低速直驱永磁同步电机在球磨机上的应用

2022-02-08武丽琴彭培祯

设备管理与维修 2022年24期

关键词：球磨机减速机永磁

武丽琴，彭培祯

（1.江西特种电机股份有限公司，江西宜春 336003；2.宜春钽铌矿有限公司，江西宜春 336003）

0 引言

球磨机是低速重载机械，起动力矩大，装载量大，一般处于连续工作状态，通常采用异步电机/减速机驱动模式。选择永磁同步电机直接驱动会使得电机启动转矩、体积与功率等参数增加，要想该电机能够在球磨机中得到良好运用，需要对其进行充分分析。

1 湿式格子型球磨机传动驱动结构与问题分析

湿式格子型球磨机传统驱动结构是三相异步电机加减速机，整体为卧式安装，减速机两侧用联轴器衔接电机与湿式格子型球磨机，原项目参数如下：

（1）电机参数。功率：160 kW；电压：380 V；额定转速：745 r/min；额定电流：314 A。

（2）减速机参数。型号：ZDHR600-3.93；速比：3.93。

（3）负载参数。传动轴转速：190 r/min。

该传统驱动结构主要存在以下问题：

（1）由于减速机运行时发热量大，输出轴端的密封很容易老化损坏，存在漏油现象，增加维护成本。

（2）从驱动电机到负载轴要经过减速机，传动环节多，能量损失大，系统整体效率低下、只有80%左右。

（3）驱动结构复杂，占地面积大；普通电机加减速机整体振动大，噪声大[1]。

2 低速大扭矩永磁同步电机概述

2.1 电机特点

永磁直驱电机系统，低速大扭矩，结构紧凑、效率高，创新了驱动形式，在搅拌设备上去掉减速机结构，采用直驱电机和负载直接相连，结构简单，运行可靠，优势明显，主要体现在以下9 个方面：①去掉减速机，减少后期维护量，降低运营成本；②专用变频器能够软启动，降低启动电流，减少对电网冲击，保护设备；③专用变频器能够无级调速，可以根据工况调节搅拌转速，达到细化工艺的目的；④直驱电机运行效率高，可达到96%，节约能源；⑤直驱电机几乎免维护，寿命长达20 年以上；⑥该电机为传统结构，里面是转子，外面由机壳、端盖和定子铁芯组成，定子铁芯由冷轧硅钢片冲制的冲片叠压而成，铁芯内嵌有定子绕组，定子绕组端部被可靠地绑扎，能承受振动和冲击应力；⑦转子由冷轧硅钢片冲制的冲片叠压而成，开内槽、带散热孔，稀土永磁体嵌入内槽中；电机轴承为深沟球轴承[2]；⑧电机的防护等级为IP44，能防止灰尘、水气和腐蚀性气体进入电机内部；⑨电机为低速大扭矩，广泛应用在搅拌设备、传输设备、执行机构等设备上，具有高效节能、无润滑油污染、噪声很小、寿命长、免维护等优点。

2.2 电机优势

永磁直驱电机系统是低速驱动的变革与创新，融合变频矢量控制技术、低速直驱大转矩永磁电机技术、智能控制技术等，去掉传统的减速机等机械装置，电机直接与负载相连，使传动系统结构简化，效率提高，噪声降低，安装方便，而且无需进行日常维护检修，从而节约大量的人力物力成本，减少生产过程中的环境污染，节省电费。主要由YTD 永磁直驱电机和矢量变频器两部分组成，主要优势为：①安装可靠，去掉传统的减速机故障点，提高系统可靠性；②启动转矩大，过载能力强。永磁同步电动机匹配矢量变频器，能输出额定负载转矩2 倍左右的起动转矩；③优秀的调速性能。转速任意可调，可缓慢加速，减小设备磨损以及冲击负荷；④丰富的通信功能，支持CAN、RS485、PROFBUS-DP等多种通信接口，可保存运行数据，并与上位机通信，实现在线监测监控；⑤环境友好，占地小、防腐好、噪声低、免维护，省电费，可靠性高[3]。

3 设备改造状况

3.1 永磁直驱电机选型计算（图1）

图1 永磁直驱电机选型计算结果

根据电机扭矩≥负载扭矩的原则，并考虑安全富余量，保证搅拌器启动与稳定运行的要求，选择额定扭矩为7037 N·m 的永磁直驱电机。

3.2 设备改造状况

采用7037 N·m 的永磁直驱电机对原有减速机以及电机等设备进行替换。将常永磁直驱电机安装于减速机部位，通过小齿轮轴和联轴器直接连接，有效驱动球磨机运行[4]。将配套变频器安装在原控制柜处，可以实现球磨机软启动目的，同时可以对球磨机转速随时进行调整，保证慢转检修需求得到充分满足。设备改造后的参数如下：峰值扭矩：14 074 N·m；额定扭矩：7037 N·m；额定功率因数：0.998；额定效率：96%；额定频率：25.33 Hz；额定转速：190 r/min；额定电流：222 A；额定电压：380 V；额定功率：140 kW。