The Application of Permanent MagnetMotors inTissue Machines

中國衛(wèi)生紙機行業(yè)近年來發(fā)展迅速，隨著技術的進步和成本優(yōu)勢，越來越多的國內企業(yè)加入到衛(wèi)生紙機的供應市場競爭中。在每年投產(chǎn)的現(xiàn)代化衛(wèi)生紙機中，引進設備占比逐漸減少，國產(chǎn)設備占比逐漸增加。同時，中國生活用紙行業(yè)仍在持續(xù)發(fā)展，2024年中國生活用紙產(chǎn)量達1，450.5萬t，增長率 7.1% ，出口總額也有所增加。

在能耗方面，衛(wèi)生紙機的真空系統(tǒng)能耗約占紙機總能耗的 20% 左右。目前，許多造紙企業(yè)開始探索真空系統(tǒng)的升級，例如使用磁懸浮透平真空泵替換原有的羅茨真空泵，以降低能耗。此外，有研究表明，采用先進的技術裝備，如福伊特Toscotec的INGENIA衛(wèi)生紙機，可以比常見的TAD衛(wèi)生紙機節(jié)省約 35% 的能耗。安德里茨（ANDRITZ）的PrimeLineTEX技術可以節(jié)省高達 50% 的能耗，并且紙機更加緊湊，占地面積更小。

政府也在積極推動生活用紙行業(yè)的綠色低碳發(fā)展，通過引導改造提升和加速淘汰落后產(chǎn)能，推動行業(yè)節(jié)能降碳技術改造。《工業(yè)重點領域能效標桿水平和基準水平（2023年版）》的發(fā)布，為生活用紙行業(yè)綠色低碳技術裝備的發(fā)展明確了方向，鼓勵企業(yè)提高能源利用效率，推廣應用先進綠色低碳技術裝備。

1永磁電機特點

永磁電機作為一種高效、節(jié)能的電機，近年來在技術方面取得了顯著進展。其結構簡單、運行可靠、體積小、質量輕、損耗小、效率高的特點，使其在多個領域得到了廣泛應用，如新能源汽車、風力發(fā)電和工業(yè)自動化等。

1.1節(jié)能降耗

造紙行業(yè)用永磁直驅電機，電機轉子由永磁體和硅鋼片組成，電機運行時候轉子沒有轉差，所以電機就沒有轉子銅耗，永磁電機不需要勵磁電流，所以電機運行功率因素高，電機定子銅耗也降低，相比異步電機效率更高。原傳動系統(tǒng)還需要減速箱，減速箱齒輪之間傳動也是有能量損耗的，直驅電機就完美解決了系統(tǒng)傳動過程中帶來的能量損失，因為直驅電機不需要減速箱，電機軸通過聯(lián)軸器直接和設備連接。

圖1永磁直驅電機

圖2 三相異步電機

永磁同步電機的功率因素高，電機高效區(qū)的范圍很寬，相比三項異步電機在低速區(qū)和過轉矩區(qū)效率相比永磁同步電機效率更低。以400KW1000轉電機為例，異步電機的空載電流220A左右，永磁同步電機的空載電流20A以下。所以在空載或者小負荷情況下運行三相異步電機的轉子銅耗、鐵耗、定子銅耗都比永磁同步電機大很多。圖3為相同功率不同轉速和負載下電機效率對比曲線。

圖3永磁電機和異步電機效率對比曲線

過去，造紙行業(yè)的傳動系統(tǒng)使用異步電機和減速器來驅動輥子運行，但這會導致設備體積大。同時，齒輪傳動存在一定的效率損失，導致能效低、系統(tǒng)損耗大。永磁直驅電機直接驅動輥子省去了減速器裝置，維護安裝簡單方便，系統(tǒng)運行噪音低。經(jīng)過多年的驗證，與相同工況下的電機與減速器驅動方式相比，可以節(jié)約 15%-30% 的能源，大大降低了客戶機組的使用成本，間接增加了客戶機組利潤。

1.2減少噪音

永磁直驅電機直接驅動輥子省去了減速器裝置，維護安裝簡單方便，系統(tǒng)運行噪音低。傳統(tǒng)減速機配置，電機輸入轉速高，齒輪高速磨損，加上電機自帶扇葉冷卻，車間噪音大。

1.3減少維護成本

采用低速直驅電機，電機輸入轉速低，軸承發(fā)熱量小，磨損量減小。減少了更換齒輪箱潤滑成本。

1.4減少變壓器負荷

采用力矩永磁電機，電機相比傳統(tǒng)的三項一步電機功率因數(shù)高，從而減少了變壓器負荷，并且減少了線路電阻銅耗的損失。

2永磁電機在衛(wèi)生紙機應用的探討及計算

2.1碎漿機應用永磁電機的應用

傳動碎漿機采用的結構主要為皮帶連接或齒輪箱連接。應用永磁電機的碎漿機采用直接驅動，取消皮帶和齒輪。機械方面，皮帶張力調節(jié)對立式電機的徑向力影響比較大，電機的軸承壽命受到影響，維護保養(yǎng)頻繁，保養(yǎng)次數(shù)高。電氣性能上，皮帶一般的傳遞效率在 91% 左右，減速機傳動效率在 96%-98% 之間。

從效率分析，目前，企業(yè)廣泛使用的三相異步電動機存在經(jīng)濟運行范圍較小的缺點，一般僅為額定負載的50%～90% ；在低于 85% 的額定負載時，功率因數(shù)下降較大。而永磁直驅電動機由于正常工作時轉子無鼠籠，沒有轉差，較高的功率因數(shù)又使定子電流較小，定子繞組損耗也較小，進而可以降低總損耗，從而使其效率比同規(guī)格感應電動機高出10～15個百分點；同時由于永磁直驅電動機在負載為額定負載的 25% 時仍然能夠達到0.9以上的功率因數(shù)，使輕載運行時節(jié)能效果更為顯著，且低速直接驅動效果良好。

2.2紙機應用永磁電機計算節(jié)能

以紙機的成形部為例，正常NRL（電機穩(wěn)定的正常運行功率）在315kW，RDC（推薦電機功率）為714kW，傳動異步電機選型的時候，電機功率一般選擇710kW左右。電機實際運行功率為 50% 負荷。異步電機在這個工作點的效率會有96.7% 下降到 88% 左右。改成直驅電機700kW，電機設計效率到達 97% ，功率在315kW的仍然有 95% 左右。加上減速箱的傳遞損失，電機可以節(jié)能 10% 左右。如果考慮傳動異步電機不在目標轉速下運行，節(jié)約的能量會更高。

氣罩風機負載率通常在 50% 左右，對比永磁電機效率曲線通常在額定轉速下也有 8% 左右的節(jié)能。目前在包裝紙及特種紙廠都有大量的永磁電機的應用案例，包括主傳動碎漿機及其它泵類攪拌風機類，因此這對衛(wèi)生紙機而言電機的永磁替代的步伐會越來越快。