永磁同步電機在球磨機上的應用

孫文生 楊茂

招遠市河西金礦 山東招遠 265402

球磨機是礦山選礦生產中的重要設備，其能耗占整個選礦耗電的50-60%，因此做好磨機運行的節能工作，有著非常重要的意義和經濟效益。隨著科學發展，技術創新，永磁電機在石油、化工、輕紡、礦山、數控機床等行業和領域開始應用。隨著永磁同步電機在各行各業的廣泛應用，某金礦選礦廠結合球磨機工作原理及永磁電機的特點，將二者有效的進行結合應用，已成功將永磁同步電機在球磨機上進行應用。

1 永磁電機的特點

永磁電機是使用永磁材料作為電機磁場的產生，將常規硅鋼片轉子及繞線式轉子有較大的區別，常規電機需要靠電源產生磁場而引發力矩從而使電機轉動，而永磁電機本身具有磁場不需要通電，由電轉磁消耗一部分電能而且主要消耗無功功率，對于企業用電是一項重要的管控指標，而使用永磁電機則不需要考慮該指標，相比同型異步電機節能是其主要的特點。

同步電機相對異步電機而言，優點是高功率因數、高效率、轉子參數可測、定轉子間氣隙大、控制性能好、體積小、重量輕、結構簡單、高轉矩/慣量比等，在石油、化工、輕紡、礦山、數控機床、機器人等領域得到了日益廣泛的應用，正面向大功率化、高功能化和微型化方面發展。

2 永磁同步電機的組成

由定子和轉子組成，定子與異步電動機相同，由三相繞組和定子鐵芯組成。轉子上安裝有預先磁化的（永磁）過的永磁體，不需要外加能量就能在其周圍建立磁場，既簡化電機結構，又節約能量。

3 永磁同步電機的突出優點

（1）由于轉子采用永磁體制成一次磁通密度高，不需要勵磁電流，消除了勵磁損耗。與異步電機相比，減少了定子繞組的勵磁電流和轉子邊的銅、鐵損耗，大幅減少了無功電流，由于定、轉子磁勢同步，轉子鐵芯無基波鐵耗，一次效率（關系有功電能）和功率因數（關系無功電能）都比異步電動機高。永磁同步電動機一般設計即使在輕載運行時功率因素和效率也較高。

稀土永磁同步電動機可以在25%-120%額定功率的范圍內保持高功率因數和高效率狀態運行，而一般三相異步電動機通常只能在60%-100%額定功率保持。

（2）永磁同步電動機具有較硬的機械特性，對于因負載變化引起的電動機轉矩擾動具有較強的承受能力。永磁同步電機轉子鐵芯可做成鏤空結構以減少轉子慣量，而且啟、制動時間都比異步電機快很多，高轉矩/慣量比使得永磁同步電動機比異步電動機更適合在虧阿蘇響應的條件下運行。

（3）永磁同步電機的尺寸較異步電動機大幅減小，重量也相對減輕。同樣散熱條件和絕緣材料的永磁同步電動機比三相異步電動機功率密度大2倍以上。

（4）轉子結構大大簡化，便于維護，提高了運行的穩定性。

4 永磁同步電機的氣隙

三相異步電動機由于要設計較高的功率因數，就必須要把定轉子間的氣息做的很小，同時氣隙做的很小，同時氣隙的均勻性對電機的安全運行和振動噪聲也至關重要，對此異步電動機對零部件的形位公差和裝配同心度的要求就相對嚴格，對軸承游隙選擇的自由度也比較少，較大機座的異步電動機通常使用油浴潤滑的軸承，必須在規定的工作時間內加注潤滑油，油腔漏油或加注不及時都會加速軸承失效，在三相異步電動機維修中，軸承的維護占了很大的比例。

永磁同步電動機則不存在此類問題。永磁同步電機由于氣隙小而引起的相關問題在同步電動機上表現的并不明顯，同時永磁同步電機的軸承采用帶防塵蓋的脂潤滑軸承，軸承在出廠時已封入適量的優質潤滑脂，可終生免維護。

5 電機永磁同步用戶關心的問題

5.1 電機壽命

整個電機的壽命取決于軸承的壽命，電機外殼采用IP54的防護等級，特殊環境下可以提高至IP65，滿足大部分粉塵和潮濕環境的使用要求。

在保證電機軸伸安裝同軸度較好，轉軸徑向載荷適量的情況下，電機軸承最少使用壽命在2萬小時以上。在粉塵潮濕環境下長期運行時，需定期清除風機上附著的粘性物質，以防止風機因負荷過重而燒毀。

