技术 | 永磁同步电机在水泥厂的应用

引言

在水泥生产线上，需要机械能的设备众多，它们都离不开电机。这些电机的运行，在新技术出现前，无论其运行是否节能，消耗是否大，启动是否便利，我们已经习以为常。然而，永磁同步电机的出现改变了这一现状，它与传统的三相异步电机相比，具有效率高、功率因数高、启动转矩大、力能指标好、温升低等一系列优点，深受工矿企业欢迎。本文结合永磁同步电机在某公司水泥生产线的实际应用，总结经验，以资参考。

1.1 在回转窑辅传装置上的应用

该公司回转窑辅传装置配置的三相异步电机(Y280S-4，75kW，1480r/min，140A)，采用软启器启动。辅传装置的作用是：当主电动机或主电源发生故障时，用来慢转窑以免筒体弯曲；在镶砌窑衬或维修时使筒体能停留在某个指定的位置；启动窑时可以减小主电机的启动功率。

然而，正常运转的回转窑突发停机，这时窑内物料较多，必须慢驱转窑，但过流跳停现象相伴而至，慢驱转窑无法实现。只有将慢驱与窑主减速机脱开后，先开启窑辅传装置再强行与窑主减速机进行连接，方可实现慢驱转窑。

这种方式存在较大的冲击力，必然造成减速机损伤、打齿，使用寿命大幅缩短。

2019年，我们将此电机更换为永磁同步电机(见图1，型号XTY3 280M-6，75kW，1000r/min，123.4A)，控制方式改为直接启动。本次改造彻底杜绝了窑辅传装置过流跳停现象的发生，窑主减速机寿命也大幅延长，较好地确保了回转窑窑体安全。

图1 配套回转窑辅传装置的永磁同步电机

1.2 在篦冷机余风风机上的应用

该公司篦冷机余风风机配置的三相异步电机(TYKK5602-6W，900kW，990r/min，64.8A)采用变频控制。余风风机为回转窑篦冷机中低温段余风的排出提供动力或者说提供所需要的负压。为适应各种工艺状况需求，余风风机及电机选型大，正常窑况时余风电机负载率仅为30％左右，电机效率较低，电耗较高。

2019年将此电机更换为永磁同步电机(YKK560-6，900kW，1000r/min，56.3A)，仍采用原变频器控制。更换后取得了较好的节电效果，余风风机吨熟料电耗由改造前的1.29kWh/t降低至0.92kWh/t，降低28.7％。

1.3 在矿渣上料皮带机上的应用

该公司矿渣上料皮带配置的三相异步电机(HM2-250M-455kW1480r/min，103A)、减速机(DCY280-31.5-2N)采用软启器启动。矿渣上料皮带用于从渣场输送矿渣至矿渣仓，供立磨使用，倾斜角为16°。此皮带实际运行负荷较重，减速机使用寿命仅1.5年左右，并且在使用后期，需要频繁注油，更换时需要耗费吊具、人工等，产生较高的维护费用。

2021年，我们将此电机及减速机改造为永磁直驱同步电机(XTYZ75/50，75kW，50r/min，130.7A)，控制方式改为变频器驱动。自投用以来运行稳定，基本无维护费用产生。

(1)永磁同步电机在低负载大扭矩工况下，仍可保持较高功率因数及效率。

永磁同步电机在转子上嵌入永磁体，由永磁体建立磁场，在正常工作时转子与定子磁场同步运行，彻底消除励磁电流，消除了转子损耗，使电机效率、功率因数大幅提升。从图2可以看出，永磁同步电机负载率(p2/pn)在25％～120％范围内均可保持较高的效率和功率因数。案例2借助永磁同步电机的这一优点，当电机工作在较低负载率的情况下，仍可确保电机效率处于较高水平，降低了电耗。

图2 永磁同步电机与异步电机效率及功率因数曲线

(2)调整永磁电机的设计参数可增大启动转矩。

由于永磁同步电机的效率及功率因数较高，在与异步电动机相同启动电流情况下，其实际有功功率大于异步电动机，从而可输出更高的启动转矩。

永磁同步电机采用异步启动时，在转子上装有启动铜笼条，此铜笼条在启动时作辅助启动作用，正常运行不起作用，因此能根据负载需求通过自身设计提高启动转矩，能较好地解决动力设备中“大马拉小车”的现象。案例l利用永磁同步电机这一优点，解决了原异步电机启动力矩不足问题，提高了设备使用寿命、提高了生产效率。案例3利用永磁同步电机此优点，不仅替代了原来的电机，还省去了减速机，降低了维护频次，减少了维护费用。

该公司的实践证明，永磁同步电机在工矿企业的生产线上对提高工作效率、改善工作效果、实现节电等方面确有突出表现，但也有需要注意的三点：

(1)不可逆退磁问题。永磁同步电机在高温或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能下降，甚至无法使用。

(2)对变频器有一定的要求。具体改造时，如需要变频启动，需要评估变频器与永磁电机的匹配性，必要时需更换变频器或对变频器进行升级改造。

(3)需要对原设备基础、框架承重能力进行评估。进行永磁直驱电机改造时，需要提前核算永磁直驱电机的重量，对原设备基础、框架承重能力进行评估，需要时必须进行加固。

作者：崔宁

来源：《山东鲁碧建材有限公司》

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