永磁電動(dòng)機(jī)在賀西礦選煤廠應(yīng)用的節(jié)能效益探討

宋建亮， 王建新， 司 劍

（汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦選煤廠， 山西 呂梁 033300）

引言

隨著稀土永磁材料的發(fā)展，鐵硼被應(yīng)用到電力拖動(dòng)行業(yè)，所制造的電動(dòng)機(jī)不但外形尺寸減小，而且性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，同時(shí)永磁電機(jī)與傳統(tǒng)異步電機(jī)相比，同功率的電動(dòng)機(jī)效率提高4%～13%，功率因數(shù)提高5%～20%，并且具備無(wú)極調(diào)速和無(wú)道閘導(dǎo)向功能，因而永磁電動(dòng)機(jī)在很多方面優(yōu)于異步電動(dòng)機(jī)。

1 永磁電動(dòng)機(jī)的分析

1.1 永磁電動(dòng)機(jī)的適用環(huán)境

由于電動(dòng)機(jī)的使用環(huán)境不同，永磁電動(dòng)機(jī)的規(guī)格型號(hào)隨著用戶的要求有了很大的發(fā)展，油氣加工、化學(xué)品生產(chǎn)、煤礦有可燃?xì)怏w等環(huán)境中的電器設(shè)備要求具備防爆和隔爆功能，因而防爆、隔爆永磁電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，并且在新建煤礦及選煤廠廣泛使用[1-3]。

1.2 永磁電動(dòng)機(jī)與異步電機(jī)的優(yōu)勢(shì)對(duì)比

異步電機(jī)是通過(guò)丁字的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)輸出轉(zhuǎn)矩，效率只有88%，而永磁電機(jī)是通過(guò)定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子固化磁場(chǎng)互勵(lì)輸出扭矩的，效率為95%～97%，效率優(yōu)于異步電機(jī)。

異步電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電流是額定電流的4～7 倍，對(duì)電機(jī)壽命不利，對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)有很大的沖擊性，而永磁電機(jī)是柔性啟動(dòng)，電流與輸出扭矩成線性遞增。

異步電機(jī)調(diào)速需要借助降壓或變頻設(shè)備，只有達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)才能在工頻間切換，永磁電機(jī)控制只需要功率調(diào)壓元件便可以實(shí)現(xiàn)線性調(diào)速，配備功率平衡智控軟件可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)同轉(zhuǎn)速、同功率輸出。

1.3 永磁電動(dòng)機(jī)應(yīng)用在煤礦的節(jié)能效益

永磁電機(jī)在性能、軟啟動(dòng)方面有著很大的優(yōu)越性，可廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)、運(yùn)輸、通風(fēng)、選煤系統(tǒng)。

以賀西礦選煤廠為例, 其年生產(chǎn)力設(shè)計(jì)為300萬(wàn)t，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的洗選設(shè)備約240 臺(tái)之多，設(shè)備配置大部分為異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)液力耦合器再驅(qū)動(dòng)減速器，總裝機(jī)容量超過(guò)8 000 kW。通過(guò)改造702 精煤上倉(cāng)膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造，去掉原來(lái)的減速機(jī)，電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。將驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式改為“變頻器+永磁減速電動(dòng)機(jī)”，采用低速驅(qū)低速的驅(qū)動(dòng)方式，如圖1所示，省去了減速機(jī)和其他部件，連接方式安全可靠，后期維護(hù)費(fèi)用少。

圖1 改造前后電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式及外形圖

2 技術(shù)參數(shù)分析（見(jiàn)下頁(yè)表1）

永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)，不再需要減速機(jī)、液力耦合（電磁耦合、摩擦耦合器）等其他傳動(dòng)系統(tǒng)，體積、重量可比替換前傳統(tǒng)異步電機(jī)+減速機(jī)結(jié)構(gòu)減少1/3～1/2；由于系統(tǒng)體積更小、重量更輕、結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)矩密度更高，有效減少了材料成本，提高了產(chǎn)品性價(jià)比。技改設(shè)備采用低速大扭矩永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將極大地降低工程造價(jià)，更體現(xiàn)其節(jié)能高效[4-6]。

3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行分析

原702 電機(jī)最大啟動(dòng)電流為700 A，空載運(yùn)行電流85～95 A 之間，正常帶煤負(fù)載運(yùn)行電流為140～160A左右;精煤壓濾卸料最大運(yùn)行電流220～240 A 之間；改造后的702 永磁電機(jī)最大啟動(dòng)電流為14 A，空載運(yùn)行電流40～50 A 之間，正常帶煤負(fù)載運(yùn)行電流為110～125 A 左右，精煤壓濾卸料最大運(yùn)行電流190～210 A；據(jù)統(tǒng)計(jì)2018 年10 月1 日至2019 年4月10 日702 用電量135 096 kWh，生產(chǎn)時(shí)間為2 410.45 h，702 平均每小時(shí)電量約56 kWh。

表1 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行性能及主要參數(shù)對(duì)比表

2019 年4 月10 日至5 月11 日702 更換永磁電機(jī)用電量為9 676 kWh，生產(chǎn)時(shí)間458.15 h，平均每小時(shí)電量約21 kWh；

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析改造后使用永磁電機(jī)每小時(shí)節(jié)電36 kWh，按照每年330 d、每天正常生產(chǎn)16 h 算（330×16×36=190 080 kWh），全年可節(jié)電190 080 kWh。電費(fèi)按照0.53 元/kWh算可節(jié)約電費(fèi)10 0742.4 元。

因此洗選設(shè)備完全可以采用永磁直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，年用電消耗不但可以節(jié)約一定支出，而且斷絕勵(lì)齒輪油的使用和污染，減少了維護(hù)和勞動(dòng)力的投入。永磁電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用存在理念的差異。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外的電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家從建廠生產(chǎn)起步，到市場(chǎng)推廣，已形成一種固有模式，電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)流水線設(shè)備已專業(yè)化、固態(tài)化、模式化，用戶的依賴性比較強(qiáng)。換一種角度來(lái)看，永磁電機(jī)有著比異步電動(dòng)機(jī)更多的優(yōu)越性，按節(jié)點(diǎn)15%，建設(shè)成本減少15%，運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用減少10%，用戶持續(xù)生產(chǎn)成本完全可以可以降低35%，相當(dāng)于使用電機(jī)5 年，永磁電機(jī)的采購(gòu)成本為零，后期企業(yè)的利益可見(jiàn)，企業(yè)便會(huì)在同行業(yè)中具備更多的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。