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低速大功率永磁電機優勢與應用

時間:2018/9/10

 

低速大功率永磁電機是一種運行速度低、輸出轉矩大的節能型電機産品。它具有永磁同步電機特有的高效節能、低振低噪、體積小、重量輕的優點,同時采用低轉速、大扭矩設計,直接驅動負載,可簡化設備傳動鍊、提高系統效率、減少機械損耗、延長設備壽命。設計采用優化電磁方案、緊湊式結構,以永磁電機的大功率化、高功率密度化為主要發展方向,可廣泛應用于港口、煤炭、橡膠、水泥、電力、水利、石油石化、船舶等行業,是現代低速大扭矩傳動設備的主要發展方向。
一、低速大功率永磁電機應用于開煉機設備
低速大功率永磁電機應用于開煉機設備時,由兩台電機分别驅動兩隻滾筒相對運轉,在控制上保持兩台電機存在一定轉差運行,并可根據工況随時調整運行速度,采用該驅動結構的開煉機設備,體積、重量較采用高速電機+減速機+制動器+液力偶合器結構的傳統設備大幅減少,系統效率也大幅提高,運行更加安全可靠。
1. 産品優勢
a. 直接驅動、傳動鍊短
開煉機用低速大功率永磁電機設計轉速低,可直接輸出1-25r/min 的低轉速滿足設備運行需求,産品設計轉矩大、帶載能力強、調速性能好,省去了傳統應用中龐大、昂貴的減速機部分,可直接驅動開煉機滾筒,結構簡單,傳動鍊短、安裝維護更加方便。
b. 體積小、重量輕
開煉機用低速大功率永磁電機采用緊湊式結構設計,其定子端部短、槽滿率高,電機體積、重量可較同參數傳統高速電機+減速機+制動器+液力偶合器結構減小30%-60%,更能節省設備的安裝空間。
c. 高效節能
開煉機用低速大功率永磁電機具有較高的效率與功率因素,效率一般可達94%-97%,功率因素可達0.99,由于電機通過轉軸直接驅動滾筒,省去了傳統應用中的減速機、液力偶合器結構,其系統效率可等同于電機效率,相比傳統應用系統效率提高。同時開煉機用低速大功率永磁電機又不同于普通感應電機輕載運行時的低效率,它在25%-120%負載内都可保持極高的效率與功率因素,特别适合開煉機設備這種負載變化多,随設備投料負載增大,而進入擠壓工作狀态時又長時間非
滿載運行的特殊工況,其綜合節電率更可達20%以上。滿載運行的特殊工況,其綜合節電率更可達20%以上。參數 開煉機用低速大功率永磁電機 高速電機+減速機+液力偶合器
額定功率(kW) 132*2 250
額定轉矩(N.m) 84000 84000
額定電壓(V) 380 380
電流(A) 223.3 238.4
同步轉速(r/min) 15 15
重量(t) 2.5*2 13
效率(%) 96.16% 0.94x0.92 x 0.90=77.8%
功率因數 0.9874 0.88
滿載軸功率(kW) 190 190
同工況下每小時耗電量(kWh)200.1 244.2
每小時節約電量(kWh) 46.6
d. 啟動無沖擊、運行平穩
開煉機用低速大功率永磁電機采用永磁電機專用變頻器,啟動時電流随負載逐漸增大,啟動、運行平穩無沖擊。在負載突變時也可柔性控制,減少電機對電網的沖擊、防止負載突變引起的機械損傷。
e. 電磁刹車系統
開煉機用低速大功率永磁電機可根據永磁電機的特性配置電磁刹車系統,該系統可安裝于電控櫃内,體積小、占地少、價格低、安裝方便、刹車效果可調、機械損耗小。該設計可省去傳統機械制動結構,減小設備體積。
