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　　一、背景

　　首鋼礦業(yè)公司燒結(jié)廠一燒車間共有6臺99m2燒結(jié)機(jī)，均采用機(jī)上冷卻工藝，設(shè)計燒結(jié)面積為99 m2，冷卻面積為99 m2，冷燒比為1:1。在每臺燒結(jié)機(jī)的機(jī)頭配有一臺熱風(fēng)抽風(fēng)機(jī)，機(jī)尾配有一臺冷風(fēng)抽風(fēng)機(jī)，通過在風(fēng)箱中增加擋板隔離熱風(fēng)和冷風(fēng)。初步設(shè)計時為了滿足高產(chǎn)出生產(chǎn)目的，將冷、熱風(fēng)機(jī)設(shè)計為高負(fù)壓、大風(fēng)量模式，冷、熱風(fēng)機(jī)均工作在全速運(yùn)行狀態(tài)。然而隨著燒結(jié)新工藝的改進(jìn)，燒結(jié)礦的原料透氣性不斷得到提高，采用不同機(jī)速和料厚時，所需風(fēng)量也不同，為滿足不同生產(chǎn)狀況的需求，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門開度調(diào)節(jié)流量。由于經(jīng)常調(diào)節(jié)風(fēng)門，3#冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)軸承損壞及閥門故障，主要原因是運(yùn)行時振動過大。

　　目前，燒結(jié)機(jī)風(fēng)機(jī)電耗占燒結(jié)廠總電耗70%左右，風(fēng)機(jī)電量高消耗直接影響到燒結(jié)機(jī)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，因此尋找風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的有效方法對生產(chǎn)具有重要意義。

      交流同步電機(jī)的調(diào)速控制發(fā)展趨勢

     交流同步電機(jī)的調(diào)速是電氣驅(qū)動領(lǐng)域的一大難題，我國從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行交流同步電機(jī)調(diào)速技術(shù)的研究，80年代初已研制成功交—交變頻同步電機(jī)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，但大功率交流變頻調(diào)速裝置直到90年代后期才得到發(fā)展。

    目前國產(chǎn)大功率變頻裝置成功應(yīng)用于同步電機(jī)的實(shí)例很少，都是國外品牌一統(tǒng)天下。目前我國大型同步電機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速仍然才剛剛起步，而通過調(diào)速型液力耦合來實(shí)現(xiàn)同步機(jī)調(diào)速，由于液力耦合器的傳動效率低和油品等方面的問題，在大功率同步電機(jī)上的應(yīng)用案例也不多，而且液力耦合的調(diào)速范圍也不能夠做的太寬，效率控制很難實(shí)現(xiàn)。因此我國高壓同步電機(jī)調(diào)速功能市場前景巨大。

1、同步電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的難點(diǎn)

同步電機(jī)與普通異步電機(jī)運(yùn)行上主要的區(qū)別是同步電機(jī)在運(yùn)行時，電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi)，否則將導(dǎo)致系統(tǒng)失步。因此同步電機(jī)變頻調(diào)速時必須時刻控制這一夾角在允許的范圍內(nèi)變動，這一點(diǎn)就是同步電機(jī)變頻和異步電機(jī)變頻的主要區(qū)別，這是局限了同步電機(jī)使用變頻調(diào)速的范圍的關(guān)鍵因素之一，同步電機(jī)特別是高壓大功率的同步電機(jī)目前使用電力變頻調(diào)速的調(diào)節(jié)范圍基本上只有10～20%，下面簡單說明一下同步電機(jī)的運(yùn)行和使用特性。

2、    同步電機(jī)的啟動投勵過程

同步電機(jī)啟動有兩種方式：一種先投勵，同步啟動；一種異步啟動，后順極性投勵。對于同步電機(jī)變頻啟動均采用先投勵，同步啟動，但常會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置判斷不正確導(dǎo)致電機(jī)啟動失敗。針對同步電機(jī)變頻調(diào)速改造，很容易采用異步啟動，順極性投勵方式，所以很多高壓變頻裝置對同步電機(jī)進(jìn)行異步軟啟動，實(shí)現(xiàn)額定啟動力矩后，將同步電機(jī)啟動到8hz左右進(jìn)行順極性投勵，具體所投勵磁大小及投勵時頻率可以根據(jù)不同應(yīng)用場合調(diào)試確定。至此，電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場間夾角經(jīng)過小量有阻尼震蕩后，電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極被定子磁極可靠吸引，同步電機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)。

所以同步電機(jī)的變頻器是按照預(yù)先設(shè)定的加速度，逐漸加速到給定頻率。此時，同步電機(jī)電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角逐漸拉大到某一常值，電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極在定子磁場的吸引下逐漸加速至期望轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)起動過程完成。針對要求重載啟動的工況，為了啟動力矩更大，可以適當(dāng)提高變頻裝置輸出電壓和同步電機(jī)的勵磁電流。

3、同步電機(jī)調(diào)速時阻尼繞組

由于在同步電機(jī)的升、降速過程中，瞬間會出現(xiàn)電源同步轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速不一致的情況，這樣就會在同步電機(jī)的阻尼繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，形成電流，所以，交流同步電機(jī)在進(jìn)行變頻安裝布置前，必須要檢查同步電機(jī)的阻尼繞組內(nèi)結(jié)構(gòu)件是否牢固并加固好，盡可能減少繞組內(nèi)阻，防止在進(jìn)行調(diào)速過程中出現(xiàn)較大感應(yīng)電流而產(chǎn)生大發(fā)熱量，以致?lián)p壞電機(jī)阻尼繞組，造成同步機(jī)損壞，這是很關(guān)鍵和相對復(fù)雜的一個環(huán)節(jié)。

