稀土永磁同步电动机在水泥磨收尘风机的应用

马劲松，刘新宇，王晨光，刘素芝

（唐山冀东水泥股份有限公司，河北唐山 064000）

0 引言

水泥工厂是能耗大户，其中中小型电机每年消耗的电能占整个水泥厂电能消耗的一半以上。随着工厂向高效清洁低碳方向发展以及水泥单位产品能源消耗限额逐渐严格，中小型电机的节能是水泥行业所面临的一大课题。

根据《中小型三相异步电动机那些限定值及能效等级》（GB 18613—2012）要求2016 年9 月1 日期电动机效率应不低于2级能效。

稀土永磁同步电动机（以下简称永磁电机）和普通异步电动机定子相同，最大不同是转子通过永磁体替代励磁绕组和磁极，彻底消除励磁电流，以及转子铁损耗和涡流损耗。高功率因数使定子电流减少，定子绕组电阻损耗减小，从而达到提高效率，节能降耗的目的。永磁电机效率保证值已经达到1 级标准（见图1、表1）。

1 背景及现状

唐山分公司二厂水泥磨磨尾收尘风机，在早期建设时配套用的电动机都是Y2 系列普通异步电动机，属于强制淘汰设备。且风机在启动过程中启动电流大（1200A），对变压器电网供电及电机的使用寿命影响极大。另风机通过电动执行器调节挡板进而调节所需风量，正常运行时挡板开度仅仅60%，风量约占额度风量80%，经计算理论节电15%（节流损失）。电机负荷利率72%。

图1 永磁同步电动机与鼠笼式异步电动机

2 改造方案

针对现状，将水泥磨收尘风机Y 系列电动机更换为同功率的永磁同步电动机，加装200KW 变频器一台，通过变频起动代替原来软起动器起动，并将风门控制风量改为变频调速。改造以后风门可以拆除，或者常开状态。为了和YE3 高效异步电动机比较效率，同时借用一台YE3-185KW 电机一起运行比较（见表2）。

3 投 资（见表3）

YE3-315L-4 185kW3.8 万元。变频器价格相同。

4 改造过程

2019 年10 月29 日水泥磨台时稳定200t/h，在原Y 系列电机带软启动器情况下调整挡板运行，用电能表在MCC 出线柜计量运行14h。

表1 永磁同步电动机与异步电机参数对比

表2 改造后电机参数

表3 投资明细

表4 三种电机运行数据对比

在水泥磨相同台产量情况下，更换YE3 高效电机增加ABB变频器，风门全开，满足生产要求调节电机频率，运行14h。更换永磁电机增加ABB 变频器，风门全开，调节变频器频率满足市朝阳区，运行14h。

安装时注意永磁电机应避免剧烈磕碰震动，产生不可逆失磁。

5 效益分析

2019 年12 月，水泥系统主收尘风机采用永磁电动机投入运行，与原Y 系列电机、YE3 高效电机运行数据对比如下（见表4）：

（1）原电机为软启动器启动方式，靠挡板调节风量，磨出口风压 3300～4000Pa，单小时电耗约 141kW·h。

更换为YE3 高效电机+变频调速后，挡板开度100%，磨出口风压3300～4000Pa，频率40Hz 可满足生产需要，电耗约101kW·h。

更换为永磁电机+变频调速后，挡板开度100%，磨出口风压力3300～4000Pa，频率37Hz 可满足生产需要，电耗约93.2kW·h。

（2）永磁电机系统改造综合节电率：

（140-93）÷140≈33%

（3）永磁电机和YE3 高效电机节电率比较：

（101-93）÷101≈8%

按照现场运行数据，生产运行中，主收尘风机原Y2 系异步电机有功功率约140.53kW，更换永磁同步电动机系统后，综合节电率大于等于30%。

按节能比例30%，每年运转率50%，4380h 计算，节能效益分析如下：140kW（有功功率）×30%（节能比例）×4380h（每年）×0.5（平均电费单价）≈9.2 万元/年。

本项目投资约16 万元，1.7 年收回投资。

6 注意事项

（1）由于受温度及振动的影响永磁体有退磁现象，选型时技术条款要求耐温等级150℃的钕铁硼磁钢SH 系列。

（2）注意运行时密切监视其电流和温升、环境温度是否过高、散热风扇是否异常。严禁频繁过载电流过大导致温升超过磁钢极限温度，一般永磁电机绕组温度应运行在120℃以下，并且温度保护装置有效。

7 结束语

永磁电机由于是一级能效，比高效Y 系列异步电机节电8%，年节约1.8 万元，多投资4.5 万元，多投资部分2.5 年收回。

回收期受电机负荷率大小影响，电机负荷率较低时永磁同步电动机效率仍能保持高效。负荷率在50%以下时，永磁同步电机能保持93%～94%效率而异步电机则在90%以下。

在国家节能减排的大形式下，对长期运行的风机采用永磁电机驱动，经济效益比较可观，应用前景好，必将得到广泛的应用。