2. 産品應用與推廣
開煉機用低速大功率永磁電機于2016 年5 月安裝在大連橡膠廠,該産品經過用戶調試與應用,現已基本滿足設備工作需求,客戶反映良好。該産品除了在開煉機上應用外,還可以推廣到密煉機、擠塑機等低速大扭矩橡膠設備上,在橡塑機械行業内有着廣闊的應用前景。
二、低速大功率永磁電機應用于空冷島
低速大功率永磁電機應用于空冷島設備時,永磁電機立式安裝,軸伸向下直接與冷卻扇葉連接,驅動運轉。體積小、重量輕、安裝方便、運行可靠。
1. 産品優勢
a. 體積小、重量輕
空冷島用低速大功率永磁電機體積小、重量輕、可直接驅動冷卻扇葉,體積、重量較傳統空冷島異步電機+減速機結構減少30%以上。可減輕空冷島整體支架的承重,易實現節能改造工程的直接替換。
b. 易安裝、免維護
空冷島設備安裝于高空支架上,安裝難度較大、維護成本高。空冷島用低速大功率永磁電機重量輕、結構簡單、安裝方便快捷、免維護。可以大幅降低設備的安裝維護費用。産品采用低轉速直接驅動扇葉,沒有傳統應用中的高速運轉部分,機械損耗大幅減小,故障點少、運行更加安全可靠。
c. 高效節能
空冷島風機是根據季節、冷卻量的變換而調節運行轉速的,其負載特性為風機類,運行特點是,運行時間長、調速範圍寬、運行負載随轉速進行變化。在風機低轉速運行時基本為長時間輕載運行,最高轉速運行時可接近滿載。此工況特别适合采用空冷島用低速大功率永磁電機,其調速範圍寬,在調速範圍内,25%-120%負載下都可保持極高的效率與功率因素,考核全年節能效果,空冷島用低速大功率永磁電機較異步電機+減速機結構綜合節能可達15%以上。
d. 特殊防偏擺設計
空冷島用低速大功率永磁電機軸端采用特殊的防偏擺設計,可防止運行中扇葉偏擺帶來的機械損傷,提高産品壽命。
2. 産品應用與推廣
該産品除空冷島項目外還可推廣應用于其他大型低速風機系統,可應用于大型工業排風、散熱設備。
三、低速大功率永磁電機應用于塔架式抽油機設備
塔架式抽油機設備是一種長沖程、低沖次的新型采油設備,通過不斷的正反轉運行來提升、釋放抽油杆。低速大功率永磁電機應用于塔架式抽油機設備時,采用滾筒中内置永磁直驅電機結構,由滾筒兩端底座支撐,運行時滾筒正反轉旋
轉以提升皮帶與配重,設備平衡調節方便、機械慣量小、無傳動連杆沖擊帶來的能量損耗和設備維護,壽命更長。
1. 産品優勢
a. 體積小、重量輕
塔架式抽油機用低速大功率永磁電機采用内置式結構,電機連同制動裝置均置于滾筒内,一體化安裝,占用空間小。重量可較傳統高速電機+減速機結構縮小20%左右。
b. 易安裝、免維護
塔架式抽油機用低速大功率永磁電機為一體化安裝結構,重量輕、體積小在高塔架上安裝作業更方便。電機低速運轉,無高速部分,設備免維護,節省安裝維護費用。
c. 節能高效
塔架式抽油機不斷進行正反轉運行,其負載主要來源于抽油杆拉力與平衡配重之間的拉力差值。在抽油井出現負載增大時,均重新進行配重的調整,使配重更接近于抽油杆拉力。此時,電機基本處于輕載運行狀态,且運行時間長,為24 小時連續運行制。針對該運行工況,塔架式抽油機用低速大功率永磁電機有着其他電機無法比拟的應用優勢,塔架式抽油機用低速大功率永磁電機在輕載狀态下可以保持極高的效率與功率因素,其運行電流較普通高速電機大幅減少,節能效果顯著。
d.運行平穩、沖擊小
