永磁直驅(qū)電機在冷卻塔風機上的應(yīng)用
李鵬飛（濟源中聯(lián)水泥有限公司，河南 濟源 459000）
中圖分類號：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
分析原冷卻塔風機驅(qū)動結(jié)構(gòu)存在的問題，介紹永磁直驅(qū)電機的優(yōu)勢，并對其選型和控制進行了分析，冷卻塔風機驅(qū)動系統(tǒng)改造成永磁電機直驅(qū)系統(tǒng)，解決了設(shè)備漏油及振動大等問題，減少了維護量，提高了設(shè)備運行效率，節(jié)電效果明顯，單臺年可節(jié)約用電約9.8萬kWh，使用效果良好。
關(guān)鍵詞
冷卻塔風機；永磁直驅(qū)電機；高效節(jié)電
我公司余熱發(fā)電循環(huán)水冷卻系統(tǒng)采用2臺75 kW冷卻塔風機供循環(huán)水冷卻，冷卻風機傳動部分采用的是電機+傳動軸+減速機的傳統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動結(jié)構(gòu)，電機和減速機輸入軸之間用鋼制傳動軸連接。
1、傳統(tǒng)驅(qū)動結(jié)構(gòu)存在的問題
（1）冷卻風機的減速機安裝在冷卻塔內(nèi)部，傳動軸長達4 m，由于環(huán)境非常潮濕，傳動軸銹蝕嚴重，傳動軸因銹蝕層不均衡脫落失去動平衡，引起設(shè)備振動嚴重，傳動軸需要定期除銹校動平衡，費用高。
（2）冷卻風機減速機隨著運行時間的增加，輸入軸油封磨損嚴重，導(dǎo)致漏油，需要定期補油，也污染環(huán)境。
（3）減速機設(shè)計的結(jié)構(gòu)較緊湊，發(fā)熱量很大，散熱能力弱，導(dǎo)致減速機溫度高，油封和潤滑油壽命短，需要經(jīng)常保養(yǎng)。
（4）驅(qū)動部分電機啟動方式為直接啟動，設(shè)備運行負載率低，效率僅0.78，能耗高。
2、永磁直驅(qū)結(jié)構(gòu)及優(yōu)勢
永磁直驅(qū)電動機采用變頻矢量控制技術(shù)、低速大扭矩直驅(qū)技術(shù)、智能控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡化，具有高效低耗、低速大扭矩、高可靠免維護、高剛度快響應(yīng)、無須潤滑等特點，由于轉(zhuǎn)速低運行平穩(wěn)，振動小，極大減少了日常維護檢修工作量，節(jié)省了人力物力成本。適合在冷卻風扇場景使用。
主要優(yōu)勢：
（1）永磁直驅(qū)電機直接驅(qū)動負載，去除了減速機，結(jié)構(gòu)簡單可靠，基本實現(xiàn)免維護。
（2）去除了減速機和傳動軸，系統(tǒng)傳動效率在0.93，在額定頻率以下運行時為恒轉(zhuǎn)矩特性，滿足設(shè)備重載啟動要求，設(shè)備運行更節(jié)能。
（3）設(shè)備占用空間小，沒有潤滑油及減速機備品備件等消耗。
（4）變頻器控制可實現(xiàn)軟啟動，減少了對負載設(shè)備的沖擊，延長其使用壽命。
（5）低負載情況下，可以適當降低運行頻率，達到更好的節(jié)能效果。
3、永磁直驅(qū)電機的選型
3.1 負載運行功率因數(shù)、效率對比
冷卻塔風機改造前功率為 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(shù)對比見圖1。
永磁直驅(qū)電機跟冷卻塔風扇直連葉輪轉(zhuǎn)速一 致，n0=n=155 r/min（n為 風 扇 轉(zhuǎn) 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(qū)電機性能參數(shù)見表1，改造后實物見圖2。
3.2 永磁電機的缺點
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高時，在沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)作用下，或者在劇烈的機械振動時可能產(chǎn)生不可逆退磁，使電機性能下降，甚至無法使用。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的措施。
4、改造后效果分析
冷卻塔風機電機采用 2 臺 55 kW永磁直驅(qū)電機后，在相同運行工況下，單臺永磁電機秋冬季每小時電流平均降低約35 A，運行中實測電壓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(yù) 計 每 小 時 可 節(jié) 電 18.9 kWh。春夏季每小時電流平均降低約 28 A，運 行 中 實 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(yù) 計 每 小 時 可 節(jié) 電 16.5 kWh。根據(jù)改造前后電能計量表計量數(shù)據(jù)對比，秋冬季單臺電機每小時可節(jié)電17 kWh，春夏季單臺電機每小時可節(jié)電15 kWh，按照全年70%運轉(zhuǎn)率計算，單臺電機年節(jié)電約9.8萬kWh。
5、結(jié)束語
冷卻塔風機驅(qū)動系統(tǒng)改造成永磁電機直驅(qū)系統(tǒng)后，解決了設(shè)備漏油及振動大等問題，提高了設(shè)備運行效率，節(jié)電效果明顯，每小時節(jié)電約15~17 kWh，節(jié)電率40%，同時減少了維護量，提高了系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率，延長了設(shè)備使用壽命。
（編輯 張 迪）
文章引用水泥雜志
