永磁直驅電機在冷卻塔風(fēng)機上的應用
李鵬飛（濟源中聯(lián)水泥有限公司，河南 濟源 459000）
中圖分類(lèi)號：TQ172.6 文獻標志碼：B 文章編號：1002-9877（2022）11-0072-02 DOI：10.13739/j.cnki.cn11-1899/tq.2022.11.024
摘要
分析原冷卻塔風(fēng)機驅動(dòng)結構存在的問(wèn)題，介紹永磁直驅電機的優(yōu)勢，并對其選型和控制進(jìn)行了分析，冷卻塔風(fēng)機驅動(dòng)系統改造成永磁電機直驅系統，解決了設備漏油及振動(dòng)大等問(wèn)題，減少了維護量，提高了設備運行效率，節電效果明顯，單臺年可節約用電約9.8萬(wàn)kWh，使用效果良好。
關(guān)鍵詞
冷卻塔風(fēng)機；永磁直驅電機；高效節電
我公司余熱發(fā)電循環(huán)水冷卻系統采用2臺75 kW冷卻塔風(fēng)機供循環(huán)水冷卻，冷卻風(fēng)機傳動(dòng)部分采用的是電機+傳動(dòng)軸+減速機的傳統設備驅動(dòng)結構，電機和減速機輸入軸之間用鋼制傳動(dòng)軸連接。
1、傳統驅動(dòng)結構存在的問(wèn)題
（1）冷卻風(fēng)機的減速機安裝在冷卻塔內部，傳動(dòng)軸長(cháng)達4 m，由于環(huán)境非常潮濕，傳動(dòng)軸銹蝕嚴重，傳動(dòng)軸因銹蝕層不均衡脫落失去動(dòng)平衡，引起設備振動(dòng)嚴重，傳動(dòng)軸需要定期除銹校動(dòng)平衡，費用高。
（2）冷卻風(fēng)機減速機隨著(zhù)運行時(shí)間的增加，輸入軸油封磨損嚴重，導致漏油，需要定期補油，也污染環(huán)境。
（3）減速機設計的結構較緊湊，發(fā)熱量很大，散熱能力弱，導致減速機溫度高，油封和潤滑油壽命短，需要經(jīng)常保養。
（4）驅動(dòng)部分電機啟動(dòng)方式為直接啟動(dòng)，設備運行負載率低，效率僅0.78，能耗高。
2、永磁直驅結構及優(yōu)勢
永磁直驅電動(dòng)機采用變頻矢量控制技術(shù)、低速大扭矩直驅技術(shù)、智能控制技術(shù)，結構簡(jiǎn)化，具有高效低耗、低速大扭矩、高可靠免維護、高剛度快響應、無(wú)須潤滑等特點(diǎn)，由于轉速低運行平穩，振動(dòng)小，極大減少了日常維護檢修工作量，節省了人力物力成本。適合在冷卻風(fēng)扇場(chǎng)景使用。
主要優(yōu)勢：
（1）永磁直驅電機直接驅動(dòng)負載，去除了減速機，結構簡(jiǎn)單可靠，基本實(shí)現免維護。
（2）去除了減速機和傳動(dòng)軸，系統傳動(dòng)效率在0.93，在額定頻率以下運行時(shí)為恒轉矩特性，滿(mǎn)足設備重載啟動(dòng)要求，設備運行更節能。
（3）設備占用空間小，沒(méi)有潤滑油及減速機備品備件等消耗。
（4）變頻器控制可實(shí)現軟啟動(dòng)，減少了對負載設備的沖擊，延長(cháng)其使用壽命。
（5）低負載情況下，可以適當降低運行頻率，達到更好的節能效果。
3、永磁直驅電機的選型
3.1 負載運行功率因數、效率對比
冷卻塔風(fēng)機改造前功率為 75 kW，額 定 電 流160 A，運行電流最大為76 A左右，負載率約為56%，異步電機與永磁電機不同運行負載下效率、功率因數對比見(jiàn)圖1。
永磁直驅電機跟冷卻塔風(fēng)扇直連葉輪轉速一 致，n0=n=155 r/min（n為 風(fēng) 扇 轉 速），所 需 軸 功 率P=1.732UIcosφη1η2η3=1.732×0.38×76×0.855×0.86×0.95×0.96≈33.5 （kW），所需扭矩T=9 550P/n0=9 550 ×33.5÷155= 2 064（N·m）。
永磁直驅電機性能參數見(jiàn)表1，改造后實(shí)物見(jiàn)圖2。
3.2 永磁電機的缺點(diǎn)
永磁同步電機一般都選擇稀土永磁材料（釹鐵硼）作為永磁體，目前稀土材料價(jià)格比較昂貴，前期的投資成本較高。稀土永磁同步電機在溫度過(guò)高時(shí)，在沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應作用下，或者在劇烈的機械振動(dòng)時(shí)可能產(chǎn)生不可逆退磁，使電機性能下降，甚至無(wú)法使用。所以使用環(huán)境上要注意電機散熱方案的制訂和防止振動(dòng)的措施。
4、改造后效果分析
冷卻塔風(fēng)機電機采用 2 臺 55 kW永磁直驅電機后，在相同運行工況下，單臺永磁電機秋冬季每小時(shí)電流平均降低約35 A，運行中實(shí)測電壓340 V左 右，取U=340 V，cosφ=0.97，η=0.95，則 功 率 為P=1.732UIcosφη=1.732×0.34×35×0.97×0.95=18.9（kW），預 計 每 小 時(shí) 可 節 電 18.9 kWh。春夏季每小時(shí)電流平均降低約 28 A，運 行 中 實(shí) 測 電 壓 370 V左 右，取U=370 V，cosφ=0.97，η=0.95，則 功 率 為：P=1.732UIcosφη=1.732×0.37×28×0.97×0.95=16.5（kW），預 計 每 小 時(shí) 可 節 電 16.5 kWh。根據改造前后電能計量表計量數據對比，秋冬季單臺電機每小時(shí)可節電17 kWh，春夏季單臺電機每小時(shí)可節電15 kWh，按照全年70%運轉率計算，單臺電機年節電約9.8萬(wàn)kWh。
5、結束語(yǔ)
冷卻塔風(fēng)機驅動(dòng)系統改造成永磁電機直驅系統后，解決了設備漏油及振動(dòng)大等問(wèn)題，提高了設備運行效率，節電效果明顯，每小時(shí)節電約15~17 kWh，節電率40%，同時(shí)減少了維護量，提高了系統運轉率，延長(cháng)了設備使用壽命。
（編輯 張 迪）
文章引用水泥雜志