塔架式抽油機用低速大功率永磁電機更适用于頻繁正反轉的運行工況,其運行變速過程中無沖擊,控制更加平穩,變速平滑,電流穩定。對抽油杆設備無沖擊,保護其免受機械損傷。
e.低振低噪
塔架式抽油機用低速大功率永磁電機運行速度近25r/min,運行平穩,噪音振動極低,對環境影響小,适合安裝于對噪音要求較高的油井。
2. 産品應用與推廣
塔架式抽油機用低速大功率永磁電機在2016 年10 月安裝于山東某油田塔式抽油機設備,該産品還可推廣應用于吊車系統等低速頻繁正反轉驅動設備。

四、低速大功率永磁電機應用于皮帶機設備
低速大功率永磁電機應用于皮帶機設備,其運行轉速低,額定轉速在60r/min到90r/min 之間。産品具有節能高效、體積小、重量輕、轉矩密度大、抗去磁能強、過載能力強、易安裝、免維護、性價比高等優點,适用于各種低速大扭矩帶式輸送傳動設備。
1. 産品優勢
a. 節能高效
皮帶機用低速大功率永磁電機本身效率較高,可達到93%-97%,功率因數高,可達0.99,系統有功功率的比例高。同時由于不需齒輪箱傳動,使得整機傳動效率高于高速電機+齒輪箱方案。皮帶機從起動到運行再到停車整個運行過程中電機的平均負載率在40%左右,最大負載率低于60%,由于異步電動機的效率、功率因數與負載率息息相關,當負載率低于50%時,效率、功率因素急劇下降。而永磁電機效率、功率因素受負載影響較小,在負載率25%~120%内可保持極高的效率與功率因數。
b. 體積小、重量輕采用皮帶機專用低速大功率永磁電機體積、重量可比替換前傳統異步電機+減速機結構減少1/2~1/3,永磁電機定子槽滿率更高,驅動系統體積更小、重量更輕、結構緊湊、功率密度更高,有效減少材料成本,提高産品性價比。同功率等級永磁驅動系統與傳統驅動重量對比:驅動類型 功率 同步轉速 重量低速大功率永磁電機 200kW 60r/min 2420kg異步電機+減速機 200kW 60r/min 4500kg
c. 低振低噪
采用永磁電機直接驅動設備低速運轉,由于沒有高速運轉部分,其電機本身噪音與振動較低,同時取消減速機與液力耦合器等其它傳動裝置,消除了減速機等裝置的振動與噪音,使整個傳動系統振動、噪音更低。

d. 直接驅動皮帶機用低速大功率永磁驅動系統輸出低轉速、高轉矩,直接驅動帶式輸送機,對傳統高速電機+齒輪箱的方案可實現直接替代。采用皮帶機專用低速大功率永磁電機體積大幅縮小、安裝維護方便。
e. 安全可靠、維護費用低
皮帶機用低速大功率永磁電機具有優異的工藝可靠性,真正做到了無噪聲、免換油、免維護,使用戶的維修維護費用降低一半以上。在一些行程短、負載輕的皮帶上可直接取消制動器,僅依靠電機自身定位力矩制動。在需要大制動力矩的情況下可利用永磁電機自身的發電制動特征,在變頻器端安裝能耗制動單元(失電狀态下依然有效),簡化了機械結構。
2. 産品應用與推廣
皮帶機用低速大功率永磁電機在2014 年起開始應用于江蘇某港口皮帶機設備上。2015 年安裝于山東某礦山皮帶機設備,2016 年安裝在山西某煤礦皮帶機設備。皮帶機用低速大功率永磁電機應用時間較長,應用面廣,客戶接受度高,可應用于港口、礦山等帶式輸送機設備。除帶式輸送機應用外,該産品還可推廣應用于刮闆輸送機、鬥輪機等礦山運輸機械上。
五、低速大功率永磁電機應用于回轉窯設備
