永磁同步电机在球磨机上的应用

孙文生 杨茂

招远市河西金矿 山东招远 265402

球磨机是矿山选矿生产中的重要设备，其能耗占整个选矿耗电的50-60%，因此做好磨机运行的节能工作，有着非常重要的意义和经济效益。随着科学发展，技术创新，永磁电机在石油、化工、轻纺、矿山、数控机床等行业和领域开始应用。随着永磁同步电机在各行各业的广泛应用，某金矿选矿厂结合球磨机工作原理及永磁电机的特点，将二者有效的进行结合应用，已成功将永磁同步电机在球磨机上进行应用。

1 永磁电机的特点

永磁电机是使用永磁材料作为电机磁场的产生，将常规硅钢片转子及绕线式转子有较大的区别，常规电机需要靠电源产生磁场而引发力矩从而使电机转动，而永磁电机本身具有磁场不需要通电，由电转磁消耗一部分电能而且主要消耗无功功率，对于企业用电是一项重要的管控指标，而使用永磁电机则不需要考虑该指标，相比同型异步电机节能是其主要的特点。

同步电机相对异步电机而言，优点是高功率因数、高效率、转子参数可测、定转子间气隙大、控制性能好、体积小、重量轻、结构简单、高转矩/惯量比等，在石油、化工、轻纺、矿山、数控机床、机器人等领域得到了日益广泛的应用，正面向大功率化、高功能化和微型化方面发展。

2 永磁同步电机的组成

由定子和转子组成，定子与异步电动机相同，由三相绕组和定子铁芯组成。转子上安装有预先磁化的（永磁）过的永磁体，不需要外加能量就能在其周围建立磁场，既简化电机结构，又节约能量。

3 永磁同步电机的突出优点

（1）由于转子采用永磁体制成一次磁通密度高，不需要励磁电流，消除了励磁损耗。与异步电机相比，减少了定子绕组的励磁电流和转子边的铜、铁损耗，大幅减少了无功电流，由于定、转子磁势同步，转子铁芯无基波铁耗，一次效率（关系有功电能）和功率因数（关系无功电能）都比异步电动机高。永磁同步电动机一般设计即使在轻载运行时功率因素和效率也较高。

稀土永磁同步电动机可以在25%-120%额定功率的范围内保持高功率因数和高效率状态运行，而一般三相异步电动机通常只能在60%-100%额定功率保持。

（2）永磁同步电动机具有较硬的机械特性，对于因负载变化引起的电动机转矩扰动具有较强的承受能力。永磁同步电机转子铁芯可做成镂空结构以减少转子惯量，而且启、制动时间都比异步电机快很多，高转矩/惯量比使得永磁同步电动机比异步电动机更适合在亏阿苏响应的条件下运行。

（3）永磁同步电机的尺寸较异步电动机大幅减小，重量也相对减轻。同样散热条件和绝缘材料的永磁同步电动机比三相异步电动机功率密度大2倍以上。

（4）转子结构大大简化，便于维护，提高了运行的稳定性。

4 永磁同步电机的气隙

三相异步电动机由于要设计较高的功率因数，就必须要把定转子间的气息做的很小，同时气隙做的很小，同时气隙的均匀性对电机的安全运行和振动噪声也至关重要，对此异步电动机对零部件的形位公差和装配同心度的要求就相对严格，对轴承游隙选择的自由度也比较少，较大机座的异步电动机通常使用油浴润滑的轴承，必须在规定的工作时间内加注润滑油，油腔漏油或加注不及时都会加速轴承失效，在三相异步电动机维修中，轴承的维护占了很大的比例。

永磁同步电动机则不存在此类问题。永磁同步电机由于气隙小而引起的相关问题在同步电动机上表现的并不明显，同时永磁同步电机的轴承采用带防尘盖的脂润滑轴承，轴承在出厂时已封入适量的优质润滑脂，可终生免维护。

5 电机永磁同步用户关心的问题

5.1 电机寿命

整个电机的寿命取决于轴承的寿命，电机外壳采用IP54的防护等级，特殊环境下可以提高至IP65，满足大部分粉尘和潮湿环境的使用要求。

在保证电机轴伸安装同轴度较好，转轴径向载荷适量的情况下，电机轴承最少使用寿命在2万小时以上。在粉尘潮湿环境下长期运行时，需定期清除风机上附着的粘性物质，以防止风机因负荷过重而烧毁。

