李俊

我公司水泥熟料生產(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為φ4.8m×72m，設(shè)計(jì)產(chǎn)能4 800t/d，三檔支承，斜度3.5%，帶液壓擋輪；生料輥磨型號(hào)為ATOX 50，生產(chǎn)能力為450t/h，石灰石預(yù)均化堆取料機(jī)型號(hào)為YDQ1000/500/90；石灰石膠帶輸送機(jī)型號(hào)為DT11，規(guī)格為B1 200mm×185 380mm，輸送能力為1 000t/h，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y355M2-4異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為220kW。此電動(dòng)機(jī)已運(yùn)行多年，發(fā)熱量大、效率低、能耗高，公司決定將其改造為大扭矩低速永磁同步電動(dòng)機(jī)。

1 永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)

1.1 節(jié)能高效

大扭矩低速永磁電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率高，總體效率可達(dá)0.95 以上，最高可達(dá)0.99。在20%～120%負(fù)載率范圍內(nèi)，大扭矩低速永磁電動(dòng)機(jī)均可保持非常高的功率因數(shù)和效率，相較于異步電動(dòng)機(jī)，可節(jié)能20%以上。

1.2 運(yùn)行可靠性和安全性高，后期維護(hù)量少

大扭矩低速永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是以低速驅(qū)動(dòng)低速，該系統(tǒng)去除了老式傳動(dòng)系統(tǒng)中容易失效的高速傳動(dòng)鏈部分，包括傳動(dòng)鏈中的重載高速高扭矩部分，從而大幅提高了整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，增大了服務(wù)系數(shù)，運(yùn)行穩(wěn)定性更高，現(xiàn)場(chǎng)工人維護(hù)工作量大幅減少。

1.3 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，易于安裝

大扭矩低速永磁電動(dòng)機(jī)采用了特殊的結(jié)構(gòu)和電磁設(shè)計(jì)，進(jìn)一步優(yōu)化了電動(dòng)機(jī)的制造工藝，用低速驅(qū)動(dòng)低速，從根本上改變了同步永磁電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)方式，極大地提高了材料的利用率。大扭矩低速永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積和重量，比傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)降低了30%～50%；大扭矩低速永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積與重量比永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)可減少25%～50%，其中心高降低了2～3個(gè)機(jī)座號(hào)。大扭矩低速永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)重量更輕、體積更小、結(jié)構(gòu)更加緊湊，轉(zhuǎn)矩密度也更高，可有效降低材料成本，提高產(chǎn)品性價(jià)比。

1.4 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)

大扭矩低速永磁電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電流隨負(fù)載的增大逐步增加，不存在大電流沖擊的情況。因此，在相同線路容量的條件下，采用大扭矩低速永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，可以非常容易實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動(dòng)和帶載緩?fù)！?/p>

1.5 產(chǎn)品性價(jià)比高，綜合投資成本低

大扭矩低速永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，無需另外連接減速機(jī)及液力耦合器（摩擦耦合器、電磁耦合器）等傳動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，系統(tǒng)安裝精度高，安裝費(fèi)用低，大幅節(jié)省了人力物力，提高了生產(chǎn)效率。新建項(xiàng)目若采用大扭矩低速永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可大幅減少工程造價(jià)，節(jié)省成本，性價(jià)比非常高。

1.6 用料精良，工藝先進(jìn)，磁鋼使用壽命較長

該永磁電動(dòng)機(jī)選用了高矯頑力且高磁能積的稀土類永磁材料，漆包線用漆為高強(qiáng)度H級(jí)聚酯亞胺漆，冷軋硅鋼片磁導(dǎo)率高于傳統(tǒng)材料；采用了最新的加工工藝，結(jié)構(gòu)非常緊湊、發(fā)熱量極低；轉(zhuǎn)子采用了新的組合式IPM 結(jié)構(gòu)，具有調(diào)速范圍寬、漏磁較少、抗去磁能力強(qiáng)、磁鋼壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

1.7 采用高可靠性永磁電動(dòng)機(jī)專用矢量控制變頻智能控制系統(tǒng)

（1）矢量控制變頻系統(tǒng)的核心元器件均采用進(jìn)口原裝產(chǎn)品，無需使用編碼器即可實(shí)現(xiàn)永磁電動(dòng)機(jī)的精準(zhǔn)速度控制，控制精度可達(dá)0.05Hz，完全可滿足現(xiàn)場(chǎng)使用需求。

