泰興減速機行業(yè)注意啦！ 觀察一下永磁電機的動向

泰興減速機行業(yè)注意啦！ 觀察一下永磁電機的動向

永磁電機因其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、效率高、功率因數(shù)高、起動轉(zhuǎn)矩高、經(jīng)濟運行范圍寬等優(yōu)點，于2015年11月被工業(yè)與信息化部列入《節(jié)能機電設(shè)備（產(chǎn)品）推薦目錄（第六批）》，是目前節(jié)能新技術(shù)推廣中的重點產(chǎn)品。近年來，在永磁同步電機本體上出現(xiàn)了很多高端電機，比如六相永磁同步電動機。用它為艦船提供動力，其體積比傳統(tǒng)的直流電機小近60%，損耗降低近20%；用于艦船推進的永磁同步電動機更大安裝容量達38MW；我國已經(jīng)研制出的3MW高速度永磁風(fēng)力發(fā)電機?，F(xiàn)在的永磁同步電機正向著擁有更大的調(diào)速范圍和更高的精度控制發(fā)展，具有高性能的永磁材料得到青睞。但在減速機行業(yè)隨著永磁電機發(fā)展的火熱程度確顯得誠惶誠恐，原因是時時傳來永磁電機替代減速機的聲音，今天“今日減速機”就盤點一些行業(yè)永磁電機替代減速機的相關(guān)情況：

起重行業(yè)驅(qū)動系統(tǒng)減速機被替代

在傳統(tǒng)的起重行業(yè)的機械裝備中，由異步電動機加機械減速機構(gòu)構(gòu)成的驅(qū)動系統(tǒng)占主導(dǎo)地位，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、轉(zhuǎn)動慣量大、系統(tǒng)整體效率低下、噪聲大、潤滑油滲漏污染、維護頻繁等缺點。

傳統(tǒng)起重機如果取消減速機，直接由異步電機直驅(qū)幾乎是不可能的。這是因為異步電動機低速運行時，電機的極對數(shù)會相應(yīng)較多，此時電機勵磁電流所占的比例很大，因此空載電流較大，電機的效率和功率因數(shù)很低。

那么將起重機的驅(qū)動電機用永磁同步電動機替代，將會解決上述問題。由于永磁同步電機的勵磁由永磁體產(chǎn)生，不需要定子提供額外的勵磁電流，因而永磁同步電動機的功率因數(shù)可以做的很高，同時由于電機定子電流無功分量極低，故其值明顯低于同極數(shù)、同容量的感應(yīng)電機，特別在電機極數(shù)較多時更加明顯，可使定子銅耗減小 30%～50%。永磁同步電動機易于實現(xiàn)多極數(shù)，且在很寬的負載范圍內(nèi)具有良好的效率和功率因數(shù)的特性，使得取消機械減速機，實現(xiàn)低速大扭矩電機直驅(qū)成為了可能。

不同極槽配合起重機起升機構(gòu)同步電機對比研究

氣隙磁密：永磁同步電機氣隙磁密的分布對電機性能影響很大，理想情況下的波形呈正弦分布，但由于其磁路的特點，波形并不是嚴格正弦分布，需要采取一定措施來優(yōu)化磁密波形。

空載反電勢：空載反電勢是由氣隙基波磁通在繞組中產(chǎn)生的，其大小影響電機的動態(tài)性能，并決定電機是工作增磁還是去磁狀態(tài)，合理設(shè)計保證其正弦度，可降低定子電流，，減小諧波引起的損耗和振動。

齒槽轉(zhuǎn)矩：永磁體和定子鐵心之間在永磁電機繞組不通電時就能相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，是由永磁體與電樞齒之間相互作用力的切向分量引起的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動。其波形周期等于極槽數(shù)的朂小公倍數(shù)（ LCM）。有效削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的方法有：斜槽、斜極、不等厚永磁體、調(diào)整極弧系數(shù)等等。

水泥行業(yè)煤磨機減速機被替代

某水泥廠現(xiàn)有兩臺煤磨，原有電機拖動模式為“電機+減速機”（YRKK560-6型900kW 6kV高壓電機 + JCX80型速比為7的減速機）。原有拖動模式電機本身功率因數(shù)低，已連續(xù)使用15年，設(shè)備磨損老化，運行電流較高且波動幅度大，耗電量高。水泥廠決定技改兩臺煤磨，本次技改主要考慮由永磁電機（TPYM900-30型 900kW 6kV）直接驅(qū)動設(shè)備的方式替換傳統(tǒng)的電機+減速機的拖動模式，省去減速機負荷，提高傳動效率。

永磁電機的優(yōu)勢：

永磁電機功率因數(shù)更高，由高壓變頻器調(diào)節(jié)頻率，節(jié)電效果更好。

永磁電動機與機械負載直接相連，消除了低速大轉(zhuǎn)矩傳動系統(tǒng)中的電機與機械負載之間的各個傳動環(huán)節(jié)，大幅度簡化了機械裝備的傳動鏈。

