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低速大功率永磁电机优势与应用

时间:2018/9/10

 

低速大功率永磁电机是一种运行速度低、输出转矩大的节能型电机产品。它具有永磁同步电机特有的高效节能、低振低噪、体积小、重量轻的优点,同时采用低转速、大扭矩设计,直接驱动负载,可简化设备传动链、提高系统效率、减少机械损耗、延长设备寿命。设计采用优化电磁方案、紧凑式结构,以永磁电机的大功率化、高功率密度化为主要发展方向,可广泛应用于港口、煤炭、橡胶、水泥、电力、水利、石油石化、船舶等行业,是现代低速大扭矩传动设备的主要发展方向。
一、低速大功率永磁电机应用于开炼机设备
低速大功率永磁电机应用于开炼机设备时,由两台电机分别驱动两只滚筒相对运转,在控制上保持两台电机存在一定转差运行,并可根据工况随时调整运行速度,采用该驱动结构的开炼机设备,体积、重量较采用高速电机+减速机+制动器+液力偶合器结构的传统设备大幅减少,系统效率也大幅提高,运行更加安全可靠。
1. 产品优势
a. 直接驱动、传动链短
开炼机用低速大功率永磁电机设计转速低,可直接输出1-25r/min 的低转速满足设备运行需求,产品设计转矩大、带载能力强、调速性能好,省去了传统应用中庞大、昂贵的减速机部分,可直接驱动开炼机滚筒,结构简单,传动链短、安装维护更加方便。
b. 体积小、重量轻
开炼机用低速大功率永磁电机采用紧凑式结构设计,其定子端部短、槽满率高,电机体积、重量可较同参数传统高速电机+减速机+制动器+液力偶合器结构减小30%-60%,更能节省设备的安装空间。
c. 高效节能
开炼机用低速大功率永磁电机具有较高的效率与功率因素,效率一般可达94%-97%,功率因素可达0.99,由于电机通过转轴直接驱动滚筒,省去了传统应用中的减速机、液力偶合器结构,其系统效率可等同于电机效率,相比传统应用系统效率提高。同时开炼机用低速大功率永磁电机又不同于普通感应电机轻载运行时的低效率,它在25%-120%负载内都可保持极高的效率与功率因素,特别适合开炼机设备这种负载变化多,随设备投料负载增大,而进入挤压工作状态时又长时间非
满载运行的特殊工况,其综合节电率更可达20%以上。满载运行的特殊工况,其综合节电率更可达20%以上。参数 开炼机用低速大功率永磁电机 高速电机+减速机+液力偶合器
额定功率(kW) 132*2 250
额定转矩(N.m) 84000 84000
额定电压(V) 380 380
电流(A) 223.3 238.4
同步转速(r/min) 15 15
重量(t) 2.5*2 13
效率(%) 96.16% 0.94x0.92 x 0.90=77.8%
功率因数 0.9874 0.88
满载轴功率(kW) 190 190
同工况下每小时耗电量(kWh)200.1 244.2
每小时节约电量(kWh) 46.6
d. 启动无冲击、运行平稳
开炼机用低速大功率永磁电机采用永磁电机专用变频器,启动时电流随负载逐渐增大,启动、运行平稳无冲击。在负载突变时也可柔性控制,减少电机对电网的冲击、防止负载突变引起的机械损伤。
e. 电磁刹车系统
开炼机用低速大功率永磁电机可根据永磁电机的特性配置电磁刹车系统,该系统可安装于电控柜内,体积小、占地少、价格低、安装方便、刹车效果可调、机械损耗小。该设计可省去传统机械制动结构,减小设备体积。
2. 产品应用与推广
开炼机用低速大功率永磁电机于2016 年5 月安装在大连橡胶厂,该产品经过用户调试与应用,现已基本满足设备工作需求,客户反映良好。该产品除了在开炼机上应用外,还可以推广到密炼机、挤塑机等低速大扭矩橡胶设备上,在橡塑机械行业内有着广阔的应用前景。
二、低速大功率永磁电机应用于空冷岛
低速大功率永磁电机应用于空冷岛设备时,永磁电机立式安装,轴伸向下直接与冷却扇叶连接,驱动运转。体积小、重量轻、安装方便、运行可靠。
1. 产品优势
a. 体积小、重量轻
空冷岛用低速大功率永磁电机体积小、重量轻、可直接驱动冷却扇叶,体积、重量较传统空冷岛异步电机+减速机结构减少30%以上。可减轻空冷岛整体支架的承重,易实现节能改造工程的直接替换。
b. 易安装、免维护
空冷岛设备安装于高空支架上,安装难度较大、维护成本高。空冷岛用低速大功率永磁电机重量轻、结构简单、安装方便快捷、免维护。可以大幅降低设备的安装维护费用。产品采用低转速直接驱动扇叶,没有传统应用中的高速运转部分,机械损耗大幅减小,故障点少、运行更加安全可靠。
c. 高效节能
空冷岛风机是根据季节、冷却量的变换而调节运行转速的,其负载特性为风机类,运行特点是,运行时间长、调速范围宽、运行负载随转速进行变化。在风机低转速运行时基本为长时间轻载运行,最高转速运行时可接近满载。此工况特别适合采用空冷岛用低速大功率永磁电机,其调速范围宽,在调速范围内,25%-120%负载下都可保持极高的效率与功率因素,考核全年节能效果,空冷岛用低速大功率永磁电机较异步电机+减速机结构综合节能可达15%以上。
d. 特殊防偏摆设计
空冷岛用低速大功率永磁电机轴端采用特殊的防偏摆设计,可防止运行中扇叶偏摆带来的机械损伤,提高产品寿命。
2. 产品应用与推广
该产品除空冷岛项目外还可推广应用于其他大型低速风机系统,可应用于大型工业排风、散热设备。
三、低速大功率永磁电机应用于塔架式抽油机设备
塔架式抽油机设备是一种长冲程、低冲次的新型采油设备,通过不断的正反转运行来提升、释放抽油杆。低速大功率永磁电机应用于塔架式抽油机设备时,采用滚筒中内置永磁直驱电机结构,由滚筒两端底座支撑,运行时滚筒正反转旋
转以提升皮带与配重,设备平衡调节方便、机械惯量小、无传动连杆冲击带来的能量损耗和设备维护,寿命更长。
1. 产品优势
a. 体积小、重量轻
塔架式抽油机用低速大功率永磁电机采用内置式结构,电机连同制动装置均置于滚筒内,一体化安装,占用空间小。重量可较传统高速电机+减速机结构缩小20%左右。
b. 易安装、免维护
塔架式抽油机用低速大功率永磁电机为一体化安装结构,重量轻、体积小在高塔架上安装作业更方便。电机低速运转,无高速部分,设备免维护,节省安装维护费用。
c. 节能高效
塔架式抽油机不断进行正反转运行,其负载主要来源于抽油杆拉力与平衡配重之间的拉力差值。在抽油井出现负载增大时,均重新进行配重的调整,使配重更接近于抽油杆拉力。此时,电机基本处于轻载运行状态,且运行时间长,为24 小时连续运行制。针对该运行工况,塔架式抽油机用低速大功率永磁电机有着其他电机无法比拟的应用优势,塔架式抽油机用低速大功率永磁电机在轻载状态下可以保持极高的效率与功率因素,其运行电流较普通高速电机大幅减少,节能效果显著。
d.运行平稳、冲击小
塔架式抽油机用低速大功率永磁电机更适用于频繁正反转的运行工况,其运行变速过程中无冲击,控制更加平稳,变速平滑,电流稳定。对抽油杆设备无冲击,保护其免受机械损伤。
e.低振低噪
塔架式抽油机用低速大功率永磁电机运行速度近25r/min,运行平稳,噪音振动极低,对环境影响小,适合安装于对噪音要求较高的油井。
2. 产品应用与推广
塔架式抽油机用低速大功率永磁电机在2016 年10 月安装于山东某油田塔式抽油机设备,该产品还可推广应用于吊车系统等低速频繁正反转驱动设备。