5.2 永磁材料的失效與保護

永磁材料對永磁電機的重要性不言而喻，其成本占整臺電機材料成本近1/4以上。對永磁材料制定了企業標準，其中包含耐腐蝕、一致性、高溫退磁試驗、線性退磁曲線試驗等內容?，F在的永磁材料已能在電機繞組極限允許溫升下長時間運行，退磁率在2%以內。

5.3 線圈燒壞

傳統的異步電動機線圈燒壞故障率達8%以上，主要與蒂娜及的熱保護和電工材料的品質有關。永磁同步電動機線圈內埋有熱敏元件，當線圈溫升達到F級絕緣極限溫升105K時，驅動器通過熱敏元件采集的溫度信號對電機實行過熱保護，確保電機安全運行，同時電機定子采用兩次真空浸漆工藝，大大提高了定子合格率。

6 永磁同步電機的應用

該金礦選礦廠球磨機型號為MQY1545型，為礦山選礦用常規磨礦設備，該設備標準配置為三相異步電動機，功率為110千瓦電機。

與球磨機廠家及永磁同步電機廠家進行交流，針對球磨機運行特性及永磁同步電機的特點，可以將原配置中的減速機省掉，簡化裝配形式，并且提高了運轉效率。

選用三相永磁同步電機相關參數：

型號：TYZD400-16電壓：380V電流：183.95A

額定頻率：24.83HZ

額定功率：110KW

額定轉速：186.25r/min

效率：94.64%冷卻方式 IC666防護等級 IP54

永磁材料：釹鐵硼

由于球磨機屬于低轉速運行設備，在選用永磁同步電機時，選用低轉速的電機，因此可以將中間傳動變速的減速機去除。該低速電機需要在額定頻率下運行，因此專門配備專用的電機驅動變頻器供電運行。

采用永磁同步電機后，電機可以直接驅動球磨機，省去中間的減速機部分。球磨機效率常規為75%，減速機一般損失功耗約為3-5%，普通電機的效率一般在90%以下，綜合以上配置同步電機后的磨機效率至少在80%以上。

7 永磁同步電機的變頻調試運行：

永磁同步電機配置變頻器運行前，必須將相關運行參數在變頻器內進行設置調試后方可運行，下面簡要介紹一下變頻器參數的設置內容及操作步驟：

變頻器型號：HV300-A04T01320

按照上述順序逐一進行調整設置完畢，并進行檢查核對無誤，然后進行啟動運行。

運行過程中嚴格監控運行電壓、電流及運行頻率，必須確保在24.83HZ頻率下運行。

變頻器運行過程中產生熱量較高，因此配置電控柜時，充分考慮柜體內的通風散熱條件，確保進風順暢并且熱風能及時排除。廠家要求變頻運行溫度不能超過80℃，變頻器內部有自動溫控裝置，當高于43攝氏度時，自動開啟散熱風扇運行，當低于37攝氏度時，風扇自動停止運行[1]。

溫度是變頻器運行的關鍵，因此需要控制好變頻器的運行溫度，確保在要求的范圍內正常運行。

溫度也是永磁同步電機運行的關鍵因素，一旦長時間超穩運行，將造成永磁材料的退磁，致使電機無法正常運轉甚至報廢。為監控永磁同步電機的運行溫度，在電機三相繞組內安裝測溫元件，共安裝兩組測溫元件（一組作為備用）外接電控柜上自動巡檢儀，對于電機內部的運行溫度隨時監控，運行超溫后直接報警。

再是長期停車，為防止電機受潮，在繞組內部制作時預置加熱元件，在電機不工作時加熱元件投入運行，確保電機內部不受潮，隨時可以啟動運行。

通過以上一系列措施，使永磁同步電機的運行完全滿足球磨機的配套使用要求。

8 結語

經過一段時間的運行觀察，該球磨機運行電流約為125-130A，常規電機運行電流為180-190A，運行電流降低約55-60A。永磁同步電機相對普通異步電機單臺價值要高出約15萬元，根據其運行節電效果來計算，連續運行1年時間即可收回增加成本。按照球磨機10年運行壽命，其每年節約電能約20萬元，其節電效益相當可觀。

鑒于以上情況，希望給廣大球磨機、甚至水泵、風機等設備用戶能提供借鑒參考價值，使其為企業發展創造價值，同時節約能耗，為國家環保事業做出貢獻。