永磁(cí)直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅(qū)動,導致球磨機的傳動係(xì)統存(cún)在機械傳(chuán)動鏈(liàn)冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大(dà)等問題。 沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南全新機電設備有限(xiàn)公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采(cǎi)用永磁直驅(qū)電機,通過(guò)將電(diàn)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(néng)直接滿足荷載的需(xū)求,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(lì)強、係統免維護、自動化程度高等優點(diǎn)。 在控製方麵,本產品(pǐn)電機定子采用(yòng)了模塊化設計,不僅降低了加工、製造、運輸等難度,還(hái)相當於把一個大(dà)功率電機做成了(le)多個小功率電機。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(dàn)是不增加電機的輸入電流,電機不必(bì)采用高等級絕緣。模塊化電機(jī)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和(hé)使用的變頻器(qì)容量,從而降低成本。每(měi)個模塊(kuài)電機都具有一套獨立的(de)控製係(xì)統,大大提升了電機控製的自由度,球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵,本產品(pǐn)電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結(jié)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(guò)機(jī)械結構設(shè)計,確定了一種無(wú)論球磨機轉筒(tǒng)是否震動或偏心,定子塊始終跟隨轉(zhuǎn)筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結(jié)構(gòu)。本產品通過機械結構設計保證定子與轉(zhuǎn)子間的間隙恒定,電機不(bú)會發生掃膛現象,因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機(jī)的小很多,從(cóng)而大幅降低電機永磁體用量(liàng),降低生產成本,節約稀土資源,節能用電(diàn)量。當模(mó)塊發生故障時,直接拆卸(xiè)故障電機,更換新的模塊電機即可正常(cháng)運行。使用本(běn)產品完全不會因電機發生故障而影響到生產(chǎn)工期。 2、球磨機專用(yòng)隨動式永磁直驅(qū)電機概述 本(běn)產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”,滾筒就像公路,定子塊就像汽車。滾(gǔn)輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛,公路的起伏不影響車輪與地麵貼合,即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒,保證定子、轉子間隙恒定,在球磨機因裝配誤差、軸(zhóu)承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣(qì)隙(xì)不均勻時,仍能正常運轉(zhuǎn),保證磨機始終運行在性能狀態,不必停機(jī)檢修。同時電機定子與轉子間(jiān)的間隙也可以做的更小,減少永磁體用量,並且因為(wéi)隨動式結構,電機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機,采用獨立的扇形定子塊結構,其隨動原理是在(zài)定子塊的軸(zhóu)向兩側(cè)安(ān)裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙,定子(zǐ)塊徑(jìng)向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不(bú)偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動,轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪,進而帶動(dòng)定子塊向上移(yí)動,上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受(shòu)到永磁體對其向上的吸引力(lì)的同時,定子塊上的(de)彈性機構將其向(xiàng)上頂,保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵,使定子塊跟隨轉筒(tǒng)波動而進行徑向與圓周方向的移動,從而保(bǎo)證定子、轉子之間的間隙不(bú)變。球磨(mó)機滾筒向下複位或繼續向下波動(dòng),則上方定子塊(kuài)在受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壓,下方定子塊被轉筒向下(xià)壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調,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成滾輪或轉筒磨損較快。 本產品(pǐn)將永磁(cí)電機采(cǎi)用模塊化控製,根據不同功率的電機設計采用不同個(gè)數的隨動式定子(zǐ)塊構成一台模塊電機,一(yī)台整圓電機由多台模塊(kuài)電機構(gòu)成,多台模塊電機共用同一個轉子(zǐ),模塊電機包繞式安(ān)裝在球磨機滾(gǔn)筒上。相鄰隨動式定子塊(kuài)間設有(yǒu)固定在支撐框架上的(de)擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜(xián)接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨(suí)動式定子塊安裝拆卸十分便捷,隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密(mì)封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間(jiān)的連接杆、彈性機構支撐架,即可將定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更(gèng)換新(xīn)的定子(zǐ)塊。 3、采(cǎi)用本產品代(dài)替傳統磨機的電機驅動係(xì)統的優點(diǎn) 現階段大多(duō)數的球磨機仍采用三相(xiàng)感(gǎn)應電動(dòng)機、聯軸器、減速(sù)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(bǐ)優勢(shì)是(shì)它有較高的效率和功率因數,損耗大大(dà)降低,節約了能源。