（2）該永磁電動(dòng)機(jī)采用了專用的無感矢量控制變頻驅(qū)動(dòng)，啟動(dòng)電流低，對(duì)電網(wǎng)沒有沖擊，操作簡(jiǎn)單，性能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。

（3）永磁電動(dòng)機(jī)與變頻器配合輸出的波形好，奇數(shù)次高次諧波分量少，不需要使用屏蔽電纜，使用原有的電纜即可滿足運(yùn)行要求，對(duì)電網(wǎng)及其他的模擬量信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生干擾。

1.8 擁有完善的保護(hù)功能

擁有完善的綜合保護(hù)系統(tǒng)，可防止系統(tǒng)中重要元器件的損壞，所有的報(bào)警信號(hào)均受到高度關(guān)注。

不會(huì)造成立即停機(jī)的信號(hào)主要有：運(yùn)行信號(hào)丟失或允許重新啟動(dòng)；速度控制信號(hào)丟失；控制電壓信號(hào)過低；功率管觸發(fā)故障；電動(dòng)機(jī)溫度高；IGBT溫度高。

可造成立即停機(jī)的故障信號(hào)主要有：供電電壓過低或過高；內(nèi)/外部短路（IGBT將立即關(guān)斷）；接地故障；過流重故障；DC 環(huán)節(jié)欠壓或過壓；輸入輸出電源缺相故障；控制電壓信號(hào)故障；輸入逆相保護(hù)；微處理器故障；冷卻風(fēng)機(jī)故障。

2 原石灰石膠帶輸送機(jī)輸送系統(tǒng)運(yùn)行情況

2.1 原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配置

原石灰石膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由三相異步電動(dòng)機(jī)、液力耦合器、減速機(jī)三部分組成。三相異步電動(dòng)機(jī)功率為220kW，配套減速機(jī)速比為40，液力耦合器型號(hào)為XJGL-L220。原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具體參數(shù)配置見表1。

表1 原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)配置

2.2 運(yùn)行情況

（1）原有的“三相異步電動(dòng)機(jī)+液力耦合器+減速機(jī)”傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)鏈長，效率低，功率因數(shù)低，電耗及機(jī)械損耗較高。

（2）減速機(jī)采用220kW/4極三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)，減速機(jī)輸入轉(zhuǎn)速為1 489r/min，高速端齒輪在啟動(dòng)瞬間容易打齒進(jìn)而造成齒輪損壞。原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備故障率高，維護(hù)量大，維護(hù)周期短，嚴(yán)重制約了原材料輸送系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（3）密封材料損耗較快，潤滑及保養(yǎng)次數(shù)多。由于減速機(jī)的輸入端是高速輸入（1 489r/min），機(jī)械摩擦嚴(yán)重，油封等密封材料摩擦損耗較快，增大了設(shè)備運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)和崗位人員維護(hù)保養(yǎng)的工作量，不利于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境治理。

（4）液力耦合器故障率較高。液力耦合器無法承受過大的負(fù)荷，且運(yùn)行時(shí)溫度升高，負(fù)載稍大就容易出現(xiàn)鉛塞熔化噴油現(xiàn)象，需停機(jī)檢修，大大降低了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

（5）振動(dòng)和噪聲較大。膠帶輸送機(jī)裝在高于地面28m 處，其在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲，對(duì)設(shè)備整體運(yùn)行的安全性、可靠性和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境有不良影響。

3 膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)改造過程

3.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型

在正常工況下，根據(jù)工藝要求，選擇額定功率為185kW、型號(hào)為RMY450-185kW 的大扭矩低速永磁同步電動(dòng)機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)配置見表2。

表2 永磁同步電動(dòng)機(jī)參數(shù)配置

3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配置

相較于原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，改造后的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)去除了液力耦合器和減速機(jī)，永磁電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器與膠帶輸送機(jī)皮帶頭輪連接。永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配置見表3。

表3 永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配置

3.3 改造過程

（1）將原異步電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)拆除，根據(jù)永磁同步電動(dòng)機(jī)安裝尺寸重新澆筑混凝土基礎(chǔ)并制作新的底座。永磁同步電動(dòng)機(jī)外形尺寸見圖1。

圖1 永磁同步電動(dòng)機(jī)外形尺寸

（2）將永磁同步電動(dòng)機(jī)安裝在澆筑好的混凝土基礎(chǔ)上，將聯(lián)軸器與膠帶輸送機(jī)頭輪相連。安裝時(shí)注意找正，電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、膠帶輸送機(jī)頭輪同心度應(yīng)符合技術(shù)要求，永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備組成見圖2。

