永磁直驱电机在球磨机上的应用随着粉磨技术的不断进步，近几年新上项目的水泥磨基本都是立磨系统，现有水泥球磨机都 是10年以前的产品水泥磨实际转速都是根据经验公式计算得出水泥磨理论适宜转速，再 根据磨机规格、研磨体种类、衬板形式、填充率等确定的，当初充分考虑了磨机的破碎功能 和研磨功能，磨机转速生产出来就不再变动但现实情况是，随着近几年在预粉磨方面的改 进，人们基本上都在研究怎样降低入磨粒度，随着入磨物料粒度大幅降低，对很多磨机来说 已经不再需要破碎功能，磨机的有效功耗只有6%左右，其余能量全部以热能形式浪费很少 有人去研究球磨转速对磨机功耗的影响，永磁直驱电机可以随时改变磨机运行速度，便于研 究磨机转速对功耗的影响我公司二线水泥磨（电机功率2500KW，减速机型号JS1300，磨机规格44.2x10m，额定转速 15.75rpm）在2017年2月份改造为永磁直驱电机，本文就永磁直驱电机方案、安装调试、 能耗对比和优缺点情况进行总结分享一、 改造技术方案1.1方案水泥磨直驱系统改造是原驱动系统中减速机及其润滑油站、异步电动机及其水电组柜、润滑 油站、冷却风机全部取消，原设备安装基础按照永磁电动机安装基础进行处理，永磁直驱电 动机使用原膜片联轴器与水泥磨相连接，直接驱动水泥磨。
图1直驱系统与传统驱动系统的结构对比1.2原理及构成永磁直驱电机系统包括永磁电机和变频器永磁电机为低速低频电机，额定转速15.75rpm， 额定频率15.75Hz，可以在额定转速的±10%长期运行启动方式为变频启动；电机定子为贴 壁结构，整体浸漆；电机转子为永磁结构，电机结构简单，性能更可靠；电机采用机壳强制 水冷，可保证电机内部清洁，提高电机寿命水冷管路规格DN100，循环水流量控制在 50t/h变频器采用高高结构，为永磁电动机的低频电源，并使直驱系统具有软启动和调速功能变 频器考虑裕量选用输出功率为2800kW、单元规格为350A的规格，并具备1.3倍过载能力 变频器本身有现场、中控两种控制方式在现场有启动按钮现场检修启动时，变频器以最 慢转速运行，电气增加了硬联锁功能，确保变频器高压柜不能启动变频器使用空水冷却器 并配置一台10P工业空调二、 改造的背景及原因1、我公司原有的水泥磨减速机损坏，如果进行维修预计维修费为170万元，购买新的减速 机预计费用为240万元，费用较高且目前这种大型减速机折合每年的维护费用约20万元 而新的永磁直驱电机可以20年免维护2、 我公司水泥磨为单仓磨使用的是马克托的波纹衬板，主要是利用水泥磨的研磨功能，进 过衬板厂家的测算，适当降低水泥转速，补加10吨直径20-25的球，理论计算磨机粉磨效率 没有降低。
3、 直驱电机在集团内部开始使用，使用效果良好，并且节电率可观，预计我公司改造后节 电率至少5%以上基于以上3点原因和新型永磁电机在球磨机上实验应用的原因，我公司采用永磁直驱系统替 代原来的电机和减速机系统系统调试使用过程球磨永磁直驱系统调试主要分为两个部分，第一部分为常规调试，包括：空载调试、带载调 试和满载试运行；第二部分为直驱系统运行效果测试，包括：改造前后效果对比，调速提产2.1、 空载调试系统安装完成后，在球磨机不加球、不投料的情况下进行运转实验主要测试变频器控制永 磁电动机在不同速度点运转，检查永磁电动机安装质量，变频器与永磁电动机的参数匹配情 况，连锁控制/保护测试由于磨机筒体内没有研磨体，球磨机负载较小，电机启动正常平稳， 0.1-17 rpm各级转速都可随意调整额定转速下电流值10-20A左右，运行1小时相关参数 符合设计文件和运行要求2.2、 50%负荷调试磨机能够正常启动，当频率加载到11 rpm以上时，电机发生剧烈的振动经过调整励磁电 流，消除了振动，电机达到额定转速15.75 rpm，运行电流为135A，输出电压为6500V，功 率为1200Kwh左右运行各参数正常符合要求。