回轉窯是對各種物料進行煅燒的設備,它廣泛的應用在水泥、化工、冶金等行業。回轉窯設備通常由多台驅動設備帶動小齒輪運轉,小齒輪咬合大齒圈轉動窯體,通常窯體轉速在0.2-3.5r/min 之間,單台驅動轉矩可達100,000Nm,工作特點是轉速低、轉矩大,傳統驅動設備有液壓馬達、高速電機+減速機等結構。
1. 産品優勢
a. 節能高效
回轉窯用低速大功率永磁電機直接驅動小齒輪帶動大齒輪運轉,傳動鍊短,系統效率高。

b. 體積小、重量輕
回轉窯用低速大功率永磁電機體積小、重量輕。傳統液壓馬達系統占地大,維護量大,安裝複雜,故障點多。新型回轉窯用低速大功率永磁電機結構簡單,安裝維護更方便。
c. 性價比高
液壓馬達站占地大,成本高、維護費用高。回轉窯用低速大功率永磁電機設備成本少,安裝維護費用低,性價比更高。
2.  産品應用與推廣
回轉窯用低速大功率永磁電機正在研發制造階段,預計2017 年正式安裝使用。除該應用外産品還可推廣至其他大型回轉設備。
六、低速大功率永磁電機應用于球磨機設備低速大功率永磁電機應用于球磨機設備時,采用盤式結構替代傳統驅動系統,取消了減速機、大齒圈、小齒輪部分,将電機轉子與球磨機滾筒一體化設計,節能效果好、安裝空間小,維護量小、應用優勢巨大。
1. 産品優勢
a. 體積小、重量輕
球磨機用低速大功率永磁電機采用盤式電機結構,以中心直接驅動球磨機滾筒,轉矩均勻分布,無齒輪咬合機械損耗少。電機體積小、重量輕,不占用設備安裝空間。
b. 維護量少
球磨機用低速大功率永磁電機無齒輪傳動結構,機械損耗小。電機基本實現了免維護。維護費用少。
c. 高效節能
球磨機用低速大功率永磁電機省去了傳統應用中大、小齒圈等傳動結構,大幅提高系統傳動效率,節能效果顯著。
2. 産品應用與推廣
球磨機用低速大功率永磁電機在研發生産階段,已于球磨機廠家确定設計改造方案,預計産品于2017 年可應用在球磨機設備。該産品還可以推廣應用于其他滾筒式驅動設備。
七、低速大功率永磁電機應用于低速泵設備
低速泵用低速大功率永磁電機調速範圍在0-600r/min,應用範圍較廣,小到灌溉、引水大到防洪、排澇,均可推廣應用。常應用于轉子泵、貫流泵等低速大流量泵類系統。
1. 産品優勢
a. 體積小、重量輕
低速泵用低速大功率永磁電機體積小、重量輕、結構緊湊、節省安裝空間。與同參數異步電動機相比,體積可縮小1/2,重量可減輕1 半。特别适用于對電機體積、重量有特殊要求的場合。
b. 低振低噪
低速泵用低速大功率永磁電機由于沒有高速運轉部分,其電機本身噪音與振動較低,同時取消減速機與其它傳動裝置,消除了減速機和其他傳動裝置的振動與噪音,使整個傳動系統振動、噪音更低。
c. 節能高效

低速泵用低速大功率永磁電機效率、功率因數都很高。而傳統低速泵所應用的多極數低速異步電機功率因素很低,其功率因素随負載變化較大,特别是在負載較輕時,功率因素更低,無功損耗大、電能消耗大,傳統應用配套加裝功率補
償單元,無形中增加了設備投入。
d. 防潮、耐用
低速泵用大功率永磁電機采用定子灌封技術,使定子繞組完全封閉在灌封膠内,這項技術大幅提高了電機繞組的絕緣性能與防潮性,同時有利于電機的散熱,使電機溫升更低、防潮性更好,更适用于潛水泵等水利應用環境。與同等級傳統
異步電機相比,壽命更長。
e. 安全可靠、維護量小
低速泵用大功率永磁電機采用直驅結構,省去減速機部分,機械損耗小、故障點少、系統運行更安全可靠、維護量小。
