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分類:永磁直(zhí)驅礦用球磨(mó)機 ——
1、技術背景
傳(chuán)統的球磨機(jī)、立磨機大都采用三相(xiàng)異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪(lún)結構進行驅(qū)動,導(dǎo)致球磨(mó)機的傳動係統存在機械傳(chuán)動鏈冗長、效(xiào)率低、機構複(fù)雜、運行維護工(gōng)作量大等問題。
沈陽工業大學電(diàn)機與控製技術研究所與河南全(quán)新機電設備有限公司(sī)聯合設計研發(fā)的球磨機、立磨機采用永(yǒng)磁(cí)直驅電機,通過將電動機與機械結構進(jìn)行機電一體化設計(jì),取消(xiāo)動力傳輸的中間環節,做成直(zhí)驅方案,能直接(jiē)滿足荷載的需求,省去傳統磨機的減速機,顯(xiǎn)著提高了電機的效率與功率因數,具有(yǒu)節能、起動轉矩大、過載能(néng)力強、係統免維護、自動化程(chéng)度高等(děng)優點。
在控製方麵,本產品電(diàn)機定子采用(yòng)了模塊化設計,不僅(jǐn)降低了加工、製造、運輸等難(nán)度,還相當於把一個大功率電機做成了(le)多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現(xiàn)降低大功率電機的輸入電壓,但是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(diàn)機采用(yòng)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,從而降低成本。每個模(mó)塊(kuài)電機都具有一套獨立的控製係(xì)統,大大提升了電機控製的自由度,球磨機運(yùn)行(háng)在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊(kuài)電(diàn)機(jī)驅動球磨機(jī)。
在結構方(fāng)麵,本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構,將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙(xì)的(de)小扇形塊,通過機械結(jié)構設(shè)計,確定了一種無論球(qiú)磨機轉筒是否震動或偏心,定子(zǐ)塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構(gòu)。本產品通(tōng)過機械結構設計保證定子(zǐ)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(qì)隙可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量,降低生產成本,節約(yuē)稀土資源,節能用電量。當模塊(kuài)發生故障時,直接拆卸故(gù)障(zhàng)電機,更換新(xīn)的模塊電機(jī)即(jí)可正常(cháng)運行。使用本(běn)產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直驅電機概述
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。滾輪貼(tiē)合滾筒(tǒng)旋轉相當於汽(qì)車在公路行駛,公路的起伏不影響車輪與(yǔ)地麵貼合(hé),即滾筒偏心浮動不影(yǐng)響滾輪貼合滾筒,保證定子、轉子間隙恒定,在(zài)球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機(jī)偏心、氣隙不均勻時,仍能正常運轉,保證磨機始終運行在性能狀態,不必(bì)停機檢修。同時電機定子與轉子間的間(jiān)隙也可以做的更小,減少永磁體用量,並且因為隨(suí)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(dú)立的扇形定子塊結(jié)構,其隨動(dòng)原理是在定子(zǐ)塊(kuài)的軸(zhóu)向兩側安裝滾輪且(qiě)滾輪貼合滾筒來(lái)確(què)定定(dìng)子與轉子間的間隙,定子(zǐ)塊徑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偏心時處於半壓縮狀(zhuàng)態,如果球磨(mó)機滾筒向上波動(dòng),轉筒會(huì)向上頂定子塊(kuài)上安裝的滾(gǔn)輪,進而(ér)帶動(dòng)定子塊向上移動,上(shàng)方彈性機構繼續壓縮(suō);下方定子塊在受到永磁體(tǐ)對其向上的(de)吸引力的同時,定子塊上的彈性機構將其向上頂,保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵,使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動(dòng),從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續(xù)向(xiàng)下波動,則上方(fāng)定子塊在受到永(yǒng)磁體(tǐ)對(duì)其向下的(de)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壓。
本產品彈性裝置的(de)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(de)壓力過大造成滾輪或轉筒磨損(sǔn)較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製(zhì),根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機,一台整圓電機由多台模塊電機構(gòu)成,多台模塊電機共用同一個轉子,模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上(shàng)的擋板來對定子塊進行圓周方向的限(xiàn)位。球(qiú)磨機(jī)滾筒的法蘭處銜接T型支撐(chēng)板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及(jí)磁鋼。
本產品的(de)隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷,隻(zhī)需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外(wài)殼、彈性機構、彈性(xìng)機構與定子塊之間的連(lián)接杆、彈性機構支撐架,即可將定子塊沿徑向拉出(chū),進行檢修(xiū)或更換新的定子(zǐ)塊(kuài)。
