永磁直驅球(qiú)磨機、立磨(mó)機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電(diàn)動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動,導致球磨機的傳動係統存在(zài)機械傳動鏈冗(rǒng)長、效率低、機構複雜(zá)、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河(hé)南全(quán)新機電設備有限公司聯合設計研發(fā)的(de)球(qiú)磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計,取消動力傳輸的中間環節,做成直驅方案,能直接滿足荷載的需求(qiú),省去傳統磨機的減速機,顯著提高了電機的效率與功率因數,具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免(miǎn)維護(hù)、自動化程度高等優點。 在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊(kuài)化設計,不(bú)僅降低(dī)了加工、製造、運輸等難度,還相當(dāng)於把一個(gè)大功(gōng)率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的(de)控製技術可以實現降低(dī)大功率電機的輸入電壓(yā),但是不增加電機的輸入電流,電機不(bú)必采用(yòng)高等(děng)級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電,這樣設計降低了電機的供電電壓(yā)和(hé)使用的變頻器容量,從而(ér)降低成本。每個模塊(kuài)電機都(dōu)具有一套獨立的控製(zhì)係統,大大提升了電(diàn)機控製的自由度,球磨(mó)機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分(fèn)模塊電(diàn)機驅(qū)動球(qiú)磨機。 在結構方麵,本產(chǎn)品電機的定子采用了一種自主設(shè)計研發的隨動式(shì)結構,將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊,通過機械結構設計,確定了一種無論球磨(mó)機轉筒(tǒng)是否震動或偏心,定子塊始(shǐ)終跟隨轉筒運動從而保持定子與(yǔ)轉子間隙恒定的結構。本產品(pǐn)通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定,電機不會發生掃膛現象,因此電機的氣隙可(kě)以設計的比普通永磁直驅電機的小很多,從而大幅降低電機永磁體用(yòng)量,降低生產成本,節(jiē)約稀土資源,節(jiē)能用電(diàn)量。當模塊發生故障時(shí),直接拆卸故障電機,更換新的模(mó)塊(kuài)電機即可正常運行。使用(yòng)本產(chǎn)品完全不會因電機發(fā)生故障而影響到生(shēng)產工期。 2、球磨機專用隨動式永磁(cí)直驅電機概(gài)述(shù) 本(běn)產品(pǐn)的隨動式定子結(jié)構(gòu)構成(chéng)一種“小車結(jié)構”,滾筒就像(xiàng)公路,定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒(tǒng)旋轉相當於汽車在公路行(háng)駛(shǐ),公路(lù)的起伏不影響車輪(lún)與地麵(miàn)貼合,即滾筒偏(piān)心(xīn)浮動不影響滾(gǔn)輪貼(tiē)合滾筒,保證定子、轉子間(jiān)隙恒定,在球(qiú)磨機因裝配誤(wù)差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等(děng)原(yuán)因造(zào)成電機偏心、氣隙不均勻(yún)時,仍能(néng)正常運轉,保證(zhèng)磨機始終運行(háng)在性能狀態,不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以(yǐ)做的更小,減少永磁體用量,並且因為隨動(dòng)式結構,電機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構(gòu),基(jī)於模塊化永磁(cí)直驅電機,采用獨立的扇形定子(zǐ)塊結構,其隨動原理是在定子塊的軸向(xiàng)兩側(cè)安裝(zhuāng)滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙,定子塊徑向外側設有與支撐(chēng)框架(jià)相連的彈性機構。彈性機(jī)構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動,轉筒會向上頂定(dìng)子塊上安裝的滾(gǔn)輪,進而(ér)帶動定子(zǐ)塊向上移動,上(shàng)方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其(qí)向(xiàng)上的吸引力的同時,定子塊上的彈(dàn)性機(jī)構將其向上頂,保證下(xià)方定子塊的滾輪依(yī)然貼合(hé)轉(zhuǎn)筒外表麵,使定(dìng)子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方(fāng)向的移動,從而保證定子、轉子之間的間隙不(bú)變。球(qiú)磨機滾(gǔn)筒向下複位或繼續向下波動,則上方定子塊在受(shòu)到永磁體對其向下的吸引力的同時,彈性機構將上方其向下(xià)壓,下方定子塊被轉筒向下(xià)壓。 本產品彈性裝置的壓(yā)力大小可調,對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造(zào)成滾輪或轉筒磨損較快。 本(běn)產品將永磁電機采用模塊化控製,根據不同功(gōng)率(lǜ)的電機(jī)設計采用(yòng)不同(tóng)個數的隨動式定子塊構(gòu)成一台模塊電機,一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模(mó)塊電機(jī)共用同一個轉子,模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動(dòng)式定子(zǐ)塊間設有固定在支撐(chēng)框架(jià)上的擋板(bǎn)來對定(dìng)子塊進行(háng)圓(yuán)周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於(yú)支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼(gāng)。 本產品(pǐn)的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷,隻需要沿(yán)球磨機的徑(jìng)向依次拆卸密封外殼、彈(dàn)性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支(zhī)撐架,即可將定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新的定子塊。 3、采用本產品代替(tì)傳統磨機的電機驅動係統的優點(diǎn) 現階段(duàn)大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減(jiǎn)速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它(tā)有較(jiào)高的(de)效率和功率因數,損耗大(dà)大降低,節約了(le)能源。