四、低速大功率永磁电机应用于皮带机设备
低速大功率永磁电机应用于皮带机设备,其运行转速低,额定转速在60r/min到90r/min 之间。产品具有节能高效、体积小、重量轻、转矩密度大、抗去磁能强、过载能力强、易安装、免维护、性价比高等优点,适用于各种低速大扭矩带式输送传动设备。
1. 产品优势
a. 节能高效
皮带机用低速大功率永磁电机本身效率较高,可达到93%-97%,功率因数高,可达0.99,系统有功功率的比例高。同时由于不需齿轮箱传动,使得整机传动效率高于高速电机+齿轮箱方案。皮带机从起动到运行再到停车整个运行过程中电机的平均负载率在40%左右,最大负载率低于60%,由于异步电动机的效率、功率因数与负载率息息相关,当负载率低于50%时,效率、功率因素急剧下降。而永磁电机效率、功率因素受负载影响较小,在负载率25%~120%内可保持极高的效率与功率因数。
b. 体积小、重量轻采用皮带机专用低速大功率永磁电机体积、重量可比替换前传统异步电机+减速机结构减少1/2~1/3,永磁电机定子槽满率更高,驱动系统体积更小、重量更轻、结构紧凑、功率密度更高,有效减少材料成本,提高产品性价比。同功率等级永磁驱动系统与传统驱动重量对比:驱动类型 功率 同步转速 重量低速大功率永磁电机 200kW 60r/min 2420kg异步电机+减速机 200kW 60r/min 4500kg
c. 低振低噪
采用永磁电机直接驱动设备低速运转,由于没有高速运转部分,其电机本身噪音与振动较低,同时取消减速机与液力耦合器等其它传动装置,消除了减速机等装置的振动与噪音,使整个传动系统振动、噪音更低。

