DYT永磁同步直驅電動機在攪拌器上的成功應用

王素霞 楊新 周玉林

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

關鍵詞：節能降耗;永磁直驅;低速大扭矩

1? ? 永磁同步直驅電機的結構和工作原理

永磁同步直驅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的設計不同，它是以多級數來設計的。電機的氣隙磁場由稀土釹鐵硼產生，不需要勵磁磁場，轉子本身就可以產生很強的固有磁場。轉子磁場和定子線圈通電后產生的電磁場相互作用，從而產生非常大的合力輸出。

當電機對稱的三相繞組接通對稱的三相電源時，電流在定子和轉子之間的氣隙中產生旋轉磁場，且轉速符合以下定律：

n=60 f/p

其中：f—電機額定頻率;p—定子極對數。

2? ? 永磁同步直驅電機的性能特點

國內電動機的保有量較大，部分設備的老化嚴重、效率較低、電能消耗較大，而永磁同步直驅電動機具有啟動力矩大、轉速無級可調、溫升低、功率因數高、效率高、節能降耗等特點。

2.1? 效率高、更加省電

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

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

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

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

2.2? 電機結構簡單靈活

由于異步電機轉子上需要安裝導條、端環或者轉子繞組，大大限制了異步電機結構的靈活性，而永磁同步直驅電機的轉子結構設計更為靈活，如對鐵路牽引電機，可以將電機轉子的磁鋼直接安裝在機車輪對的轉軸上，從而省去了減速機，結構大為簡化。

2.3? 免維護，可靠性更高

無減速系統及附屬的液壓系統、冷卻系統，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

全數字開環同步矢量控制，低頻運轉時，具有恒轉矩調速功能，能保證150%的額定轉矩輸出，控制器設有過壓、欠壓、過流、過載，功率元件過熱和電機繞組過熱、缺相等保護，設有故障記憶功能，對負載無沖擊。

2.5? 安裝更方便

部件數量減少，系統簡單。同比電機、減速機傳動系統，安裝尺寸減小，具有安裝方便、傳動鏈縮短，振動更小、系統運行的更加平穩等優點。

3? ? 永磁同步直驅電機的控制方式

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

永磁同步直驅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的變換在轉子磁場定向的同步坐標系統上對電機的磁場和轉矩電流進行解耦控制的技術方案，使永磁同步直驅電機具有和傳統直流電動機具有相同運行特性。

4? ? 永磁同步直驅電機的應用方向

由于永磁同步直驅電機具有輸出轉速低、輸出扭矩大的特性，所以可以替代傳統的“異步電機+減速機”結構形式。比如化工行業的攪拌器、冷卻塔風機;電力煤炭行業的輸煤皮帶機;水泥行業的球磨機、選粉機等。

基于減速裝置在傳統驅動單元中的故障率較高，使得永磁同步直驅電機在替代傳統異步電機與減速裝置結合時的優勢更加明顯。

5? ? 永磁同步直驅電機在攪拌器上的應用案例分析

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

該廠攪拌器傳統驅動單元采用“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。這種結構存在的問題是振動較大，導致減速機漏油現象頻繁，異步電機線圈老化，發熱嚴重，增加了工人的維護工作量，影響正常生產。

另外，在工藝上有提高產能的需求，原設備功率已不能滿足要求，以此為契機，一方面考慮解決設備可靠性，另外提高產能，提出采用DYT永磁同步直驅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永磁直驅電機”（見圖3）直接驅動攪拌軸，使傳動系統結構得以簡化。

改造后，驅動系統效率顯著提高，總效率由80%提高到94%以上，節能明顯。4#和5#兩個機位分別在5種不同轉速下（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，具體數據如表1所示。表中數據顯示，在不同轉速下，采用永磁同步直驅電機都有很大的節能空間，通過比較，輸出轉速在76 r/min時節能最為顯著。

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

6? ? 永磁同步直驅電機的應用前景

由于永磁同步直驅電機主要性能特點是輸出轉速低、輸出扭矩大，可以去掉傳統驅動單元中的減速機、液力耦合器、CST系統，使得驅動結構大大簡化。除了在化工攪拌器上可以大力應用外，在皮帶輸送機、球磨機、冷卻塔風機、空冷島風機、選粉機等設備上都可以大規模應用，而且可以取到非常好的應用效果。

[參考文獻]

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