永磁同步电机在水泥行业的应用探讨

  1、引言

  在环境条件逐步恶化，资源逐步濒临匮乏的今天，节能环保理念越来越深入人心，世界各国都开始致力研发节能环保技术，加大推广方面的投资。同样节约能源也成为我国的基本国策，是经济和社会发展的一项长远战略方针。作为耗能大户的水泥行业一直是国家宏观调控的重点，也是节能的重点行业。水泥行业节能的关键是企业电机节能。

  2、国内水泥行业电机应用现状

  据中投顾问发布的《2011-2015》年中国高效节能电机行业投资分析及前景预测报告显示，目前我国电动机装机总容量已达4亿多KW，年耗电量达1.2万亿KWh，占全国总用电量的60%，占工业用电量的80%，其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿KW，年耗电量达8000亿KWh，占全国总用电量的40%左右。这些电动机大多在较低的电能利用率下运行，只要将这些电动机电能利用率提高10～15%，全年至少可节电100亿KW以上。足以看出电机节能的市场巨大潜力和重要性。电机耗能现象严重，不仅增加了企业生产成本，造成了电力能源的极大浪费，更与我国推行的节能减排战略不相符。

  随着规模化基础设施的建设和社会经济的飞速发展，大、中型水泥厂的建设日趋完善，随之而来的节能减排任务相当繁重。在水泥厂用电中，中小型电机占据主导地位，每年所消耗的电能占整个水泥厂电能损耗的一半以上。为了进一步落实国家节能减排政策，实现节能减排的指标，中小型电机的节能是水泥行业所面临的一大课题，也是水泥行业发展的新机遇。

  目前，目前水泥厂无论大小装备都采用的是电机拖动，其中90%是交流异步电机，这其中约70%拖动的是风机等类负载，这类负载有很大一部分需要调速。目前在传统的应用最广泛的调节风量的方式是利用电动执行机构来调节挡风板，通过调节挡风板的开度来调节所需风量。在调节挡风板的过程中，电机的转速保持不变，其输出能量也不变，只通过调节挡风板的开度来达到负载所需的风量要求。根据能量守恒定律，当负载根据系统的需求需要很小的风量时，其挡风板的开度就要减小，此时电机的输出能量与负载所需能量之差，在此过程中就被白白消耗和损失掉。由于水泥厂是多粉尘企业，即使在每个扬尘点都使用了防尘设备和收尘措施，也难避免细微粉尘的排放。在使用过程中，很多挡风板由于受环境的影响，不能按照指令灵活的开关风门，甚至在使用过程中被物料卡住，导致无法调节，经常要人上去巡视和现场清理，不仅费时费力，还给生产带来很大损失，更重要的是能量损耗严重。再加上采用闸板控制阀门引起的阻力损耗，严重影响设备的经济运行，改善这一调节方式势在必行。

  在国家出台的《节能环保产业发展规划》中，运用高效节能技术和采用高效节能装备是重要一环。使用高效节能电机是提高电机运行效率的一个重要的途径。

  水泥行业名列国家六大耗电行业之中，它是中小型电动机的主要应用领域，能耗大，节能的潜力高。一般情况下，水泥厂主要生产车间如生料磨车间、回转窑和水泥磨车间的电动机大多都是24小时连续工作制，工作时间长，工作负荷也相对稳定，这些特点都有利于高效电动机在水泥厂的推广和使用。

  3、采用高能效电机的必要性

  根据GB18613-2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》，我国将电机能效分为三级，能效一级为超高效电机，能效二级为高效电机，能效三级为普通电机。高效电动机工艺通过优化设计并采用优质材料整型而成，其能耗平均可以下降20%左右。而超高效电动机能耗比普通电动机能耗节能超过30%，并且在整个生产周期内，都可为企业节约电能。虽然价格比普通电动机高15%~30%之间，但在一般情况下，其高于普通电动机的一次性投资一般可以在1~3年内全部收回。因此，在长期连续运行、负荷率较高的水泥厂选用优质高效节能电机，不仅符合我国节能政策，而且从企业生存和发展等角度考虑，也是非常有必要和切实可行的。

  据统计，一条5000t/d新型干法水泥生产线,其主要用电设备，包括石灰石矿山，原料粉磨，熟料烧成，一直到水泥散装/包装发运等主要生产流程，及空压机、水泵站、水处理、机电维修等辅助流程，有电动机约1100台组。总装机功率约5.7万kW。其中低压电动机装机功率约为2.2万kW,如果全部采用“高效电动机”，把效率提高1%，年运行时间按照 7200h计算，全年可节约用电约120万度。相当于 节约440t标准煤，减少排放1140t二氧化碳。

