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球磨机改造用高效节能永磁电机

可行性研究报告

目录

TOC\o1-3\h\z\u1项目背景 2

2低速大转矩永磁电机的节能原理 4

3改造方案 7

3.1系统改造思路示意 7

3.2优势分析 10

4球磨机用永磁电机节能分析 11

5总结 12

附件1我国高效永磁同步电机应用现状 13

1项目背景

《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》中，“三、重点领域及其优先主题：5.制造业：（26）基础件和通用部件；和1.能源：（1）工业节能”两个主题提出。电机及其控制系统是各种机械装备中最关键的部件，对机械装备的效率、性能、成本、可靠性以及寿命等都有着举足轻重的作用。世界经济发展步伐的加快，增加了人们对能源的需求，能源问题已经成为影响各国经济发展速度的战略性问题。本着我国“开发与节约并举、节约优先”的节能方针，我们要充分认识到加强节能工作的重要性和紧迫性。

图1选矿厂球磨机现场工作照片

电能是最主要的二次能源，也是最重要的节能对象。据统计，“2003年我国各类电动机总装机容量约为4.2亿千瓦，其中异步电动机的装机容量超过全国电动机总装机容量的85%，年耗电亿万千瓦时以上，约占全国用电量的60%，运行效率比国外先进水平低10-20个百分点，相当于每年浪费电能约1500亿千瓦时。2003年我国电动机年产量约为4500万千瓦，平均效率比发达国家低2-3个百分点。电动机拖动系统效率比发达国家低10-30个百分点，相当于国际20世纪七、八十年代的水平。”从上述数据可以看出：一方面，我国目前电能浪费问题仍然严重，很大程度上归因于占主体地位的工业用自电动机的综合运行性能较差，电机效率不高；另一方面，也表明我国的电机发展仍有很大的潜力空间。因此，节能既是电机行业面临的严峻课题，也是电机行业发展的新机遇。

球磨机是选矿厂、加气混凝土原料制备中最重要的设备，他用于铁矿石、石灰、石膏、砂、矿渣等物料的粉磨。物料只有经过粉磨并到要求细度后才能进行充分混合相互作用，才能使制品达到强度，粉磨是加气混凝土生产中的重要程序，粉磨过程耗电量大，球磨机一般是选矿厂或加气混凝土工厂中电机容量最大的设备。球磨机由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）等主要部分组成（如图1所示）。其中传动部是电能损耗的主要的环节，也是节能增效的关键环节。

低速大转矩传动系统一般是指转速低于500r/min，额定输出转矩大于500N.m的传动系统。这样的传动系统在许多工业传动领域中是常见的，球磨机传动系统，是典型的低速大转矩系统。除球磨机系统外，还包括电梯驱动系统、重型机床、矿山机械、石油机械以及建筑机械等。在这些要求低速传动的系统中，目前主要采用传统的异步机－减速机的驱动模式。这种驱动模式的缺点主要体现在：一方面，由于减速机齿轮等机械原因降低了系统的整体传动效率；另一方面，由于减速机的存在使传动系统的整体体积较大，或者说系统的传输功率密度较低。显然，传统的驱动模式己无法适应现代驱动的要求，存在着诸多理论和技术问题有待解决。

众所周知，永磁电动机采用永磁体励磁，不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数，减小了定子电流和定子电阻损耗；而且在稳定运行时没有转子电阻损耗，进而可以因总损耗降低而减小风扇（小容量电机甚至可以去掉风扇）和相应的风摩耗，从而使其效率和功率因数比同规格感应电动机高。而且在轻载时仍可保持较高的效率和功率因数，使轻载运行时节能效果更为显著。因此，永磁电动机较容易做到高效率，即达到IE2级的效率值。如果进一步优化设计，采用高性能硅钢片和先进工艺，在降低一个机座号或者缩短铁心的情况下，可以达到超高效，即IE3级的效率值；在不降低机座号或适当增加铁心的情况下，部分规格有可能达到超超高效，即IE4级的效率值。同时，永磁电机可以实现低速大转矩直驱运行，这是异步机和直流机无法实现，这种特性使得永磁电机在低速大转矩的传动系统应用前景非常广泛。

2低速大转矩永磁电机的节能原理

永磁同步电动机与感应电动机相比，不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数，减少了定子电流和定子损耗，而且在稳定运行时没有转子电阻损耗，进而可以因总损耗降低而减少风扇和相应的风摩损耗，从而使其效率比同规格感应电动机可提高10～15个百分点。而且，永磁同步电动机在25％～120％额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因数，使轻载运行时节能效果更为显著。

图2泥浆泵用600KW低速大转矩永磁同步电动机

低速大转矩永磁电机，实现低速直驱并高效率运行需解决如下关键技术。电机在低速运行时，其气隙磁场的低次空间谐波和电枢绕组的低次电流时间谐波相互作用，会使电机的转矩产生脉振，这种低频脉振要在较长的变