2.3、 满载试车磨机满载后，能够正常启动，转速逐步加载到达到15.75 rpm，电机运行平稳，但当启动其 他设备时，供电电压出现压降（低于5900V）时，电机有轻微振动适当降低运行转速，在 15.65 rpm时连续运行，电机运行平稳正常运行电流为235A，输出电压为6500V，功率为 2300Kwh 左右针对在额定转速时，瞬间电压低造成的电机振动，经厂家会诊可能为变频供电谐波造成，准 备更换开关板继续实验正常2.4、 故障停机带料启动将磨机在正常生产工况下突然停机，进行启动，没有成功经分析主要因，磨机在正常生产 过程中，突然停机内部存在一定物料，造成了启动转矩变大，电压低，电流高，造成启动报 输出过流速断决定球磨机的启动过程所需要的力矩主要有两方面的因素，一是磨机系统的摩擦力矩（机械 损耗）；二是研磨体和物料总中心便宜对轴所产生的有效力矩其力矩基本方程式为：M电机=M摩擦+M重力+J dW/dtM电机表示电机的输出力矩；M摩擦表示传动系统的摩擦力矩；M重力表示筒内负载重力 产生的力矩；J表示惯性力矩；w表示角速度根据他人实验数据得出的球磨机启动过程中转矩和转速的特性曲线，如图所示：图4球磨机转速与转矩的特征曲线磨机加速到25%额定转速之下时，要经历一个最小扭矩，据此选取4rpm为磨机慢转运行频 率。
最大转矩产生大约37%额定转速时解决方法：改变启动控制程序，使变频器不仅是简单的矢量控制，在保证磁通不过饱和前提 下，提高低频率时的输出电压，使频率在9HZ时，输出电压达到4600V，电机正常启动2.5、慢转调试在满载情况下，通过提高低频率时输出电压，使磨机在低频率时转矩升高，目前测试最低能 够在2 rpm下运行，没有减速机使用方便三、永磁直驱电机能耗情况对比经过一年运行，我公司利用直驱电机调速功能，对不同转速下水泥磨台时及能耗数据进行采 集对比如下：在额定频率15.75HZ的运行功率为2145.49KW，较改造前的2260.46节省114.97kw；节电率 为 5.09%在额定频率15.75HZ的运行功率为2145.49KW，较改造前的2260.46节省114.97kw；节电率为5.09%目前我公司的水泥磨允许在单耗最低的15.25rpm四、永磁直驱电机系统优缺点：4.1优点（1） 结构简单，去掉了减速机、辅助油站，慢转辅传装置、异步电动机润滑油站、水电阻 柜和冷却风机，减少设备故障点，减少了润换油使用量，提高磨机运行可靠性2） 可频繁开机，解决了频繁开停磨机对减速机的损伤，便于生产躲峰就谷运行。
3） 运行平稳，噪声小，有利于工人职业健康4） 永磁电动机功率因数高（接近1）具有了高效节能的优势5） 速度可调，方便磨机在不同研磨体和不同物料状态下调速，可找到磨机运行的最佳转 速，提高产量降低电耗，提高生产率，为新型研磨体实验提供条件4.2缺点1、 投资较高2、 受变频器及电子元件的使用寿命影响，使用一段时间后变频器元器件老化，后期会增加 维护量结束语：永磁直驱电机在汽车、电动车领域运用较为成熟，我集团在立磨和煤磨上也都成功应用在 水泥球磨机使用永磁直驱电机尚属首次，运行较为成功，经与研磨专家探讨，通过调整磨机 转速与研磨体装载量，能耗还有降低空间，我公司将继续在此方面试验直驱电机能耗低、 噪音小，维护少优点将使其在更多领域广泛运用。