d. 直接驱动皮带机用低速大功率永磁驱动系统输出低转速、高转矩,直接驱动带式输送机,对传统高速电机+齿轮箱的方案可实现直接替代。采用皮带机专用低速大功率永磁电机体积大幅缩小、安装维护方便。
e. 安全可靠、维护费用低
皮带机用低速大功率永磁电机具有优异的工艺可靠性,真正做到了无噪声、免换油、免维护,使用户的维修维护费用降低一半以上。在一些行程短、负载轻的皮带上可直接取消制动器,仅依靠电机自身定位力矩制动。在需要大制动力矩的情况下可利用永磁电机自身的发电制动特征,在变频器端安装能耗制动单元(失电状态下依然有效),简化了机械结构。
2. 产品应用与推广
皮带机用低速大功率永磁电机在2014 年起开始应用于江苏某港口皮带机设备上。2015 年安装于山东某矿山皮带机设备,2016 年安装在山西某煤矿皮带机设备。皮带机用低速大功率永磁电机应用时间较长,应用面广,客户接受度高,可应用于港口、矿山等带式输送机设备。除带式输送机应用外,该产品还可推广应用于刮板输送机、斗轮机等矿山运输机械上。
五、低速大功率永磁电机应用于回转窑设备
回转窑是对各种物料进行煅烧的设备,它广泛的应用在水泥、化工、冶金等行业。回转窑设备通常由多台驱动设备带动小齿轮运转,小齿轮咬合大齿圈转动窑体,通常窑体转速在0.2-3.5r/min 之间,单台驱动转矩可达100,000Nm,工作特点是转速低、转矩大,传统驱动设备有液压马达、高速电机+减速机等结构。
1. 产品优势
a. 节能高效
回转窑用低速大功率永磁电机直接驱动小齿轮带动大齿轮运转,传动链短,系统效率高。

b. 体积小、重量轻
回转窑用低速大功率永磁电机体积小、重量轻。传统液压马达系统占地大,维护量大,安装复杂,故障点多。新型回转窑用低速大功率永磁电机结构简单,安装维护更方便。
c. 性价比高
液压马达站占地大,成本高、维护费用高。回转窑用低速大功率永磁电机设备成本少,安装维护费用低,性价比更高。
2.  产品应用与推广
回转窑用低速大功率永磁电机正在研发制造阶段,预计2017 年正式安装使用。除该应用外产品还可推广至其他大型回转设备。
六、低速大功率永磁电机应用于球磨机设备低速大功率永磁电机应用于球磨机设备时,采用盘式结构替代传统驱动系统,取消了减速机、大齿圈、小齿轮部分,将电机转子与球磨机滚筒一体化设计,节能效果好、安装空间小,维护量小、应用优势巨大。
1. 产品优势
a. 体积小、重量轻
球磨机用低速大功率永磁电机采用盘式电机结构,以中心直接驱动球磨机滚筒,转矩均匀分布,无齿轮咬合机械损耗少。电机体积小、重量轻,不占用设备安装空间。
b. 维护量少
球磨机用低速大功率永磁电机无齿轮传动结构,机械损耗小。电机基本实现了免维护。维护费用少。
c. 高效节能
球磨机用低速大功率永磁电机省去了传统应用中大、小齿圈等传动结构,大幅提高系统传动效率,节能效果显著。
2. 产品应用与推广
球磨机用低速大功率永磁电机在研发生产阶段,已于球磨机厂家确定设计改造方案,预计产品于2017 年可应用在球磨机设备。该产品还可以推广应用于其他滚筒式驱动设备。
七、低速大功率永磁电机应用于低速泵设备
低速泵用低速大功率永磁电机调速范围在0-600r/min,应用范围较广,小到灌溉、引水大到防洪、排涝,均可推广应用。常应用于转子泵、贯流泵等低速大流量泵类系统。
1. 产品优势
a. 体积小、重量轻
低速泵用低速大功率永磁电机体积小、重量轻、结构紧凑、节省安装空间。与同参数异步电动机相比,体积可缩小1/2,重量可减轻1 半。特别适用于对电机体积、重量有特殊要求的场合。
b. 低振低噪
低速泵用低速大功率永磁电机由于没有高速运转部分,其电机本身噪音与振动较低,同时取消减速机与其它传动装置,消除了减速机和其他传动装置的振动与噪音,使整个传动系统振动、噪音更低。
c. 节能高效

