永磁盤式電機在冶金行業的應用范文

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摘要：

通過對永磁盤式電機在首鋼的應用實例分析表明，只要永磁盤式電機壽命超過1年，用戶1年節電的費用就可將全部輥道電機更換為永磁盤式電機，同時還可創造將近399萬元的經濟效益。由此推論，如果全國冶金行業應用永磁盤式電機，再考慮除輥道電機以外的其他電機的應用，永磁盤式電機將會帶來巨大的社會效益。

關鍵詞：

永磁盤式電機；冶金；應用

1)現在的能源結構◎能源消費以煤為主，環境問題日益突出◎優質能源比重上升，石油安全不容忽視◎工業用能居高不下，結構調整任重道遠◎生活用能有所改善，用能水平仍然很低2)目前能耗水平2000年以來中國單位產值能耗比世界平均水平高2.4倍，比美國高2.5倍，比歐盟高4.9倍，比日本高8.7倍，比印度高0.43倍。在電力、鋼鐵、有色、石化、建材、化工、輕工、紡織8個行業主要產品單位能耗平均比國際先進水平高40%。3)“十一五”規劃目標2010年新增主要耗能設備能源效率達到或接近世界先進水平，部分汽車、電動機、家用電器達到國際領先水平。中小電機平均設計效率達到90~92%。4)能源利用效率與國外差距燃煤工業鍋爐平均運行效率65%，比國際先進水平低15~20%。中小電機平均設計效率87%，比國際先進水平低5%，系統運行效率低20%；機動車燃油經濟性水平比歐洲低25%，比日本低20%，比美國低10%；載貨汽車百噸公里油耗7.6升，比國際先進水平高1倍以上；內河運輸船舶油耗比國外先進水平高10~20%。5)電機節能目標永磁盤式電機平均比同功率同轉速的傳統電機效率高5~10%，最高可達98~99%,見表1。

1永磁盤式電機技術介紹

1.1永磁盤式電機原理該電機的工作原理近似于直流電機的原理，只不過用電子換向裝置取代了機械換向器。線圈沿半徑方向放置在由永久磁鋼構成的磁場中，當線圈通電后，載流導體在磁場中受到電磁力（洛倫磁力）的作用，轉子就可以旋轉，旋轉方向為左手定則的反方向。轉子要想連續運轉，只要保證處于N極下的線圈在處于S極下時電流方向要換向。同時，旋轉的轉子磁場切割定子線圈，在線圈中產生反電勢與外電源平衡，這樣就實現了電能到機械能的轉化，見圖1。

1.2結構特點及效果（見表2）

1.3技術特點與優勢

1.4結構與性能對比（見圖2）

2永磁盤式電機應用實例（見圖3）

行業應用前景-節能效果應用永磁盤式電機取代傳統的低效率電機，平均按照10%節電估計，對于連續運行的系統來說效益是非常顯著的。一般而言，1KW電機，運行1年的節電效果為:1kW×24h/d×365d×10%×0.8元/kWh=700元永磁盤式電機與同類電機價格相當，按照中小電機350元/KW的價格估計，更換永磁盤式電機0.5年即可靠節電收回投資；對于運行時間為12h/天的電機，當年可收回投資。為了進一步驗證這種想法，同時也有一個對比性的量化的概念，我們針對首鋼應用輥道、天車兩大類電機的使用狀況做了調研，并在此基礎上探求在整個冶金行業的應用前景。

3國內市場分析

目前國內最大的幾家千萬噸鋼廠主要是寶鋼、包鋼、鞍鋼、武鋼、首鋼等，其中前5位都超過首鋼，還有規模稍小的像樊鋼、太鋼等十幾家，再加上新興的百萬噸級規模的中小鋼廠幾十家，所以鋼鐵行業是一個龐大的市場。

3.1首鋼的情況對首鋼遷鋼、首鋼京唐等4個主要鋼鐵基地廠礦天車和輥道電機進行了粗略調查，情況如下：遷鋼、京唐：輥道電機的年修理量大約在67×12=804萬元/年左右，由此推算平均使用壽命大約為3~6個月左右，天車電機的年修理量大約在400萬元/年左右。年備件費用約1.5～2.0億元，若電機備件占10%，則為1500～2000萬元。

3.2冶金行業整體情況預測1)首鋼以外的各大鋼廠規模上都大于首鋼，備品備件消耗量也大于首鋼，就按與首鋼相當估計，則電機備件費將達到5×（1500～2000）=7500～10000萬元。2)再考慮中小鋼廠30%的比例，則整個鋼鐵行業的備件將達到1.3×（7500～10000）=9750萬元～1.3億元。3)還應考慮非鋼產業的應用，則市場潛力將更大。