  高效电机是通过有效地减少自身功耗达到提高电动机效率的目的，通过采用新型电机设计、新工艺及新材料,降低电磁能、热能和机械能的损耗等，提高输出效率。与标准电机相比，使用高效电机的节能效果非常明显，通常情况下效率可平均提高4%。 与普通电动机相比，高效电动机通过采用优质材料并且优化设计，能耗平均下降20%左右，而超高效电动机则比普通电动机少损耗30%以上的电能，高效电动机价格较普通Y系电动机要贵15%- 30%左右。但一般而言，高效电机高于普通电机的投资额在2年内即可收回,在整个生命周期内，都可 为企业节约电耗。所以，采用高能效电机是很有必要的。

  4、GHODA永磁同步电机

  4.1 GHODA永磁同步电机简介

  GHODA永磁同步电机是江苏吉泓达电机科技有限公司生产的超高能效电动机。进入2015年国家《节能机电设备（产品）推荐目录（第六批）》、《“能效之星”产品目录（2015）》产品。

  该公司生产的稀土永磁电动机超过国家一级能效，经上海电器设备检测所的检测完全超过GB30253-2013标准中1级能效和欧盟EFF1、IEC60034效率标准中的IE4级（即超超高效）的要求。与普通三相异步电动机相比，超高效节能电动机彻底去掉了励磁线圈，转子由永磁体励磁，无需无功励磁电流，使转子无基波铁、铜损耗，功率因素高约为1，因而定子电流大幅度下降，定子铜耗大为减小，效率明显提高。经过十年不间断的研发，该公司生产的永磁同步电动机的电流只有普通异步电机的65%左右，同比异步电动机噪音降低20-40dB(A)，噪声指标达到最高等级E级，电机运转温升也比普通异步机低10℃-25℃，振动更是达到了最高标准的S级。电机的运行温度低，更好的起到节能作用，也延长了与之配套的电线、开关、变频器、轴承等零件的使用寿命，整个电机系统进入良性循环，实现了为企业的节能增效的作用。

  特别TYYB系列自起动三相永磁同步电动机无论采用异步起动，还是变频起动均为同步运转，无转差S，转子无基波铁铜损耗。该电机除高效节能外，无需变频装置，电流波形是理想的正弦波，使用时对电网无谐波干扰，电磁兼容性好，适应性强，不仅适用于长期连续运行在负载变化大的场合，同时适用于频繁起动的负载要求，是企业节能降耗行动中更新换代电机的绝佳选择。

  4.2 GHODA的TYYB系列自起动三相永磁同步电动机的特点：

  1）、高效节能

  可直接替代三相异步电动机，实现自行起动；内置永磁体产生同步转矩；在25%-125%负载范围内具有高效率、高功率因素、高可靠性等特点，效率比一般三相异步电动机高8-20%，可实现10-40%的节能；功率因素高0.08-0.18；与同功率异步电动机相比，在相同使用环境下工作温度低10℃-25℃。

  2）、高可靠性

  永磁同步电动机转子内装三相稀土永磁材料，通过对永磁体工作点的合理选取达到磁能积高，性能优越，工作温度和最大去磁点的精确计算，同时对永磁体材料的质量控制和工艺保护，避免了永磁体使用时失磁问题，从而保证了三相永磁同步电动机可在恶劣的工作环境下可靠运行。

  3）、稳定性好

  三相永磁同步电动机正常运行时转子上的永磁体产生励磁磁场与三相绕阻产生的旋转磁场保持一定的功率角，并同步旋转，在突加突卸大负载时该系列电动机不会出现功率角振荡，也不会出现失步而无法运行，更不会损坏电机。TYYB系列电动机承载能力强，动态恢复时间快，具有较高的稳定运行性能。

  4）、起动能力强

  四级以上永磁电动机均可满负荷直接起动，具有很强的牵入同步能力。

  5）、通用性强

  该系列电动机通用性强，安装结构形式、安装尺寸、防护等级与Y2、YX3系列电动机相同。

  6）、低振动与噪声

  TYYB系列自起动三相永磁同步电动机，体积小、损耗小，高效节能，因此所需通风量减小，与通过率异步电动机比较，冷却风扇自然减小，因而噪声大大降低；同时由于电机气隙的合理设计，电流波形好，脉动转矩及电磁噪声明显降低，与一般同规格异步电动机比较低20-40 dB(A)。

  7）、适应性广

  该系列电动机规格齐全、适应性广，即可自起动直接替代三相异步电动机，也可配变频器进行无级调速。产品在整个负载范围内具有很高的效率和优越的运行性能，是节能效果最佳的产品，适用于水泵、风机、压缩机、石化、化纤、纺织机械、运输机械、搅拌机农业机械、包装、食品机械、造纸、印染、冶金等行业的传动设备上。

  结语

  总之，在节能环保理念深入人心，全世界都在致力于研发节能环保技术的今天，在国家大力提倡节能减排的大环境下，耗能大户水泥行业的节能减排改造工作任重道远。电机作为水泥行业最大的耗能设备，其节能技术的大力应用势在必行，永磁同步电机大范围的取代其他电机是大势所趋。