球磨机使用变频永磁直驱电机优势分析

舒云峰 周巧玲 王小冬 刘小龙 赵修彬

(1.中钢集团安徽天源科技股份有限公司；2.安徽省马鞍山工业学校)

异步电动机以其价格便宜、适应各种工业条件等优点，被广泛应用于工业生产各个领域[1-2]，但其传动系统组成较为复杂，异步电机的效率低，功率因数小，低速发热等问题仍然无法改善。永磁同步电动机动态响应性好，输出扭矩大，结构简单，其性能与效率是使用异步电机和变频器的组合无法超越的[3]。本文详细介绍了异步电机和同步电机的优缺点并进行了优势分析，同步电机应用前景广阔，将越来越多地被使用到球磨机上。

1 球磨机现用异步电机简介及不足

目前，球磨机使用的都是异步电机，其驱动部分为变频器+异步电机+带传动+齿轮传动的传统结构，当前的传动系统组成较为复杂，包含有两级带传动、齿轮传动，传动总效率较低，其驱动单元布置情况见图1。

图1 当前磨机驱动单元布置

带传动部分存在的不足为：有弹性滑动，使传动比不恒定 ；张紧力较大，轴上压力较大 ；结构尺寸较大、不紧凑 ；打滑，皮带寿命短，需经常更换皮带；带与带轮间产生摩擦放电现象，影响设备的正常使用。

2 球磨机采用永磁直驱电机的特点及优势

变频永磁直驱系统与传统异步+减速器或皮带传动系统相比较，存在结构简单、运行可靠、节能环保等多种优势，且在球磨机生产中越来越被广泛应用。永磁直驱系统驱动单元布置见图2。

图2 磨机永磁直驱驱动单元布置

(1)高效节能。永磁驱动系统的传动效率在93%左右，与传统驱动系统相比，效率提高了10～15个百分点。

(2)起动转矩大，过载能力强。永磁直驱系统所使用的永磁直驱电机的起动转矩为额定转矩的200%，无需预启动，且启动电流小。

(3)避免电网及机械冲击。系统运用变频起动，可实现系统传动的缓慢匀速起动，起动转矩大，动态响应快，过载能力强，避免了电机起动的瞬间大电流给电网带来的冲击，以及转矩波动给传动系统带来的机械冲击，降低了系统的电网故障和机械故障。

(4)系统免维护。由于系统不需要减速器，机械软起装置，因此在实际应用中无需更换齿轮油，检修减速箱，节约了使用成本，减低了维护工作量，后期维护只需每隔3～4个月给电机轴承注油1次。

(5)自动化程度高。电动机直接驱动小齿轮，整套系统简单，占地面积约原驱动的30%。

3 永磁直驱电机与异步电机对比

异步电机运行中常见的故障有小齿轮磨损、减速机轴承轴向游隙增大及地脚螺栓易松动断裂等，极端工况有减速机大小主轴断裂、筒体侧板焊缝开裂等；而永磁直驱电机工作周期内平均效率为90%，具有无减速机构、直驱系统效率90%、有功节电率13.5%和免机械维护等优点。永磁直驱电机与异步电机使用中连接结构对比见图3，异步电机和同步电机损耗对比见图4。

图3 永磁直驱电机与异步电机使用中连接结构对比

由图3、图4可见，永磁直驱系统与传统异步+减速器或皮带传动系统相比较，结构简单，运行可靠；在使用中直驱电机损耗比异步电机低很多，其中直驱电机无转子损耗，定子损耗也降低了10个百分点。

4 结 语

异步电机的控制技术日渐完善，但因其自身的功率因数、效率及发热等问题始终无法克服。同步电机技术越来越成熟，制造成本也与异步电机越来越接近，其与传统异步+减速器或皮带传动系统相比较，具有结构简单、运行可靠、节能环保等多种优势，在球磨机生产中将会被广泛应用，同步电机正在越来越多的场合取代异步电机。随着电力资源的日趋紧张，政府和企业都越来越重视环保与节能产品的开发和推广，同步电机在球磨机的应用将成为发展趋势。

图4 异步电机和直驱电机损耗对比