùn)行過程中產(chǎn)生熱量較高，因此配置電控柜時，充分考慮柜體內(nèi)的通風(fēng)散熱條件，確保進(jìn)風(fēng)順暢并且熱風(fēng)能及時排除。廠家要求變頻運(yùn)行溫度不能超過80℃，變頻器內(nèi)部有自動溫控裝置，當(dāng)高于43攝氏度時，自動開啟散熱風(fēng)扇運(yùn)行，當(dāng)?shù)陀?7攝氏度時，風(fēng)扇自動停止運(yùn)行[1]。

溫度是變頻器運(yùn)行的關(guān)鍵，因此需要控制好變頻器的運(yùn)行溫度，確保在要求的范圍內(nèi)正常運(yùn)行。

溫度也是永磁同步電機(jī)運(yùn)行的關(guān)鍵因素，一旦長時間超穩(wěn)運(yùn)行，將造成永磁材料的退磁，致使電機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)甚至報廢。為監(jiān)控永磁同步電機(jī)的運(yùn)行溫度，在電機(jī)三相繞組內(nèi)安裝測溫元件，共安裝兩組測溫元件（一組作為備用）外接電控柜上自動巡檢儀，對于電機(jī)內(nèi)部的運(yùn)行溫度隨時監(jiān)控，運(yùn)行超溫后直接報警。

再是長期停車，為防止電機(jī)受潮，在繞組內(nèi)部制作時預(yù)置加熱元件，在電機(jī)不工作時加熱元件投入運(yùn)行，確保電機(jī)內(nèi)部不受潮，隨時可以啟動運(yùn)行。

通過以上一系列措施，使永磁同步電機(jī)的運(yùn)行完全滿足球磨機(jī)的配套使用要求。

8 結(jié)語

經(jīng)過一段時間的運(yùn)行觀察，該球磨機(jī)運(yùn)行電流約為125-130A，常規(guī)電機(jī)運(yùn)行電流為180-190A，運(yùn)行電流降低約55-60A。永磁同步電機(jī)相對普通異步電機(jī)單臺價值要高出約15萬元，根據(jù)其運(yùn)行節(jié)電效果來計算，連續(xù)運(yùn)行1年時間即可收回增加成本。按照球磨機(jī)10年運(yùn)行壽命，其每年節(jié)約電能約20萬元，其節(jié)電效益相當(dāng)可觀。

鑒于以上情況，希望給廣大球磨機(jī)、甚至水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備用戶能提供借鑒參考價值，使其為企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造價值，同時節(jié)約能耗，為國家環(huán)保事業(yè)做出貢獻(xiàn)。