永磁直驅電(diàn)機在冷卻塔風機上的應用
李鵬飛（濟源中(zhōng)聯水泥有限公司，河南(nán) 濟源 459000）
中(zhōng)圖分(fēn)類号：TQ172.6 文獻标志(zhì)碼：B 文章編号：1002-9877（2022）11-0072-02 DOI：10.13739/j.cnki.cn11-1899/tq.2022.11.024
摘要
分(fēn)析原冷卻塔風機驅動結構存在的問題，介紹永磁直驅電(diàn)機的優勢，并對其選型和控制進行了分(fēn)析，冷卻塔風機驅動系統改造成永磁電(diàn)機直驅系統，解決了設備漏油及振動大(dà)等問題，減少了維護量，提高了設備運行效率，節電(diàn)效果明顯，單台年可節約用電(diàn)約9.8萬kWh，使用效果良好。
關鍵詞
冷卻塔風機；永磁直驅電(diàn)機；高效節電(diàn)
我(wǒ)公司餘熱發電(diàn)循環水冷卻系統采用2台75 kW冷卻塔風機供循環水冷卻，冷卻風機傳動部分(fēn)采用的是電(diàn)機+傳動軸+減速機的傳統設備驅動結構，電(diàn)機和減速機輸入軸之間用鋼制傳動軸連接。
1、傳統驅動結構存在的問題
（1）冷卻風機的減速機安裝在冷卻塔内部，傳動軸長達4 m，由于環境非常潮濕，傳動軸鏽蝕嚴重，傳動軸因鏽蝕層不均衡脫落失去(qù)動平衡，引起設備振動嚴重，傳動軸需要定期除鏽校動平衡，費(fèi)用高。
（2）冷卻風機減速機随着運行時間的增加，輸入軸油封磨損嚴重，導緻漏油，需要定期補油，也污染環境。
（3）減速機設計的結構較緊湊，發熱量很大(dà)，散熱能力弱，導緻減速機溫度高，油封和潤滑油壽命短，需要經常保養。
（4）驅動部分(fēn)電(diàn)機啓動方式爲直接啓動，設備運行負載率低，效率僅0.78，能耗高。
2、永磁直驅結構及優勢
永磁直驅電(diàn)動機采用變頻(pín)矢量控制技術、低速大(dà)扭矩直驅技術、智能控制技術，結構簡化，具有高效低耗、低速大(dà)扭矩、高可靠免維護、高剛度快響應、無須潤滑等特點，由于轉速低運行平穩，振動小(xiǎo)，極大(dà)減少了日常維護檢修工(gōng)作量，節省了人力物(wù)力成本。适合在冷卻風扇場景使用。
主要優勢：
（1）永磁直驅電(diàn)機直接驅動負載，去(qù)除了減速機，結構簡單可靠，基本實現免維護。
（2）去(qù)除了減速機和傳動軸，系統傳動效率在0.93，在額定頻(pín)率以下(xià)運行時爲恒轉矩特性，滿足設備重載啓動要求，設備運行更節能。
（3）設備占用空間小(xiǎo)，沒有潤滑油及減速機備品備件等消耗。
（4）變頻(pín)器控制可實現軟啓動，減少了對負載設備的沖擊，延長其使用壽命。
（5）低負載情況下(xià)，可以适當降低運行頻(pín)率，達到更好的節能效果。
3、永磁直驅電(diàn)機的選型
3.1 負載運行功率因數、效率對比
冷卻塔風機改造前功率爲 75 kW，額 定 電(diàn) 流160 A，運行電(diàn)流最大(dà)爲76 A左右，負載率約爲56%，異步電(diàn)機與永磁電(diàn)機不同運行負載下(xià)效率、功率因數對比見圖1。
永磁直驅電(diàn)機跟冷卻塔風扇直連葉輪轉速一(yī) 緻，n0=n=155 r/min（n爲 風 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(diàn)機性能參數見表1，改造後實物(wù)見圖2。
3.2 永磁電(diàn)機的缺點
永磁同步電(diàn)機一(yī)般都選擇稀土永磁材料（钕鐵硼）作爲永磁體(tǐ)，目前稀土材料價格比較昂貴，前期的投資(zī)成本較高。稀土永磁同步電(diàn)機在溫度過高時，在沖擊電(diàn)流産生(shēng)的電(diàn)樞反應作用下(xià)，或者在劇烈的機械振動時可能産生(shēng)不可逆退磁，使電(diàn)機性能下(xià)降，甚至無法使用。所以使用環境上要注意電(diàn)機散熱方案的制訂和防止振動的措施。
4、改造後效果分(fēn)析
冷卻塔風機電(diàn)機采用 2 台 55 kW永磁直驅電(diàn)機後，在相同運行工(gōng)況下(xià)，單台永磁電(diàn)機秋冬季每小(xiǎo)時電(diàn)流平均降低約35 A，運行中(zhōng)實測電(diàn)壓340 V左 右，取U=340 V，cosφ=0.97，η=0.95，則 功 率 爲P=1.732UIcosφη=1.732×0.34×35×0.97×0.95=18.9（kW），預 計 每 小(xiǎo) 時 可 節 電(diàn) 18.9 kWh。春夏季每小(xiǎo)時電(diàn)流平均降低約 28 A，運 行 中(zhōng) 實 測 電(diàn) 壓 370 V左 右，取U=370 V，cosφ=0.97，η=0.95，則 功 率 爲：P=1.732UIcosφη=1.732×0.37×28×0.97×0.95=16.5（kW），預 計 每 小(xiǎo) 時 可 節 電(diàn) 16.5 kWh。根據改造前後電(diàn)能計量表計量數據對比，秋冬季單台電(diàn)機每小(xiǎo)時可節電(diàn)17 kWh，春夏季單台電(diàn)機每小(xiǎo)時可節電(diàn)15 kWh，按照全年70%運轉率計算，單台電(diàn)機年節電(diàn)約9.8萬kWh。
5、結束語
冷卻塔風機驅動系統改造成永磁電(diàn)機直驅系統後，解決了設備漏油及振動大(dà)等問題，提高了設備運行效率，節電(diàn)效果明顯，每小(xiǎo)時節電(diàn)約15~17 kWh，節電(diàn)率40%，同時減少了維護量，提高了系統運轉率，延長了設備使用壽命。
（編輯 張 迪）
文章引用水泥雜(zá)志(zhì)