永磁電機通(tōng)過變頻器進(jìn)行調速,電機運(yùn)行平穩,係統響應(yīng)速度快,感應電機則起(qǐ)動相(xiàng)對困難。這些(xiē)也是近年來永磁電機(jī)應用越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅,取消了中間的減速(sù)機、聯軸器(qì)、及齒輪(lún)的傳動環節,縮短係統(tǒng)的傳動鏈,直驅係(xì)統的傳動效率(lǜ)將提升至少20%。球磨機直驅係統的(de)傳動效率不僅得(dé)到大幅提升,而且直驅係統的故(gù)障率(lǜ)低,維護檢修方便,還(hái)避免(miǎn)了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電機定子采(cǎi)用了模塊化設(shè)計,不僅(jǐn)降低了(le)加工,製造,運輸等難度,還相當於把一個大功(gōng)率電機做成了多個小(xiǎo)功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電(diàn)壓,但是不增加電機的輸入電流,電機不必采用(yòng)高等級絕緣,模塊化電機采用多台小(xiǎo)功率變頻器聯合供電。這樣設計降(jiàng)低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量,從而降低成本(běn)。球磨機運行在輕載(zǎi)工況時(shí),完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電機故障時,會導致(zhì)電機合成磁動勢發生畸變,諧波含量增加,平均轉矩下降,轉矩波動顯著增加,無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計,每個模塊電機都(dōu)具有一套獨立的控製係統,大大提(tí)升(shēng)了電(diàn)機控製的自由度,可以利用其多電機(jī)結構和控製靈活的優勢,在發生故障時。可以(yǐ)直接(jiē)拆卸故障(zhàng)電(diàn)機更換新的模塊電機即(jí)可正常運行。模塊化(huà)電機具有冗餘的模塊數,也可切除故障子模(mó)塊(kuài)而控製其(qí)餘正常(cháng)子模塊降(jiàng)額運行。使用本產品完全不會因電機(jī)發生故障而影響(xiǎng)到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒(tǒng)形變(biàn)或重載產(chǎn)生震動等因素會發生轉子偏心現象,偏心嚴重時(shí)還會造成電機(jī)掃膛損(sǔn)壞電機,實際生產中常常通過增加氣隙大小(xiǎo)來預防掃膛,而氣隙增大會導(dǎo)致永(yǒng)磁體用量增加,提高電機製造成(chéng)本。隨動式定子結構的模塊電機,能在(zài)轉筒偏心時保證定子與轉子之間(jiān)的間隙恒定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用量,電機(jī)不會發生掃膛現象(xiàng),同時(shí)因為該隨(suí)動式(shì)定(dìng)子(zǐ)結構在偏(piān)心時能繼續正常工(gōng)作,檢修次數更少,工作(zuò)時間更(gèng)長,大體積球磨機(jī)檢修複雜,降低檢修(xiū)次數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨機裝(zhuāng)配示意圖 二(èr)、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點(diǎn)( 1)變頻(pín)調速控製,實現負載工(gōng)況多樣性 傳統立(lì)磨速度單一,工況適應能力差。遇到突發事件,調整磨鞮高度來改變(biàn)係統(tǒng)工(gōng)作環境,係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻(pín)調速,適應工況(kuàng)能力強。遇到突發事件,除調(diào)整磨輾高度外,還增加了速度調節以快速適應(yīng)係統工作環境,係統反應速度更快。 (2)係(xì)統(tǒng)簡單,可靠性高 傳統(tǒng)係統因三相感應電機無法(fǎ)在低速實現大轉矩輸出,需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝(chōng)擊,需增加軟起動裝置(zhì)。三相感應電機起動後,通(tōng)過減速器滿足(zú)係統轉矩需要,整個係(xì)統構成複雜(zá),係統(tǒng)運行的輔助設備很多。直驅係(xì)統由(yóu)變頻控製係統控製永磁同步電機起動,轉(zhuǎn)矩特性滿足需要,無需盤車係統和減速器,輔助係統少(shǎo),結構簡單。 (3)變頻器軟起動,起動過程隨意設定 傳統係統先由低速盤車係統起動,待三相(xiàng)感應電機達到起動條件後,軟起動裝置(zhì)起動(dòng)三相感應(yīng)電機,係統運行。係統控製複雜,低速無法實現過(guò)載輸出。在低速過程需要盤車(chē)係統,將轉速提高到三相感應電機起動(dòng)條件。直驅(qū)係統直接變頻低速(sù)起動,係統直接運行,係(xì)統控製簡單。變頻(pín)控製起動過程(chéng)可根(gēn)據實際工況(kuàng)進行調整(zhěng),以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出,滿足(zú)起動需要,取代盤車係統。 (4)無減速器,維護成本更(gèng)低,維護次數少(shǎo) 係統(tǒng)各(gè)構成單元均需要時(shí)常檢查(chá)和定期維護,傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護,維護(hù)成本費用高。同時係統無法實現(xiàn)在低速運行的情況下進行係(xì)統維護。直驅(qū)係統構成單元簡單(dān),變頻器控製永磁同步電機直接驅動,控製方便。係統內無減速器,無需額外進行維護,係統維(wéi)護(hù)成本(běn)低(dī)。同時,係統可實(shí)現在電機低速運行情況下進行係(xì)統維護。 (5)傳動效率(lǜ)高,節能效果明顯 綜上采用直驅永磁電機取代傳(chuán)統驅動係統年節(jiē)電量達181萬元。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅係統的優勢與(yǔ)球磨機直驅(qū)係統相同(tóng),這裏不再一(yī)—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁(cí)直驅(qū)電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行(háng)突(tū)破,通(tōng)過設計一種雙向(xiàng)載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承,方便加工(gōng)、生產(chǎn)、運輸、裝配、維修,並降低(dī)成本,在工程(chéng)實際中具有很強的實用型。 針對大(dà)、中、小(xiǎo)型不同尺寸的立磨,分別(bié)設計了三種立磨專用永磁電機,代替傳統的減速機與(yǔ)三相異步電動機,永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置,均能達到扶正(zhèng)與承(chéng)壓(yā)的作用,並且方便(biàn)製造、裝配維護(hù),節省成本。均已申請專 利。