噪音小，無污染，免維護。取消了減速機、液力耦合器等故障率高的機械裝置，節(jié)省了日常維護費用、潤滑費用及所耽擱的工作時間。

水泥廠將原有電機及減速機拆除后，因技改永磁電機與原電機底座尺寸不同，需重新做電機底座，電機底座制作過程：（1）用風(fēng)鎬、電鎬將原有基礎(chǔ)混凝土進行松動處理；（2）對原有混凝土基礎(chǔ)內(nèi)面植筋，植筋深度為20d=400mm；（3）新設(shè)計混凝土基礎(chǔ)砼用C40混凝土；（4）新混凝土基礎(chǔ)東、北側(cè)放設(shè)挑板1500mm寬，南側(cè)挑板1 000mm，根部150mm，端部100mm；（5）在新基礎(chǔ)施工過程中嚴格執(zhí)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》、《建筑工程冬期施工規(guī)程》，基礎(chǔ)施工完成后通過4個10t倒鏈將永磁電機吊裝、找正。

技改后，永磁電機由高壓變頻器驅(qū)動，生產(chǎn)運行時頻率設(shè)定為45～46Hz即可達到原有傳統(tǒng)拖動模式下的磨機轉(zhuǎn)速，滿足生產(chǎn)需求，運行電流降低。直驅(qū)拖動模式?jīng)]有減速機，降低傳動負荷，進一步降低運行電流。相比原有電機，永磁電機功率因數(shù)提高，節(jié)能效果明顯。本項目技改投資約140萬元，對水泥廠煤磨主電機進行技術(shù)改造，技改完成后一臺永磁電機年可節(jié)電約120萬kWh，折合電費約70萬元，預(yù)計兩年可收回投資成本。一年節(jié)電折合標準煤約165. 4t，減少CO 2排放約450t。

永磁電機在抽油機應(yīng)用相比減速機的優(yōu)勢

油田使用的大多是常規(guī)游梁抽油機，屬于帶負荷啟動設(shè)備，穩(wěn)定運行時所需的轉(zhuǎn)矩相對較小，而啟動時需要轉(zhuǎn)矩較大，因此需要使用比穩(wěn)定運行時功率大得多的電機。油田大量配用異步驅(qū)動電機降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)，增加了無功消耗，致使電機平均負載率不足30%，“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴重，電能浪費巨大，使得開采成本很高，影響油田的綜合經(jīng)濟效益。所以在常規(guī)抽油機上推廣使用永磁同步電機。

永磁電機采用封閉式外殼結(jié)構(gòu)，完全適應(yīng)野外工作環(huán)境，其外形結(jié)構(gòu)和安裝尺寸與Y系列電機完全相同，現(xiàn)場安裝方便，經(jīng)久耐用。除此之外：

效率高，額定效率為92%，高于Y系列電機約4%，節(jié)能效果顯著，綜合節(jié)電率15%以上。

功率因數(shù)高，功率因數(shù)由1/4負載到額定負載時，均保持在0.9以上，而異步電機平均運行功率因數(shù)僅為0.4左右。

啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，啟動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3.0~4.0倍，其啟動轉(zhuǎn)矩和過載能力均提高了1個座機號，能替換比它大1~2個功率等級的Y系列異步電機。

應(yīng)用永磁電機，效率提高，體積變小，可以節(jié)省能源。對復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)沒有改變，僅改變動力源達到節(jié)能效果。

我們用低速大力矩電機的永磁盤面電動機舉例，由于永磁盤面電動機的電機半徑較大，能夠通過電機圓周得到較大的出力，應(yīng)用這種新型永磁同步電動機能夠直接對抽油機的懸梁進行驅(qū)動，不但提高了整個控制系統(tǒng)的工作效率，而且去掉了具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的減速機。為了能夠得到更大的出力，所以電機的半徑較大，但是與傳統(tǒng)的抽油機系統(tǒng)相比較而言，體積還是明顯減小了很多。

永磁電機在低速大轉(zhuǎn)矩設(shè)備上替代減速機

永磁同步電動機具有節(jié)能高效、低速直接驅(qū)動效果良好的特點，在某大型建材企業(yè)對大功率主電機進行了“更新-直驅(qū)”改造試驗，即采用新型節(jié)能高效永磁同步電動機替代原來的鼠籠異步電動機，去掉減速機及其稀油站系統(tǒng)，直接驅(qū)動球磨機運行。

本次改造主要采用永磁同步電動機直接驅(qū)動球磨機的小齒輪工作，去掉減速機及其稀油站系統(tǒng)，可在顯著降低能耗的同時，大大提高工作效率，減少運行維護成本，實現(xiàn)真正意義上的免維護。

