工業智能電機在土城礦選煤廠的應用

盤江精煤股份有限公司土城礦選煤廠是設計能力為300萬噸/年的礦井型煉焦煤選煤廠，于2010年6月正式投產使用，采用全原煤不分級、不脫泥重介、粗煤泥采用煤泥重介旋流器進行回收，細煤泥浮選，尾煤泥壓濾、干燥聯合流程。我廠現場設備使用的電機全部都是普通異步電動機，能耗偏高，設備的總裝機功率達到10982KW，其中運行功率達到9320kw，設備滿負荷運行時，每小時耗電量達到9320kw，按照平均每天開機16小時，每月（按照23天計算）消耗電量342.97萬千瓦時，電力消耗大。

針對選煤廠電耗大的問題，我廠引進了三臺工業智能電機，其主要工作原理如下：

工業智能電機的工作原理與電勵磁同步電機相同，區別在于前者是以永磁體替代勵磁繞組進行勵磁。當永磁電機的三相定子繞組（各相差120°電角度）通入頻率為f的三相交流電后，將產生一個以同步轉速推移的旋轉磁場。穩態情況下，主極磁場隨著旋轉磁場同步轉動，因此轉子轉速也是同步轉速，定子旋轉磁場恒與永磁體建立的主極磁場保持相對靜止，它們之間相互作用并產生電磁轉矩，驅動電機旋轉并進行能量轉換。

工業智能電機的特點如下：

1、節能。節能原理：電機在運作的時候首先需要勵磁才能開始運轉，在啟動的時候是最耗能的，在啟動電機的時候或許都發現和電機連接在一起的燈都會突然暗以下，一旦啟動后電流就平穩了，這就是因為普通電機需要消耗大量的“勵磁電流”，而使用稀土永磁體的電動機，“徹底去掉了永磁線圈”，運行起初不用消耗大量的電能先去勵磁，直接靠它本身的永磁體就能很快而且節能的啟動，由于它去掉了勵磁線圈，在運行中也會省去轉動時的它所需要消耗的那部分電能，自然也就節能很多了。

原理及結構的革命性改變，是電機能耗大幅降低，節能效果可達30.00%-70.00%，遠遠高于工信部電機提升計劃節能目標的5.00%-10.00%。

2、通過降低電磁能、熱能、機械能的損耗來提高電機的輸出功率，高效節能，轉速可從0-5000rpm根據需要調節（目前國內使用的異步電機可調速范圍小，如另配調速裝置，則會大大提高設備成本）。1000w以下的小電機效率可達90.00%以上，更重要的是奇特的控制設計，使該電機的系統效率比現有永磁盤式電機的系統效率高得多。

3、啟動扭矩大，為傳統電機的3-5倍;

4、過載能力強：可在過載5倍條件下工作;

5、溫升小：由于電機無鐵損，且銅損很小，一般溫升不超過+30℃，無需強制冷卻;

6、壽命長、噪聲低：基本上相當于所用軸承的壽命和噪聲;

7、無負載是無阻尼：因為無鐵芯，所以電機靜態阻尼為零;

8、可連續無極調速，轉速不設上限（主要受軸承、材料強度限制）;

9、專用控制器設計獨特、性能可靠，價格便宜;

10、特殊的磁路設計;機殼外靜態磁場趨零;

11、無刷、無火花滿足在防爆環境下運行;

12、既可為外轉子，也可為內轉子;

13、可實現恒定扭矩;

14、運行平穩、振動小、平衡精度高;

與電磁式同步電動機相比較，永磁同步電動機具有以下優點：

1、永磁同步電動機無需電流勵磁，不設電刷和滑環，因此結構簡單、使用方便、可靠性高。

2、永磁同步電動機轉子上無勵磁損耗。永磁同步電動機的效率比電磁式同步電動機要高，并且其功率因數可以設計在1.0附近。就是在低負載時，其功率因數仍可達到0.9以上，普通電機只能達到0.6左右。

3、因其轉子采用永磁鐵，其體積比普通同功率電動機小，重量輕（只用相同異步電動機的一半重量），電動機溫升低（實際使用測量只有45度左右，原電機達到65度），電機運行平穩，噪音小。

4、永磁同步電動機，無功功率節電率可達85%;有功功率節電率可達23%-25%，節電效果十分明顯。

工業智能電機的應用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空、航天、裝備制造、工農業生產和日常生活的各個領域。它包括永磁同步電動機、永磁發電機、直流電動機、無刷直流電動機、交流永磁伺服電動機、永磁直線電動機、特種永磁電機及相關的控制系統，幾乎覆蓋了整個電機行業。

我廠將三臺工業智能電機分別在循環水泵（廠內自編號619，功率250KW，以下簡稱619）、干燥鼓風機（廠內自編號812，功率55KW，以下簡稱812）、原煤膠帶運輸機（廠內自編號301，132KW，以下簡稱301）中使用，使用一段時間后，通過對現場數據的統計，具體見下表：

從表1- 6提供的數據可以看出，619智能電機較普通電機節能12.28%，301智能電機較普通電機節能16.399%，812智能電機較普通電機節能11.82%，平均節能13.50%。若選煤廠電機全部更換成智能電機，不計電機一次性投入的情況下，每月節約電量46.30萬千瓦時，節約電費（電費按照0.5712元/千瓦時計算）26.45萬元。

當然，在三臺智能電機在選煤廠試用過程中，也同樣存在很多問題，具體有：

1、619工業智能電機運行一段時間后，頻繁報故障，且每次報故障后都需要很長一段時間才能解除，嚴重影響我廠的正常生產;

2、812工業智能電機在我廠使用約1個月時間，就出現故障，現已無法運行，不能保證我廠連續生產;

3、工業智能電機屬于同步電機，當設備出現故障時，我廠機電檢修人員無法對該設備進行檢修，必須返廠維修，無法保證生產的連續性。

4、控制較為麻煩，需采用專用控制器進行啟動。

5、存在最大轉矩受永磁體去磁約束，抗震能力差，高轉速受限制。

結束語：

針對上述存在的問題，尤其是第1、2條，廠家暫時沒有較好的辦法解決，如果長期使用就會影響到我廠的生產。所以，智能電機沒有在我廠得到全面的推廣應用，但隨著時間的推移，我相信上述問題肯定能夠得到逐步解決，屆時，智能電機將全面取代普通電機，達到選煤廠節能降耗的目的。

作者簡介：

張祥（1984-），男，貴州盤縣人，助理工程師，現任貴州盤江精煤股份有限公司土城礦選煤廠技術員。