球磨機使用變頻永磁直驅電機優勢分析

舒云峰 周巧玲 王小冬 劉小龍 趙修彬

(1.中鋼集團安徽天源科技股份有限公司；2.安徽省馬鞍山工業學校)

異步電動機以其價格便宜、適應各種工業條件等優點，被廣泛應用于工業生產各個領域[1-2]，但其傳動系統組成較為復雜，異步電機的效率低，功率因數小，低速發熱等問題仍然無法改善。永磁同步電動機動態響應性好，輸出扭矩大，結構簡單，其性能與效率是使用異步電機和變頻器的組合無法超越的[3]。本文詳細介紹了異步電機和同步電機的優缺點并進行了優勢分析，同步電機應用前景廣闊，將越來越多地被使用到球磨機上。

1 球磨機現用異步電機簡介及不足

目前，球磨機使用的都是異步電機，其驅動部分為變頻器+異步電機+帶傳動+齒輪傳動的傳統結構，當前的傳動系統組成較為復雜，包含有兩級帶傳動、齒輪傳動，傳動總效率較低，其驅動單元布置情況見圖1。

圖1 當前磨機驅動單元布置

帶傳動部分存在的不足為：有彈性滑動，使傳動比不恒定 ；張緊力較大，軸上壓力較大 ；結構尺寸較大、不緊湊 ；打滑，皮帶壽命短，需經常更換皮帶；帶與帶輪間產生摩擦放電現象，影響設備的正常使用。

2 球磨機采用永磁直驅電機的特點及優勢

變頻永磁直驅系統與傳統異步+減速器或皮帶傳動系統相比較，存在結構簡單、運行可靠、節能環保等多種優勢，且在球磨機生產中越來越被廣泛應用。永磁直驅系統驅動單元布置見圖2。

圖2 磨機永磁直驅驅動單元布置

(1)高效節能。永磁驅動系統的傳動效率在93%左右，與傳統驅動系統相比，效率提高了10～15個百分點。

(2)起動轉矩大，過載能力強。永磁直驅系統所使用的永磁直驅電機的起動轉矩為額定轉矩的200%，無需預啟動，且啟動電流小。

(3)避免電網及機械沖擊。系統運用變頻起動，可實現系統傳動的緩慢勻速起動，起動轉矩大，動態響應快，過載能力強，避免了電機起動的瞬間大電流給電網帶來的沖擊，以及轉矩波動給傳動系統帶來的機械沖擊，降低了系統的電網故障和機械故障。

(4)系統免維護。由于系統不需要減速器，機械軟起裝置，因此在實際應用中無需更換齒輪油，檢修減速箱，節約了使用成本，減低了維護工作量，后期維護只需每隔3～4個月給電機軸承注油1次。

(5)自動化程度高。電動機直接驅動小齒輪，整套系統簡單，占地面積約原驅動的30%。

3 永磁直驅電機與異步電機對比

異步電機運行中常見的故障有小齒輪磨損、減速機軸承軸向游隙增大及地腳螺栓易松動斷裂等，極端工況有減速機大小主軸斷裂、筒體側板焊縫開裂等；而永磁直驅電機工作周期內平均效率為90%，具有無減速機構、直驅系統效率90%、有功節電率13.5%和免機械維護等優點。永磁直驅電機與異步電機使用中連接結構對比見圖3，異步電機和同步電機損耗對比見圖4。

圖3 永磁直驅電機與異步電機使用中連接結構對比

由圖3、圖4可見，永磁直驅系統與傳統異步+減速器或皮帶傳動系統相比較，結構簡單，運行可靠；在使用中直驅電機損耗比異步電機低很多，其中直驅電機無轉子損耗，定子損耗也降低了10個百分點。

4 結 語

異步電機的控制技術日漸完善，但因其自身的功率因數、效率及發熱等問題始終無法克服。同步電機技術越來越成熟，制造成本也與異步電機越來越接近，其與傳統異步+減速器或皮帶傳動系統相比較，具有結構簡單、運行可靠、節能環保等多種優勢，在球磨機生產中將會被廣泛應用，同步電機正在越來越多的場合取代異步電機。隨著電力資源的日趨緊張，政府和企業都越來越重視環保與節能產品的開發和推廣，同步電機在球磨機的應用將成為發展趨勢。

圖4 異步電機和直驅電機損耗對比