2.  産品應用與推廣
低速泵用低速大功率永磁電機于2015 年陸續應用于上海某水泵站、新疆某移動泵車,市場前景好,低速泵類使用場合該産品均可推廣應用。
八、低速大功率永磁電機應用于吊車提升機吊車提升機是一種雙向運行的滾筒式卷纜設備,運行特性是啟停頻繁,正反轉換向運行,負載情況多變。設備對驅動電機的平穩與安全要求較高。
1. 産品優勢
a. 啟動平穩沖擊小
吊車提升機用低速大功率永磁電機啟動平穩,在頻繁啟動的工況下有着其他類型電機無法比拟的應用優勢。其啟動時電流随負載逐漸增大,啟動平滑,對電網無沖擊,可進行頻繁啟動操作,對設備機械沖擊少。相比普通感應電機,啟動電流是額定電流的5-7 倍,頻繁啟動電網沖擊極大,不适合該設備工況。
b. 體積小、重量輕
吊車提升機用低速大功率永磁電機輸出轉速低、較普通高速電機+減速機結構體積大幅縮小,占用空間小。電機重量輕,也減輕了整體設備的重量與體積。
c. 免維護、安全可靠吊車提升機用低速大功率永磁電機省去了減速機結構,可以省去減速機繁瑣的日常維護。電機無高速運轉部分,機械損耗小,故障點少,可大幅提高設備的壽命,運行更加安全可靠。
2. 産品應用與推廣
吊車提升機用低速大功率永磁電機預計在2017 年應用于吊車設備。現已與吊車提升機生産廠家确定方案,将于2017 年初進行生産。九、低速大功率永磁電機應用于低速曝氣機設備低速曝氣機産品用于石油、化工、印染、制革、醫藥、食品、農藥、煤氣等行業工業廢水及城市生活污水的處理設備(表面曝氣技術),采用低速永磁電機直接驅動葉輪,節能效果好。
1. 産品優勢
a. 低振低噪
低速曝氣機用低速大功率永磁電機由于沒有高速運轉部分,其電機本身噪音與振動較低,同時取消減速機與其它傳動裝置,消除了減速機和其他傳動裝置的振動與噪音,使整個傳動系統振動、噪音更低。由于城市污水處理廠常位于居民區附近,且設備屬于二十四小時連續運行狀态,考慮到對周圍環境的影響,對于設備的噪音要求較高。傳統的異步電機+減速機結構由于高速運行部分的存在,無法徹底有效的解決上述問題,采用低速永磁電機可将噪音及振動值降至最低,極大改善周圍環境狀況。
b. 節能高效
低速曝氣機用低速大功率永磁電機效率、功率因數都很高。而傳統應用的多極數低速異步電機功率因素很低,其功率因素随負載變化較大,特别是在負載較輕時,功率因素更低,無功損耗大、電能消耗大,傳統應用配套加裝功率補償單元,無形中增加了設備投入。
d. 防潮、耐用低速曝氣機用大功率永磁電機設計餘度大,有利于電機的散熱,使電機溫升更低、防潮性更好,與同等級傳統異步電機相比,壽命更長。
c. 安全可靠、維護量小采用直驅結構,省去減速機部分,機械損耗小、故障點少、系統運行更安全可靠、維護量小。
2. 産品利潤空間低速曝氣機多用于南方污水處理廠,是典型的表面曝氣技術,與高速底曝相比具有價格低、維護維修方便、噪音低等優點。以90kW 電機為例,産品出貨價格在22~25 萬元,而規型異步電機+減速機系統出貨價格約為15~18 萬元,價格差異不大,具有較高的市場競争力。目前此款産品的代理商利潤率約為150%~180%。
3. 産品應用與推廣低速曝氣機用低速大功率永磁電機于2017 陸續應用于重慶各污水處理廠,現運行平穩,節能效果明顯,并已引起低速曝氣機主機廠的重視,現正在洽談合作事宜,市場前景良好。