舒云峰 周巧玲 王小冬 劉小龍 趙修彬

(1.中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司；2.安徽省馬鞍山工業(yè)學(xué)校)

異步電動(dòng)機(jī)以其價(jià)格便宜、適應(yīng)各種工業(yè)條件等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域[1-2]，但其傳動(dòng)系統(tǒng)組成較為復(fù)雜，異步電機(jī)的效率低，功率因數(shù)小，低速發(fā)熱等問題仍然無法改善。永磁同步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性好，輸出扭矩大，結(jié)構(gòu)簡單，其性能與效率是使用異步電機(jī)和變頻器的組合無法超越的[3]。本文詳細(xì)介紹了異步電機(jī)和同步電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)并進(jìn)行了優(yōu)勢分析，同步電機(jī)應(yīng)用前景廣闊，將越來越多地被使用到球磨機(jī)上。

1 球磨機(jī)現(xiàn)用異步電機(jī)簡介及不足

目前，球磨機(jī)使用的都是異步電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)部分為變頻器+異步電機(jī)+帶傳動(dòng)+齒輪傳動(dòng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)前的傳動(dòng)系統(tǒng)組成較為復(fù)雜，包含有兩級(jí)帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)總效率較低，其驅(qū)動(dòng)單元布置情況見圖1。

圖1 當(dāng)前磨機(jī)驅(qū)動(dòng)單元布置

帶傳動(dòng)部分存在的不足為：有彈性滑動(dòng)，使傳動(dòng)比不恒定 ；張緊力較大，軸上壓力較大 ；結(jié)構(gòu)尺寸較大、不緊湊 ；打滑，皮帶壽命短，需經(jīng)常更換皮帶；帶與帶輪間產(chǎn)生摩擦放電現(xiàn)象，影響設(shè)備的正常使用。

2 球磨機(jī)采用永磁直驅(qū)電機(jī)的特點(diǎn)及優(yōu)勢

變頻永磁直驅(qū)系統(tǒng)與傳統(tǒng)異步+減速器或皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)相比較，存在結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、節(jié)能環(huán)保等多種優(yōu)勢，且在球磨機(jī)生產(chǎn)中越來越被廣泛應(yīng)用。永磁直驅(qū)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)單元布置見圖2。

圖2 磨機(jī)永磁直驅(qū)驅(qū)動(dòng)單元布置

(1)高效節(jié)能。永磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率在93%左右，與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，效率提高了10～15個(gè)百分點(diǎn)。

(2)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)。永磁直驅(qū)系統(tǒng)所使用的永磁直驅(qū)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的200%，無需預(yù)啟動(dòng)，且啟動(dòng)電流小。

(3)避免電網(wǎng)及機(jī)械沖擊。系統(tǒng)運(yùn)用變頻起動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)傳動(dòng)的緩慢勻速起動(dòng)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，過載能力強(qiáng)，避免了電機(jī)起動(dòng)的瞬間大電流給電網(wǎng)帶來的沖擊，以及轉(zhuǎn)矩波動(dòng)給傳動(dòng)系統(tǒng)帶來的機(jī)械沖擊，降低了系統(tǒng)的電網(wǎng)故障和機(jī)械故障。

(4)系統(tǒng)免維護(hù)。由于系統(tǒng)不需要減速器，機(jī)械軟起裝置，因此在實(shí)際應(yīng)用中無需更換齒輪油，檢修減速箱，節(jié)約了使用成本，減低了維護(hù)工作量，后期維護(hù)只需每隔3～4個(gè)月給電機(jī)軸承注油1次。

(5)自動(dòng)化程度高。電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)小齒輪，整套系統(tǒng)簡單，占地面積約原驅(qū)動(dòng)的30%。

3 永磁直驅(qū)電機(jī)與異步電機(jī)對(duì)比

異步電機(jī)運(yùn)行中常見的故障有小齒輪磨損、減速機(jī)軸承軸向游隙增大及地腳螺栓易松動(dòng)斷裂等，極端工況有減速機(jī)大小主軸斷裂、筒體側(cè)板焊縫開裂等；而永磁直驅(qū)電機(jī)工作周期內(nèi)平均效率為90%，具有無減速機(jī)構(gòu)、直驅(qū)系統(tǒng)效率90%、有功節(jié)電率13.5%和免機(jī)械維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。永磁直驅(qū)電機(jī)與異步電機(jī)使用中連接結(jié)構(gòu)對(duì)比見圖3，異步電機(jī)和同步電機(jī)損耗對(duì)比見圖4。

圖3 永磁直驅(qū)電機(jī)與異步電機(jī)使用中連接結(jié)構(gòu)對(duì)比

由圖3、圖4可見，永磁直驅(qū)系統(tǒng)與傳統(tǒng)異步+減速器或皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)相比較，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠；在使用中直驅(qū)電機(jī)損耗比異步電機(jī)低很多，其中直驅(qū)電機(jī)無轉(zhuǎn)子損耗，定子損耗也降低了10個(gè)百分點(diǎn)。

4 結(jié) 語

異步電機(jī)的控制技術(shù)日漸完善，但因其自身的功率因數(shù)、效率及發(fā)熱等問題始終無法克服。同步電機(jī)技術(shù)越來越成熟，制造成本也與異步電機(jī)越來越接近，其與傳統(tǒng)異步+減速器或皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)相比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、節(jié)能環(huán)保等多種優(yōu)勢，在球磨機(jī)生產(chǎn)中將會(huì)被廣泛應(yīng)用，同步電機(jī)正在越來越多的場合取代異步電機(jī)。隨著電力資源的日趨緊張，政府和企業(yè)都越來越重視環(huán)保與節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)和推廣，同步電機(jī)在球磨機(jī)的應(yīng)用將成為發(fā)展趨勢。

圖4 異步電機(jī)和直驅(qū)電機(jī)損耗對(duì)比