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2023-08-30

永磁直驱电机在冷却塔风机上的应用

李鹏飞(济源中联水泥有限公司,河南 济源 459000)

中图分类号:tq172.6 文献标志码:b 文章编号:1002-9877(2022)11-0072-02 doi:10.13739/j.cnki.cn11-1899/tq.2022.11.024

摘要


                                                             


分析原冷却塔风机驱动结构存在的问题,介绍永磁直驱电机的优势,并对其选型和控制进行了分析,冷却塔风机驱动系统改造成永磁电机直驱系统,解决了设备漏油及振动大等问题,减少了维护量,提高了设备运行效率,节电效果明显,单台年可节约用电约9.8kwh,使用效果良好。

关键词


                                                      


冷却塔风机;永磁直驱电机;高效节电                                                       

我公司余热发电循环水冷却系统采用275 kw冷却塔风机供循环水冷却,冷却风机传动部分采用的是电机传动轴减速机的传统设备驱动结构,电机和减速机输入轴之间用钢制传动轴连接。

1、传统驱动结构存在的问题

1)冷却风机的减速机安装在冷却塔内部,传动轴长达4 m,由于环境非常潮湿,传动轴锈蚀严重,传动轴因锈蚀层不均衡脱落失去动平衡,引起设备振动严重,传动轴需要定期除锈校动平衡,费用高。

2)冷却风机减速机随着运行时间的增加,输入轴油封磨损严重,导致漏油,需要定期补油,也污染环境。

3)减速机设计的结构较紧凑,发热量很大,散热能力弱,导致减速机温度高,油封和润滑油寿命短,需要经常保养。

4)驱动部分电机启动方式为直接启动,设备运行负载率低,效率仅0.78,能耗高。

2、永磁直驱结构及优势

永磁直驱电动机采用变频矢量控制技术、低速大扭矩直驱技术、智能控制技术,结构简化,具有高效低耗、低速大扭矩、高可靠免维护、高刚度快响应、无须润滑等特点,由于转速低运行平稳,振动小,极大减少了日常维护检修工作量,节省了人力物力成本。适合在冷却风扇场景使用。

主要优势:

1)永磁直驱电机直接驱动负载,去除了减速机,结构简单可靠,基本实现免维护。

2)去除了减速机和传动轴,系统传动效率在0.93,在额定频率以下运行时为恒转矩特性,满足设备重载启动要求,设备运行更节能。

3)设备占用空间小,没有润滑油及减速机备品备件等消耗。

4)变频器控制可实现软启动,减少了对负载设备的冲击,延长其使用寿命。

5)低负载情况下,可以适当降低运行频率,达到更好的节能效果。

3、永磁直驱电机的选型

3.1 负载运行功率因数、效率对比

冷却塔风机改造前功率为 75 kw,额 定 电 流160 a,运行电流最大为76 a左右,负载率约为56%,异步电机与永磁电机不同运行负载下效率、功率因数对比见图1

01.png

永磁直驱电机跟冷却塔风扇直连叶轮转速一 致,n0=n=155 r/minn为 风 扇 转 速),所 需 轴 功 率p=1.732uicosφη1η2η3=1.732×0.38×76×0.855×0.86×0.95×0.9633.5 kw),所需扭矩t=9 550p/n0=9 550 ×33.5÷155= 2 064n·m)。

永磁直驱电机性能参数见表1,改造后实物见图2

02.png

3.2 永磁电机的缺点

永磁同步电机一般都选择稀土永磁材料(钕铁硼)作为永磁体,目前稀土材料价格比较昂贵,前期的投资成本较高。稀土永磁同步电机在温度过高时,在冲击电流产生的电枢反应作用下,或者在剧烈的机械振动时可能产生不可逆退磁,使电机性能下降,甚至无法使用。所以使用环境上要注意电机散热方案的制订和防止振动的措施。

4、改造后效果分析

冷却塔风机电机采用 2 台 55 kw永磁直驱电机后,在相同运行工况下,单台永磁电机秋冬季每小时电流平均降低约35 a,运行中实测电压340 v左 右,取u=340 vcosφ=0.97,η=0.95,则 功 率 为p=1.732uicosφη=1.732×0.34×35×0.97×0.95=18.9kw),预 计 每 小 时 可 节 电 18.9 kwh。春夏季每小时电流平均降低约 28 a,运 行 中 实 测 电 压 370 v左 右,取u=370 vcosφ=0.97,η=0.95,则 功 率 为:p=1.732uicosφη=1.732×0.37×28×0.97×0.95=16.5kw),预 计 每 小 时 可 节 电 16.5 kwh。根据改造前后电能计量表计量数据对比,秋冬季单台电机每小时可节电17 kwh,春夏季单台电机每小时可节电15 kwh,按照全年70%运转率计算,单台电机年节电约9.8kwh

5、结束语

冷却塔风机驱动系统改造成永磁电机直驱系统后,解决了设备漏油及振动大等问题,提高了设备运行效率,节电效果明显,每小时节电约15~17 kwh,节电率40%,同时减少了维护量,提高了系统运转率,延长了设备使用寿命。

                                                           (编辑 张 迪)

                                                           文章引用水泥杂志


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