圖2 永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備組成

（3）將原控制柜的軟啟動(dòng)器更換為ACS880 變頻器，永磁電動(dòng)機(jī)動(dòng)力電纜仍采用原異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)力電纜。由于永磁電動(dòng)機(jī)一般為低速運(yùn)轉(zhuǎn)，自帶變頻冷卻風(fēng)機(jī)，需重新敷設(shè)一條電纜為變頻冷卻風(fēng)機(jī)供電，以保障永磁電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的正常風(fēng)冷。

（4）建立ACS880 變頻器與原料輸送區(qū)域DCS間的通訊，在變頻器控制柜與原料輸送區(qū)域PLC控制柜之間敷設(shè)控制電纜及信號(hào)電纜，保證變頻器與原料輸送區(qū)域PLC之間的信號(hào)傳輸。

（5）根據(jù)永磁同步電動(dòng)機(jī)銘牌參數(shù)設(shè)置變頻器相關(guān)參數(shù)并試車。試車分為空載試車和帶載試車，保證輸送系統(tǒng)單機(jī)及聯(lián)鎖運(yùn)行均正常后進(jìn)行交付及驗(yàn)收。

4 改造效果

（1）改造前后膠帶輸送機(jī)物料輸送量不變，均為700t/h左右。改造后，膠帶輸送機(jī)在連續(xù)運(yùn)行的正常工況下，年運(yùn)行時(shí)間按6 000h，電價(jià)按均價(jià)0.7元/kW·h 計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)可達(dá)13.5 萬元，節(jié)電率達(dá)30.1%，兩年左右即可完全收回投資。改造前后膠帶輸送機(jī)運(yùn)行電耗對(duì)比情況見表4。

表4 改造前后膠帶輸送機(jī)運(yùn)行電耗對(duì)比情況*

（2）永磁同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、效率高、噪聲低，極大改善了現(xiàn)場(chǎng)員工的工作環(huán)境。

（3）改造后，設(shè)備運(yùn)行安全可靠，故障率低，維護(hù)量少，密封性能好，潤滑和保養(yǎng)次數(shù)減少，有效減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（4）考慮后續(xù)改造提產(chǎn)的需要，設(shè)備運(yùn)行轉(zhuǎn)速由37.2r/min提高至42r/min。系統(tǒng)有完善的保護(hù)功能，在帶負(fù)載事故停車后，具有滿載啟動(dòng)能力，避免了因帶料負(fù)荷大而無法啟動(dòng)的情況發(fā)生，無需再人工清理輸送機(jī)膠帶上的積料。

（5）去掉了液力耦合器等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)鏈變短，維護(hù)檢修方便，完全可滿足設(shè)備檢修時(shí)低速慢轉(zhuǎn)的需要。

（6）電動(dòng)機(jī)自身功率因數(shù)提升至0.98，原有的低壓電容補(bǔ)償系統(tǒng)可部分退出，節(jié)約了電氣設(shè)備的運(yùn)行成本和維護(hù)工作量。

（7）充分利用了原有空間布局，改造后設(shè)備總重量不大于原有設(shè)備總重量，有效確保了設(shè)備平臺(tái)基礎(chǔ)承重量在安全范圍內(nèi)。

（8）永磁電動(dòng)機(jī)和變頻器自身的高次諧波分量少，輸出波形好，諧波控制能力強(qiáng)，在生產(chǎn)運(yùn)行中不會(huì)對(duì)其他設(shè)備開關(guān)量控制信號(hào)及模擬量信號(hào)造成干擾。

5 結(jié)語

大扭矩低速永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高效節(jié)能、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，適用于大型膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)，較傳統(tǒng)的“電動(dòng)機(jī)+液力耦合器+減速機(jī)”傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯。此外，該永磁電動(dòng)機(jī)還具有體積小、重量輕、溫升低、無功小、噪聲小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以改善現(xiàn)場(chǎng)員工的工作環(huán)境，而且可減少維護(hù)頻次，降低巡檢工勞動(dòng)強(qiáng)度。本次石灰石膠帶輸送機(jī)永磁電動(dòng)機(jī)節(jié)能改造效果顯著，我公司還將逐步改造原料輸送區(qū)域內(nèi)的傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)，將其改造為永磁電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，以進(jìn)一步節(jié)能降耗，提高效率，改善環(huán)境。