永(yǒng)磁(cí)電機通(tōng)過變頻器進行調速,電機運行平穩,係統響應速(sù)度快,感應電機則起動(dòng)相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原(yuán)因。 采(cǎi)用永磁直驅,取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節,縮短係統的傳動鏈,直驅係統的傳動效率將提(tí)升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升,而且直驅係統的故障率低,維護(hù)檢修方便,還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電(diàn)機定子采用了模塊化設計,不僅降(jiàng)低了加(jiā)工,製造,運輸等難度,還相當於把一個大(dà)功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低(dī)大功率電機的輸入電壓,但是(shì)不增加電機的輸入電流,電機不必采用高等級絕緣,模塊化電機采用多台小(xiǎo)功率變頻器聯合供電。這樣設計(jì)降低了電機的供(gòng)電(diàn)電壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅(qū)動球磨機。 傳統電機故障時,會(huì)導致電機合(hé)成磁動勢發生(shēng)畸變,諧波含量增加,平均轉矩下降,轉矩波(bō)動顯著增加,無法繼續正常(cháng)運行。而本(běn)產品進行了模塊化設計,每個模塊(kuài)電機(jī)都具有一套獨(dú)立的控製係統,大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機(jī)結構和控製靈(líng)活的優勢,在發(fā)生故障(zhàng)時(shí)。可以直接拆卸故(gù)障(zhàng)電機(jī)更(gèng)換新的模塊電機即可正常運(yùn)行。模塊化電機具有冗餘的模塊數,也可切除故(gù)障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完(wán)全不會因電機發生故障而影響(xiǎng)到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重(chóng)載產生震動等因素會發生轉子偏心現象,偏心嚴重時還會造成(chéng)電機掃膛損壞電機,實際(jì)生產中常常通過(guò)增加氣隙大小來預防掃膛,而氣隙增大會導致永磁體用(yòng)量增加,提高(gāo)電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機(jī),能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間(jiān)隙恒定,可將氣隙做的更小,減少永磁體用量(liàng),電機不會發生掃膛現象,同時因為(wéi)該隨動式定子結構在偏心(xīn)時(shí)能(néng)繼續正常工作,檢修次數更少,工作時間更長,大體積球磨機(jī)檢修複雜,降低檢修次數就是提高(gāo)生產效率。 4、隨動式球磨機裝配(pèi)示意圖 二(èr)、永磁直驅立磨(mó)技術(shù) 1、立(lì)磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1)變頻調速控製,實現負(fù)載工(gōng)況(kuàng)多樣性 傳統立(lì)磨速度單一,工(gōng)況適應能力(lì)差。遇到突發事件,調整磨鞮高度來改變係統工作環境,係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速,適應工況(kuàng)能力強。遇到突發事(shì)件,除調整磨輾高度外,還增加了速度(dù)調節以快速適應係統工作環境,係統反應速(sù)度更(gèng)快。 (2)係統簡單,可靠(kào)性高 傳統係統因三相感(gǎn)應電機無法在低速實現大轉矩輸出,需(xū)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(bú)對電網造成過大的衝擊,需增加軟起動裝置。三(sān)相感應電機起動後,通過減速器滿足係統轉矩需要,整個係統構成複雜(zá),係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變(biàn)頻控製係統控(kòng)製永磁同步電機起(qǐ)動(dòng),轉矩特性滿足需要,無(wú)需盤車係(xì)統和減(jiǎn)速器,輔助係統少,結構(gòu)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(pán)車係統起(qǐ)動,待三相感應電機達到起動(dòng)條件後,軟起動裝置起動三相感應電機,係統(tǒng)運行。係(xì)統控製複雜,低(dī)速無(wú)法(fǎ)實現過載(zǎi)輸出。在低速過程需要盤車係統,將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻(pín)低速起動,係統直接運行,係統控製簡單。變(biàn)頻控製起動過程可根據實(shí)際工況進行調整,以滿足各種工況的需(xū)求。低速可過載輸出,滿足起動需要,取代盤車係統(tǒng)。 (4)無減速(sù)器,維護成本更低,維護次數少 係統各構(gòu)成單元均需要時常(cháng)檢查和定期維護,傳統係(xì)統構成(chéng)單元多。同時立磨(mó)減(jiǎn)速器結構複雜需要經(jīng)常維護,維護成本(běn)費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進(jìn)行係統維護。直驅係統構成單元簡單,變頻器控製永磁同步電機直接驅動,控製(zhì)方(fāng)便(biàn)。係統內無減速器,無需額外進行維護,係統維(wéi)護(hù)成(chéng)本低(dī)。同時,係統可實現在電機低速(sù)運行情況下進行(háng)係統(tǒng)維護。 (5)傳動效率高,節能效果明顯 綜上采(cǎi)用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元(yuán)。(按照5000h,0.6元/kWh)立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同,這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意圖 本新型立磨結構(gòu)采用永磁直驅(qū)電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與(yǔ)壓力軸承上進行突破,通過設計一種(zhǒng)雙向載荷扇形模塊機(jī)構替代(dài)大直徑(jìng)軸承,方便加(jiā)工、生產、運輸、裝配、維(wéi)修,並降低(dī)成(chéng)本,在工程(chéng)實際中具有很強的實用型。 針(zhēn)對大、中、小型不同尺寸的立磨,分別設計了三種立磨專用永磁電機,代替(tì)傳統的減速機與三(sān)相異步電動機(jī),永(yǒng)磁(cí)直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置,均能(néng)達到扶正與承壓的作用,並且(qiě)方便製造、裝配維(wéi)護,節(jiē)省成本(běn)。均已申請專 利。