低速泵用低速大功率永磁电机效率、功率因数都很高。而传统低速泵所应用的多极数低速异步电机功率因素很低,其功率因素随负载变化较大,特别是在负载较轻时,功率因素更低,无功损耗大、电能消耗大,传统应用配套加装功率补
偿单元,无形中增加了设备投入。
d. 防潮、耐用
低速泵用大功率永磁电机采用定子灌封技术,使定子绕组完全封闭在灌封胶内,这项技术大幅提高了电机绕组的绝缘性能与防潮性,同时有利于电机的散热,使电机温升更低、防潮性更好,更适用于潜水泵等水利应用环境。与同等级传统
异步电机相比,寿命更长。
e. 安全可靠、维护量小
低速泵用大功率永磁电机采用直驱结构,省去减速机部分,机械损耗小、故障点少、系统运行更安全可靠、维护量小。
2.  产品应用与推广
低速泵用低速大功率永磁电机于2015 年陆续应用于上海某水泵站、新疆某移动泵车,市场前景好,低速泵类使用场合该产品均可推广应用。
八、低速大功率永磁电机应用于吊车提升机吊车提升机是一种双向运行的滚筒式卷缆设备,运行特性是启停频繁,正反转换向运行,负载情况多变。设备对驱动电机的平稳与安全要求较高。
1. 产品优势
a. 启动平稳冲击小
吊车提升机用低速大功率永磁电机启动平稳,在频繁启动的工况下有着其他类型电机无法比拟的应用优势。其启动时电流随负载逐渐增大,启动平滑,对电网无冲击,可进行频繁启动操作,对设备机械冲击少。相比普通感应电机,启动电流是额定电流的5-7 倍,频繁启动电网冲击极大,不适合该设备工况。
b. 体积小、重量轻
吊车提升机用低速大功率永磁电机输出转速低、较普通高速电机+减速机结构体积大幅缩小,占用空间小。电机重量轻,也减轻了整体设备的重量与体积。
c. 免维护、安全可靠吊车提升机用低速大功率永磁电机省去了减速机结构,可以省去减速机繁琐的日常维护。电机无高速运转部分,机械损耗小,故障点少,可大幅提高设备的寿命,运行更加安全可靠。
2. 产品应用与推广
吊车提升机用低速大功率永磁电机预计在2017 年应用于吊车设备。现已与吊车提升机生产厂家确定方案,将于2017 年初进行生产。九、低速大功率永磁电机应用于低速曝气机设备低速曝气机产品用于石油、化工、印染、制革、医药、食品、农药、煤气等行业工业废水及城市生活污水的处理设备(表面曝气技术),采用低速永磁电机直接驱动叶轮,节能效果好。
1. 产品优势
a. 低振低噪
低速曝气机用低速大功率永磁电机由于没有高速运转部分,其电机本身噪音与振动较低,同时取消减速机与其它传动装置,消除了减速机和其他传动装置的振动与噪音,使整个传动系统振动、噪音更低。由于城市污水处理厂常位于居民区附近,且设备属于二十四小时连续运行状态,考虑到对周围环境的影响,对于设备的噪音要求较高。传统的异步电机+减速机结构由于高速运行部分的存在,无法彻底有效的解决上述问题,采用低速永磁电机可将噪音及振动值降至最低,极大改善周围环境状况。
b. 节能高效
低速曝气机用低速大功率永磁电机效率、功率因数都很高。而传统应用的多极数低速异步电机功率因素很低,其功率因素随负载变化较大,特别是在负载较轻时,功率因素更低,无功损耗大、电能消耗大,传统应用配套加装功率补偿单元,无形中增加了设备投入。
d. 防潮、耐用低速曝气机用大功率永磁电机设计余度大,有利于电机的散热,使电机温升更低、防潮性更好,与同等级传统异步电机相比,寿命更长。
c. 安全可靠、维护量小采用直驱结构,省去减速机部分,机械损耗小、故障点少、系统运行更安全可靠、维护量小。
2. 产品利润空间低速曝气机多用于南方污水处理厂,是典型的表面曝气技术,与高速底曝相比具有价格低、维护维修方便、噪音低等优点。以90kW 电机为例,产品出货价格在22~25 万元,而规型异步电机+减速机系统出货价格约为15~18 万元,价格差异不大,具有较高的市场竞争力。目前此款产品的代理商利润率约为150%~180%。
3. 产品应用与推广低速曝气机用低速大功率永磁电机于2017 陆续应用于重庆各污水处理厂,现运行平稳,节能效果明显,并已引起低速曝气机主机厂的重视,现正在洽谈合作事宜,市场前景良好。

 

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