   麥格鈉永磁渦流柔性傳動節(jié)能技術(shù)功能及特點(diǎn)

永磁動力傳動技術(shù)是21世紀(jì)初誕生與發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、艦船、石油化工、市政等行業(yè)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中。該技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約能源、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，尤其是在高轉(zhuǎn)速、大容量、高功率密度等特點(diǎn)更具有重大的軍、民兩用的實(shí)用推廣價值。

麥格鈉的永磁渦流柔性動力傳動軸系是一種新型的非接觸式動力傳動系統(tǒng)，具有其它軸系動力傳動方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。它結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、無污染，工程環(huán)境適應(yīng)性好，能有效抑制轉(zhuǎn)子振動導(dǎo)致的機(jī)械故障，并且動力節(jié)能效果顯著，因此有著廣闊的發(fā)展前途。特別是隨著稀土強(qiáng)磁材料的發(fā)展,已經(jīng)使磁力傳動在旋轉(zhuǎn)機(jī)械動力傳動中普遍應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。

永磁渦流柔性傳動調(diào)速裝置是通過導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間的氣隙建立磁聯(lián)接實(shí)現(xiàn)由源動機(jī)到負(fù)載的轉(zhuǎn)矩傳輸。該技術(shù)在源動機(jī)和負(fù)載之間沒有任何機(jī)械鏈接。其工作原理是：源動機(jī)側(cè)的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在負(fù)載側(cè)永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場中旋轉(zhuǎn)，切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)磁場，與永磁轉(zhuǎn)子的磁場相互作用產(chǎn)生扭力，推動負(fù)載的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了源動機(jī)到負(fù)載之間轉(zhuǎn)矩的無接觸傳遞。永磁調(diào)速驅(qū)動裝置顛覆了傳統(tǒng)的扭矩傳遞方式。

    麥格鈉的永磁渦流柔性傳動調(diào)速是一種全新的調(diào)速方式。與機(jī)械調(diào)速裝置相比具有體積小、無磨損等優(yōu)勢；與變頻調(diào)速方式相比，永磁裝置本身不消耗電能,不對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波和電磁干擾。同時在對環(huán)境能力的適應(yīng)性、電力品質(zhì)、電機(jī)絕緣等方面具有絕對的優(yōu)勢。在滿足現(xiàn)場工藝要求的前提下，永磁調(diào)速裝置還具有不需要對現(xiàn)有電動機(jī)和供電電源進(jìn)行任何改動，較少的安裝投入等優(yōu)點(diǎn)。

其改變了傳統(tǒng)的調(diào)速理念，以氣隙傳遞能量，完成能量的空中傳遞，實(shí)現(xiàn)電機(jī)與負(fù)載之間無機(jī)械連接傳動，使傳動更安全可靠、更簡單方便、更高效節(jié)能。通過調(diào)整氣隙大小，實(shí)現(xiàn)流量或壓力的連續(xù)控制和調(diào)節(jié)，在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)或水泵的轉(zhuǎn)速的高低實(shí)現(xiàn)工藝條件的滿足同時達(dá)到節(jié)能目的。被譽(yù)為工業(yè)傳動史上的一次革命。

　　二、項(xiàng)目選擇及實(shí)施過程

　　2014年燒結(jié)廠派遣設(shè)備部長及技術(shù)骨干，到我公司就永磁調(diào)速裝置的安全穩(wěn)定傳動技術(shù)進(jìn)行深入地調(diào)研，最終達(dá)成一致,在3#冷風(fēng)機(jī)安裝永磁渦流柔性調(diào)速裝置進(jìn)行試驗(yàn)。

　　查燒結(jié)廠電量平衡系統(tǒng)，2014年1-6月3#冷風(fēng)機(jī)耗電量及作業(yè)率統(tǒng)計如下：

　　針對3#冷風(fēng)機(jī)麥格鈉公司選擇WH4000型永磁渦流柔性調(diào)速裝置于2014年12月8日安裝調(diào)試，10日進(jìn)行聯(lián)動試車，風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行穩(wěn)定，并達(dá)到燒結(jié)爐生產(chǎn)工藝要求。

　　三、3#燒結(jié)冷風(fēng)同步機(jī)節(jié)能效果及運(yùn)行情況

　　同步電機(jī)原轉(zhuǎn)速為1000rpm，單位電機(jī)能耗為約1900KWh左右。永磁調(diào)速設(shè)備投入后，根據(jù)工藝控制要求，最低轉(zhuǎn)速降至670轉(zhuǎn)、對應(yīng)時點(diǎn)電機(jī)能耗功率為1100KWh，10、11日平均運(yùn)行單位能耗為1250KW左右，日平均節(jié)能率達(dá)到34%左右。

　　上圖左側(cè)3#同步機(jī)為永磁調(diào)速，2#、1#為風(fēng)門控制，對比三相電流、電機(jī)功率和功率因素。

　　1#和3#風(fēng)機(jī)對比連續(xù)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)匯總：

　　單機(jī)功率、三相電流、有功功率、無功功率、功率因素。

　　1#和3#風(fēng)機(jī)運(yùn)行的設(shè)備參數(shù)對比

　　電機(jī)、風(fēng)機(jī)前后各軸承溫度、各振動指標(biāo)均較同類型數(shù)據(jù)偏低。

　　麥格鈉永磁渦流柔性調(diào)速裝置(WH4000)本次應(yīng)用于首鋼集團(tuán)礦業(yè)公司燒結(jié)廠3號爐主抽冷風(fēng)同步機(jī)組工藝流程同步調(diào)速控制上，實(shí)屬全國范圍內(nèi)的第一次投入實(shí)地運(yùn)行，這在燒結(jié)主抽工藝上是一次創(chuàng)造性的使用。