4目前主要存在的問題

目前應用的傳統電機主要存在以下問題：1)壽命短這兩類電機都是用在高溫、高粉塵、潮濕環境，再加上管理上的問題，使得電機的使用壽命短，導致了加大備件儲備，備件頻繁更換浪費人力，修理費用上升。2)效率低輥道電機設計效率也就是90%左右，加上頻繁修理造成電氣、機械等損耗加大，實際的使用效率可能更低。在現在電力緊張，能源緊缺的時代，造成能源浪費顯得很不合適宜。3)種類多，管理復雜電機根據容量不同有不同的型號，因而需要分別管理，造成管理成本也很高，庫房大，管理人員多。4)應用數量少的高效電機成本高，應用數量少，替換成本略高。效率高，有極大的前景。

5永磁盤式電機的技術優勢

永磁盤式電機是美國專有技術，美國已經在電鋸、鋤草機、攪樹機、電動汽車、機器人等方面作了試驗性研究，證實其先進性與可靠性，它主要優點就是：1)高轉矩倍數，非常適合于沖擊性負載場合。2)高效率，正是節能的首選產品。3)高防護能力，可以適用于各種惡劣的環境。4)體積小，使安裝更容易。

6用永磁盤式電機替代傳統電機的可行性

用永磁盤式電機代替傳統電機的可行性主要考慮以下兩個方面：

6.1永磁盤式電機的特性能適合輥道電機輥道電機一般速度較低，要求較高的啟動轉矩，環境溫度較高，要求能在180℃下運行。由于速度低，體積大、而安裝空間又小，所以往往是矛盾的，而這些正是永磁盤式電機的優勢，永磁盤式電機的抗沖擊能力，遠遠高于普通輥道電機，只要永磁盤式電機的外形不超過普通電機在控制上又能兼容，用永磁盤式電機替代是完全可行的。用一臺永磁盤式電機代替輥道電機由于其效率達98%以上，相當于將普通電機容量增加10%，另外永磁盤式電機精確控制特性將使該電機在工作時能緊密跟蹤負載變化，使其不論高速低速都能發揮其高效特性。

6.2永磁盤式電機的價格優勢永磁盤式電機的價格與其同容量、同轉速的傳統電機價格應該有比較優勢，這主要是基于它極大地縮小了體積，因而也就節約了原材料，特別是節約昂貴的銅線，即使由于永磁材料的應用，其增加的價格應該小于材料節約的價格。表3是一臺永磁盤式電機與一臺傳統的GE電機的對比資料。可見其同容量、同轉速的SEME電機的重量遠遠小于普通電機，一般認為只有普通電機的20%左右。一般估計電機的材料價格占整個價格的60%左右，按照節約材料80%計算，電機價格將下降80%×60%=48%，而永磁盤式電機中只要永磁材料和控制器的價格不超過整個價格的48%，則永磁盤式電機的價格將與普通電機的價格持平。

7效益分析

7.1永磁盤式電機的高效率將帶來明顯的節能效益還以上述輥道電機的統計數據為基礎1)總在裝量2016臺，平均每臺按3KW計算，總容量為2016×3=6046KW2)考慮70%負載率，則年耗電量為6048KW×365×24h×70%=37090000KWh3)工業用電按0.8元/KWh計算，則年電費消耗為37090000×0.8=29670000元4)用永磁盤式電機可以節電10%，每年的電費節約量為29670000×10%=2967000元

7.2用永磁盤式電機綜合效益明顯假定全部電機都更換為永磁盤式電機，而永磁盤式電機價格估計為普通電機的兩倍，則：1)設備投資3508800×2=7017600元2)年節電2967000元設備使用壽命大于1年，則年修理費可節約670000×12=8040000元3)用戶年創效益8040000+2967000-7017600=3989400元

8結論

只要永磁盤式電機壽命超過1年，用戶僅1年節電的費用就可將全部輥道電機更換為永磁盤式電機，同時還可創造將近399萬元的經濟效益，由此推論到全國整個冶金行業的應用，再考慮除輥道電機以外的其他電機的應用，將會帶來巨大的社會效益。

參考文獻：

郭芳,勵鶴鳴,王正茂,等.三相盤式永磁同步電機[J].微特電機,1997(2):2-5.

范瑜,郭慧浩.永磁無刷直流電機定、轉子機械結構的設計[J].電機技術,2005(2):3-5

作者：孫培福 單位：首鋼京唐公司 設備部