3、采用本產品(pǐn)代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現(xiàn)階段大多數的球磨(mó)機仍采用三相(xiàng)感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒(chǐ)輪結構進行驅動。永磁同步電機與感(gǎn)應電機相比優勢是它有較高的效率(lǜ)和功率因數,損耗大大降低,節約了能源(yuán)。永磁電機通過變頻器進行調速,電機運行平(píng)穩(wěn),係統響應速度快,感應電機則起動相對困難。這些也(yě)是近年來永(yǒng)磁電機應(yīng)用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅,取消了中間的減速機、聯軸器、及(jí)齒(chǐ)輪的(de)傳動環節,縮短係統的傳(chuán)動鏈(liàn),直驅係統的傳動(dòng)效(xiào)率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升,而(ér)且直驅係統的故障(zhàng)率低,維護檢修方便,還避(bì)免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模(mó)塊化設計,不僅降低了加工,製(zhì)造,運輸等難度,還相當於把一個大功率電機做成了多(duō)個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實(shí)現降低大功率電機的輸入電壓,但是不(bú)增加電機的輸入電流,電機不(bú)必采用高等級(jí)絕緣,模塊化電機采用多台小功(gōng)率變頻器聯合(hé)供電。這樣設計降低了電機的供電電壓(yā)和使用的變頻器(qì)容量,從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可(kě)以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故(gù)障時,會導致電機合成磁動勢發生畸變,諧波含量增加(jiā),平均轉(zhuǎn)矩下降(jiàng),轉矩波動顯(xiǎn)著增加,無法繼續正常運行。而本產品進行(háng)了(le)模塊(kuài)化設計(jì),每個模塊電機都具有一套獨立的(de)控製(zhì)係統,大大(dà)提升了電機控(kòng)製的自由度,可以利(lì)用其(qí)多電機結構和控製靈活(huó)的優勢,在發生故(gù)障時。可(kě)以直接拆卸故障電機更換新的(de)模塊電(diàn)機即可(kě)正常運行。模塊化電機具有冗餘(yú)的模(mó)塊數,也可(kě)切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額(é)運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加(jiā)工誤差(chà)、軸承磨損、滾筒(tǒng)形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象,偏心嚴重時還會(huì)造成電機掃膛損壞電機,實際生產中常常(cháng)通過增加氣隙大小來(lái)預(yù)防掃膛(táng),而氣隙增大會導致永磁體(tǐ)用量增加,提高電機(jī)製造成本。隨動式定子結構的模塊電機,能(néng)在轉筒偏心時保證(zhèng)定子與轉子之間的間隙恒定(dìng),可(kě)將氣隙做(zuò)的更小,減少永磁體用量,電機不會發(fā)生(shēng)掃膛現象,同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作,檢修次數更少,工作時間更長,大體積球磨機檢修複雜(zá),降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨(suí)動式球磨(mó)機裝配示意圖
二、永磁直驅立(lì)磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1)變頻調速控製,實現負載工況多樣性
傳統立磨速度(dù)單一(yī),工況適應能力差。遇到突發事件,調(diào)整磨鞮高(gāo)度來(lái)改變(biàn)係統工作環境,係統反應速度慢。永磁同(tóng)步電機采用變頻調速,適應工況能力強。遇到突發事件,除調整磨輾高度(dù)外,還(hái)增加了速度調節以快速適應(yīng)係統工作環境,係統反應(yīng)速度更快。
(2)係統簡單,可靠性高
傳統係(xì)統因(yīn)三相感應電機無法在低速實現(xiàn)大轉矩輸出,需要額外的盤車係統滿足立(lì)磨的低速起動。為(wéi)保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊,需增加軟起動裝(zhuāng)置。三相感應電機起動後,通過減速器滿足(zú)係(xì)統轉矩需要,整個係(xì)統構成複雜(zá),係統運行的(de)輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動(dòng),轉矩特性滿足需要,無需盤車係統和減速器,輔助係統少,結構(gòu)簡單。
(3)變頻器軟(ruǎn)起動,起動過程隨意設定
傳統係統先由低(dī)速盤車係統起動(dòng),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,係統運行。係(xì)統控(kòng)製複雜,低速(sù)無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統,將(jiāng)轉速提高到三相感應電機起動條(tiáo)件。直驅係統直接(jiē)變頻低速(sù)起動,係統直接運行,係統控製(zhì)簡單。變頻(pín)控製起動過程可根據實際工(gōng)況進行調整,以滿足各種工況的需求(qiú)。低速(sù)可過(guò)載輸出(chū),滿足起動需要,取代盤車係統。
(4)無減速器,維(wéi)護成本更低,維護次數少(shǎo)
係(xì)統各構成單元均需(xū)要時常檢查和定期維(wéi)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(wéi)護成本(běn)費用高。同時係統無(wú)法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單,變(biàn)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(tǒng)維護(hù)成本低。同時,係(xì)統可實現在電機低(dī)速運行情況下進行係統(tǒng)維護。
(5)傳(chuán)動(dòng)效率高(gāo),節能效果明顯
綜上采(cǎi)用直驅永磁電機取代(dài)傳(chuán)統驅動係(xì)統年節電(diàn)量達181萬元。(按(àn)照5000h,0.6元/kWh)立式(shì)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
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高(gāo)了立磨效率。在(zài)立磨扶正軸承與壓力(lì)軸承上進行突破,通過(guò)設計一種雙向載荷扇形模塊(kuài)機構替代大直徑軸承,方(fāng)便加工、生產、運輸、裝配(pèi)、維修,並降低成本,在工(gōng)程(chéng)實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨,分別(bié)設計(jì)了三種立磨專用(yòng)永磁電機,代替傳統的減速機與三相異步電動(dòng)機,永(yǒng)磁直驅電機具有雙向載荷機構(gòu)與不同的(de)放置位置,均能達到扶正與承壓的作用,並(bìng)且方便製造、裝配維護,節省成本。均已申請專 利。
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