改造前系統(tǒng)：現(xiàn)有系統(tǒng)采用異步電動機—減速機—小齒輪—大齒輪的模式驅(qū)動，由于異步機和減速機的效率非常低，并且存在著維護頻繁、漏油等系列問題，嚴重影響生產(chǎn)成本與經(jīng)濟效益。

改造后系統(tǒng)：為了提高傳動環(huán)節(jié)的效率，本次改造擬采用低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電動機直接驅(qū)動小齒輪，帶動大齒輪轉(zhuǎn)動。

技能技術(shù)改造經(jīng)濟效益分析

項目改造完成后，通過一段時間的運行，綜合比較測算，改造取得了良好的經(jīng)濟效益。

年節(jié)電量34.56萬kWh，折合電費17.2萬元；省掉了減速機稀油站油泵電機（功率2.2 kW），年節(jié)電1.1萬kWh（按年運行300 h，負荷率75%計算），折合電費0.5萬元；永磁直驅(qū)電機機械結(jié)構(gòu)簡單，省掉了減速機及其稀油站、慢轉(zhuǎn)電機環(huán)節(jié)，減少設(shè)備維護勞動投入，節(jié)約減速機及油站備件、油品消耗等費用0.8萬元/年；永磁直驅(qū)電機除滿足正常生產(chǎn)外，還同時滿足了斷料減轉(zhuǎn)降負荷、檢修定位停機等要求，不需崗位人員進行切換操作，降低了人員勞動強度；永磁直驅(qū)電機功率因數(shù)為0.952，遠高于原鼠籠電機的0.834。經(jīng)測算直驅(qū)電機變頻器輸入側(cè)功率因數(shù)為0.99，供電變壓器二次側(cè)功率因數(shù)不用電容補償即滿足要求，節(jié)省采購電容器一次性支出3萬元，平均每年節(jié)省1萬元。

主電機“更新-直驅(qū)”改造項目實施后，設(shè)備運行平穩(wěn)、正常，能夠滿足生產(chǎn)要求，節(jié)能效果明顯，平均節(jié)電率達20%左右，且能顯著降低設(shè)備維護成本和操作人員勞動強度。此項技術(shù)非常適合低速大轉(zhuǎn)矩設(shè)備，具有很高的推廣應(yīng)用價值。

電梯驅(qū)動系統(tǒng)中的替代減速機

自從鼠籠式三相異步電動機驅(qū)動變頻式樣的調(diào)速電梯被日本三菱公司******推出以來，使得交流電梯舒適感達到可以和直流電梯相對比的程度，這完全歸功于矢量控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用。但同時由于異步電動機自身存在一切缺陷，使得其主流地位受到嚴重挑戰(zhàn)，這個是指在電梯拖動中，同時永磁同步電動機可能使得異步電動機和直流電動機一樣被自己取代。

永磁同步電動機的性能

永磁同步電機轉(zhuǎn)子采用稀土永磁體，與定子的旋轉(zhuǎn)磁場同步工作。稀土永磁材料主要是釹鐵硼釹鐵硼。因為NdFeB ******磁鐵的磁性能高，更大剩磁1.47 T 能夠?qū)崿F(xiàn)，這比感應(yīng)電動機加入轉(zhuǎn)子磁場更強，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度可以容易地確定（磁極的相對位置和所述轉(zhuǎn)子被設(shè)置），和使用轉(zhuǎn)子方向的矢量控制很容易。

在永磁同步電機斷電后，電機的三相定子繞組可能會被接觸器短路（或短路）。當電梯由于錯誤而展開時，發(fā)動機進入發(fā)電制動狀態(tài)。能量負載會產(chǎn)生較大的阻力矩。 電機的角速度按指數(shù)曲線增加，角速度的******值逐漸減小，朂終實現(xiàn)恒速運行，由此公式得出，穩(wěn)態(tài)速度較低。根據(jù)相關(guān)資料，短路電梯上行或下行速度不超過額定轉(zhuǎn)速的 10％后，能起到很好的限速保護。

永磁同步電動機的類別和區(qū)別。對應(yīng)于電機定子繞組電流波形和產(chǎn)生的反電動勢波形，梯形反電動勢和方波電流 BLDCM（短無刷直流電機）稱為永磁同步電動機，反電動勢和電流均為正弦曲線 - 軸同步電機稱為交流永磁同步電機（PMSM）。

由于普通電梯采用永磁同步無齒輪牽引傳動（特別是1：1傳動），其效率高于采用蝸輪減速機的異步電動機傳動系統(tǒng)的效率，曳引機采用2：1 卷繞方式。從提高機械效率的觀點出發(fā)，作為電梯的驅(qū)動方法，為了節(jié)能而使用永磁同步電動機和高效率減速機（行星齒輪減速機等）更有效。

關(guān)鍵詞：泰興減速機

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