5.2 永磁材料的失效与保护

永磁材料对永磁电机的重要性不言而喻，其成本占整台电机材料成本近1/4以上。对永磁材料制定了企业标准，其中包含耐腐蚀、一致性、高温退磁试验、线性退磁曲线试验等内容。现在的永磁材料已能在电机绕组极限允许温升下长时间运行，退磁率在2%以内。

5.3 线圈烧坏

传统的异步电动机线圈烧坏故障率达8%以上，主要与蒂娜及的热保护和电工材料的品质有关。永磁同步电动机线圈内埋有热敏元件，当线圈温升达到F级绝缘极限温升105K时，驱动器通过热敏元件采集的温度信号对电机实行过热保护，确保电机安全运行，同时电机定子采用两次真空浸漆工艺，大大提高了定子合格率。

6 永磁同步电机的应用

该金矿选矿厂球磨机型号为MQY1545型，为矿山选矿用常规磨矿设备，该设备标准配置为三相异步电动机，功率为110千瓦电机。

与球磨机厂家及永磁同步电机厂家进行交流，针对球磨机运行特性及永磁同步电机的特点，可以将原配置中的减速机省掉，简化装配形式，并且提高了运转效率。

选用三相永磁同步电机相关参数：

型号：TYZD400-16电压：380V电流：183.95A

额定频率：24.83HZ

额定功率：110KW

额定转速：186.25r/min

效率：94.64%冷却方式 IC666防护等级 IP54

永磁材料：钕铁硼

由于球磨机属于低转速运行设备，在选用永磁同步电机时，选用低转速的电机，因此可以将中间传动变速的减速机去除。该低速电机需要在额定频率下运行，因此专门配备专用的电机驱动变频器供电运行。

采用永磁同步电机后，电机可以直接驱动球磨机，省去中间的减速机部分。球磨机效率常规为75%，减速机一般损失功耗约为3-5%，普通电机的效率一般在90%以下，综合以上配置同步电机后的磨机效率至少在80%以上。

7 永磁同步电机的变频调试运行：

永磁同步电机配置变频器运行前，必须将相关运行参数在变频器内进行设置调试后方可运行，下面简要介绍一下变频器参数的设置内容及操作步骤：

变频器型号：HV300-A04T01320

按照上述顺序逐一进行调整设置完毕，并进行检查核对无误，然后进行启动运行。

运行过程中严格监控运行电压、电流及运行频率，必须确保在24.83HZ频率下运行。

变频器运行过程中产生热量较高，因此配置电控柜时，充分考虑柜体内的通风散热条件，确保进风顺畅并且热风能及时排除。厂家要求变频运行温度不能超过80℃，变频器内部有自动温控装置，当高于43摄氏度时，自动开启散热风扇运行，当低于37摄氏度时，风扇自动停止运行[1]。

温度是变频器运行的关键，因此需要控制好变频器的运行温度，确保在要求的范围内正常运行。

温度也是永磁同步电机运行的关键因素，一旦长时间超稳运行，将造成永磁材料的退磁，致使电机无法正常运转甚至报废。为监控永磁同步电机的运行温度，在电机三相绕组内安装测温元件，共安装两组测温元件（一组作为备用）外接电控柜上自动巡检仪，对于电机内部的运行温度随时监控，运行超温后直接报警。

再是长期停车，为防止电机受潮，在绕组内部制作时预置加热元件，在电机不工作时加热元件投入运行，确保电机内部不受潮，随时可以启动运行。

通过以上一系列措施，使永磁同步电机的运行完全满足球磨机的配套使用要求。

8 结语

经过一段时间的运行观察，该球磨机运行电流约为125-130A，常规电机运行电流为180-190A，运行电流降低约55-60A。永磁同步电机相对普通异步电机单台价值要高出约15万元，根据其运行节电效果来计算，连续运行1年时间即可收回增加成本。按照球磨机10年运行寿命，其每年节约电能约20万元，其节电效益相当可观。

鉴于以上情况，希望给广大球磨机、甚至水泵、风机等设备用户能提供借鉴参考价值，使其为企业发展创造价值，同时节约能耗，为国家环保事业做出贡献。