DYT永磁同步直驱电动机在搅拌器上的成功应用

王素霞 杨新 周玉林

摘   要：永磁同步直驱电动机是随着低速大扭矩永磁电机技术及智能控制技术的不断发展与成熟而出现的一个具有革命性意义的产品。该产品颠覆了传统的驱动连接方式，取消了减速机等中间过渡环节，直接驱动负载，简化了传动链，提高了系统效率，降低能源消耗，安装简便，维护量少。本文重点介绍DYT永磁同步直驱电动机在搅拌上的改造节能实践。

关键词：节能降耗;永磁直驱;低速大扭矩

1    永磁同步直驱电机的结构和工作原理

永磁同步直驱电机是一款交流电动机，定子部分和异步电机相似，只是绕线方式和级数的设计不同，它是以多级数来设计的。电机的气隙磁场由稀土钕铁硼产生，不需要励磁磁场，转子本身就可以产生很强的固有磁场。转子磁场和定子线圈通电后产生的电磁场相互作用，从而产生非常大的合力输出。

当电机对称的三相绕组接通对称的三相电源时，电流在定子和转子之间的气隙中产生旋转磁场，且转速符合以下定律：

n=60 f/p

其中：f—电机额定频率;p—定子极对数。

2    永磁同步直驱电机的性能特点

国内电动机的保有量较大，部分设备的老化严重、效率较低、电能消耗较大，而永磁同步直驱电动机具有启动力矩大、转速无级可调、温升低、功率因数高、效率高、节能降耗等特点。

2.1  效率高、更加省电

由于永磁同步直驱电机的磁场是由永磁体产生的，从而避免通过励磁电流来产生磁场而导致的励磁损耗。

从外特性效率曲线分析，永磁同步直驱电机更加优于异步电机，永磁同步直驱电机在轻载时的效率较异步电机要高很多，因此永磁同步直驱电机相比于异步电机在节能方面具有的最大优势。

基于永磁同步直驱电机功率因数高的特性，因此，永磁同步直驱电机比异步电机的电流更小，定子的铜损耗更小，永磁同步直驱电机的效率更高。

永磁同步直驱电机的参数不限制于电机的极数，因此，永磁同步直驱电机可实现多级形式。对传统需要通过减速装置获得较大驱动扭矩的负载而言，可以省去减速装置而使用永磁同步直驱电机进行直接驱动，优化了系统的传动路径、使得系统的传动效率最高。

2.2  电机结构简单灵活

由于异步电机转子上需要安装导条、端环或者转子绕组，大大限制了异步电机结构的灵活性，而永磁同步直驱电机的转子结构设计更为灵活，如对铁路牵引电机，可以将电机转子的磁钢直接安装在机车轮对的转轴上，从而省去了减速机，结构大为简化。

2.3  免维护，可靠性更高

无减速系统及附属的液压系统、冷却系统，机械传动效率接近100%;维护难度降低，电机轴承需定期润滑，维护量较少，因而维护成本降低。无齿轮传动，噪音低;机械磨损造成的精度损失得到有效控制，使用寿命更长。

2.4  變频控制

全数字开环同步矢量控制，低频运转时，具有恒转矩调速功能，能保证150%的额定转矩输出，控制器设有过压、欠压、过流、过载，功率元件过热和电机绕组过热、缺相等保护，设有故障记忆功能，对负载无冲击。

2.5  安装更方便

部件数量减少，系统简单。同比电机、减速机传动系统，安装尺寸减小，具有安装方便、传动链缩短，振动更小、系统运行的更加平稳等优点。

3    永磁同步直驱电机的控制方式

永磁同步直驱电机（见图1）采用的是强耦合、时变的非线性系统方案，因此，控制策略相对异步电机而言要复杂。目前针对永磁同步电机的控制策略主要有转速开环恒压频比（v/f为常数）控制、矢量控制、直接转矩控制、自适应控制等，各有优缺点，根据实际需要选择不同的方式来控制电机。

永磁同步直驱电机采用的是矢量控制，矢量控制方式是广泛使用控制方式的一种，其基本原理是通过坐标的变换在转子磁场定向的同步坐标系统上对电机的磁场和转矩电流进行解耦控制的技术方案，使永磁同步直驱电机具有和传统直流电动机具有相同运行特性。

4    永磁同步直驱电机的应用方向

由于永磁同步直驱电机具有输出转速低、输出扭矩大的特性，所以可以替代传统的“异步电机+减速机”结构形式。比如化工行业的搅拌器、冷却塔风机;电力煤炭行业的输煤皮带机;水泥行业的球磨机、选粉机等。

基于减速装置在传统驱动单元中的故障率较高，使得永磁同步直驱电机在替代传统异步电机与减速装置结合时的优势更加明显。

5    永磁同步直驱电机在搅拌器上的应用案例分析

2016年，锌业公司联合南京鼎阳科技有限公司共同启动搅拌器采用DYT永磁同步直驱电机改造项目。2016年9月，第一台改造在湿法系统净化工序4#机安装完成并投入运行。

该厂搅拌器传统驱动单元采用“异步电机+减速机”形式（见图2），减速机为直角轴安装形式，电机通过安装法兰和与减速机连接。这种结构存在的问题是振动较大，导致减速机漏油现象频繁，异步电机线圈老化，发热严重，增加了工人的维护工作量，影响正常生产。

另外，在工艺上有提高产能的需求，原设备功率已不能满足要求，以此为契机，一方面考虑解决设备可靠性，另外提高产能，提出采用DYT永磁同步直驱电动机对其进行改造升级。

将原异步电机和减速机拆除，采用“DYT永磁直驱电机”（见图3）直接驱动搅拌轴，使传动系统结构得以简化。

改造后，驱动系统效率显著提高，总效率由80%提高到94%以上，节能明显。4#和5#两个机位分别在5种不同转速下（74 r/min、76 r/min、78 r/min、80 r/min、82 r/min）分别记录两天的用电量，具体数据如表1所示。表中数据显示，在不同转速下，采用永磁同步直驱电机都有很大的节能空间，通过比较，输出转速在76 r/min时节能最为显著。

通过以上分析，在搅拌器上采用DYT永磁同步直驱电机系统替代原来的“异步电机+减速机”的驱动形式，不但能完全满足设备工艺需求，而且大大降低了后期的维护费用，降低了职工的设备维护工作量。驱动系统的故障率降低，对确保安全生产、延长设备寿命周期起到了关键作用，DYT永磁同步直驱电机系统在搅拌器上适合大力推广。

6    永磁同步直驱电机的应用前景

由于永磁同步直驱电机主要性能特点是输出转速低、输出扭矩大，可以去掉传统驱动单元中的减速机、液力耦合器、CST系统，使得驱动结构大大简化。除了在化工搅拌器上可以大力应用外，在皮带输送机、球磨机、冷却塔风机、空冷岛风机、选粉机等设备上都可以大规模应用，而且可以取到非常好的应用效果。

[参考文献]

[1]李洪桂.湿法冶金学[D].长沙：中南大学出版社，2002.

[2]佚名.搅拌器设计及原理[Z].杭州：浙江长城搅拌设备股份有限公司.

[3]佚名.永磁电机及原理[M].北京：中国电力出版社，2010.