永磁盘式电机在冶金行业的应用范文

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摘要：

通过对永磁盘式电机在首钢的应用实例分析表明，只要永磁盘式电机寿命超过1年，用户1年节电的费用就可将全部辊道电机更换为永磁盘式电机，同时还可创造将近399万元的经济效益。由此推论，如果全国冶金行业应用永磁盘式电机，再考虑除辊道电机以外的其他电机的应用，永磁盘式电机将会带来巨大的社会效益。

关键词：

永磁盘式电机；冶金；应用

1)现在的能源结构◎能源消费以煤为主，环境问题日益突出◎优质能源比重上升，石油安全不容忽视◎工业用能居高不下，结构调整任重道远◎生活用能有所改善，用能水平仍然很低2)目前能耗水平2000年以来中国单位产值能耗比世界平均水平高2.4倍，比美国高2.5倍，比欧盟高4.9倍，比日本高8.7倍，比印度高0.43倍。在电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻工、纺织8个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40%。3)“十一五”规划目标2010年新增主要耗能设备能源效率达到或接近世界先进水平，部分汽车、电动机、家用电器达到国际领先水平。中小电机平均设计效率达到90~92%。4)能源利用效率与国外差距燃煤工业锅炉平均运行效率65%，比国际先进水平低15~20%。中小电机平均设计效率87%，比国际先进水平低5%，系统运行效率低20%；机动车燃油经济性水平比欧洲低25%，比日本低20%，比美国低10%；载货汽车百吨公里油耗7.6升，比国际先进水平高1倍以上；内河运输船舶油耗比国外先进水平高10~20%。5)电机节能目标永磁盘式电机平均比同功率同转速的传统电机效率高5~10%，最高可达98~99%,见表1。

1永磁盘式电机技术介绍

1.1永磁盘式电机原理该电机的工作原理近似于直流电机的原理，只不过用电子换向装置取代了机械换向器。线圈沿半径方向放置在由永久磁钢构成的磁场中，当线圈通电后，载流导体在磁场中受到电磁力（洛伦磁力）的作用，转子就可以旋转，旋转方向为左手定则的反方向。转子要想连续运转，只要保证处于N极下的线圈在处于S极下时电流方向要换向。同时，旋转的转子磁场切割定子线圈，在线圈中产生反电势与外电源平衡，这样就实现了电能到机械能的转化，见图1。

1.2结构特点及效果（见表2）

1.3技术特点与优势

1.4结构与性能对比（见图2）

2永磁盘式电机应用实例（见图3）

行业应用前景-节能效果应用永磁盘式电机取代传统的低效率电机，平均按照10%节电估计，对于连续运行的系统来说效益是非常显著的。一般而言，1KW电机，运行1年的节电效果为:1kW×24h/d×365d×10%×0.8元/kWh=700元永磁盘式电机与同类电机价格相当，按照中小电机350元/KW的价格估计，更换永磁盘式电机0.5年即可靠节电收回投资；对于运行时间为12h/天的电机，当年可收回投资。为了进一步验证这种想法，同时也有一个对比性的量化的概念，我们针对首钢应用辊道、天车两大类电机的使用状况做了调研，并在此基础上探求在整个冶金行业的应用前景。

3国内市场分析

目前国内最大的几家千万吨钢厂主要是宝钢、包钢、鞍钢、武钢、首钢等，其中前5位都超过首钢，还有规模稍小的像樊钢、太钢等十几家，再加上新兴的百万吨级规模的中小钢厂几十家，所以钢铁行业是一个庞大的市场。

3.1首钢的情况对首钢迁钢、首钢京唐等4个主要钢铁基地厂矿天车和辊道电机进行了粗略调查，情况如下：迁钢、京唐：辊道电机的年修理量大约在67×12=804万元/年左右，由此推算平均使用寿命大约为3~6个月左右，天车电机的年修理量大约在400万元/年左右。年备件费用约1.5～2.0亿元，若电机备件占10%，则为1500～2000万元。

3.2冶金行业整体情况预测1)首钢以外的各大钢厂规模上都大于首钢，备品备件消耗量也大于首钢，就按与首钢相当估计，则电机备件费将达到5×（1500～2000）=7500～10000万元。2)再考虑中小钢厂30%的比例，则整个钢铁行业的备件将达到1.3×（7500～10000）=9750万元～1.3亿元。3)还应考虑非钢产业的应用，则市场潜力将更大。

4目前主要存在的问题

目前应用的传统电机主要存在以下问题：1)寿命短这两类电机都是用在高温、高粉尘、潮湿环境，再加上管理上的问题，使得电机的使用寿命短，导致了加大备件储备，备件频繁更换浪费人力，修理费用上升。2)效率低辊道电机设计效率也就是90%左右，加上频繁修理造成电气、机械等损耗加大，实际的使用效率可能更低。在现在电力紧张，能源紧缺的时代，造成能源浪费显得很不合适宜。3)种类多，管理复杂电机根据容量不同有不同的型号，因而需要分别管理，造成管理成本也很高，库房大，管理人员多。4)应用数量少的高效电机成本高，应用数量少，替换成本略高。效率高，有极大的前景。

5永磁盘式电机的技术优势

永磁盘式电机是美国专有技术，美国已经在电锯、锄草机、搅树机、电动汽车、机器人等方面作了试验性研究，证实其先进性与可靠性，它主要优点就是：1)高转矩倍数，非常适合于冲击性负载场合。2)高效率，正是节能的首选产品。3)高防护能力，可以适用于各种恶劣的环境。4)体积小，使安装更容易。

6用永磁盘式电机替代传统电机的可行性

用永磁盘式电机代替传统电机的可行性主要考虑以下两个方面：

6.1永磁盘式电机的特性能适合辊道电机辊道电机一般速度较低，要求较高的启动转矩，环境温度较高，要求能在180℃下运行。由于速度低，体积大、而安装空间又小，所以往往是矛盾的，而这些正是永磁盘式电机的优势，永磁盘式电机的抗冲击能力，远远高于普通辊道电机，只要永磁盘式电机的外形不超过普通电机在控制上又能兼容，用永磁盘式电机替代是完全可行的。用一台永磁盘式电机代替辊道电机由于其效率达98%以上，相当于将普通电机容量增加10%，另外永磁盘式电机精确控制特性将使该电机在工作时能紧密跟踪负载变化，使其不论高速低速都能发挥其高效特性。

6.2永磁盘式电机的价格优势永磁盘式电机的价格与其同容量、同转速的传统电机价格应该有比较优势，这主要是基于它极大地缩小了体积，因而也就节约了原材料，特别是节约昂贵的铜线，即使由于永磁材料的应用，其增加的价格应该小于材料节约的价格。表3是一台永磁盘式电机与一台传统的GE电机的对比资料。可见其同容量、同转速的SEME电机的重量远远小于普通电机，一般认为只有普通电机的20%左右。一般估计电机的材料价格占整个价格的60%左右，按照节约材料80%计算，电机价格将下降80%×60%=48%，而永磁盘式电机中只要永磁材料和控制器的价格不超过整个价格的48%，则永磁盘式电机的价格将与普通电机的价格持平。

7效益分析

7.1永磁盘式电机的高效率将带来明显的节能效益还以上述辊道电机的统计数据为基础1)总在装量2016台，平均每台按3KW计算，总容量为2016×3=6046KW2)考虑70%负载率，则年耗电量为6048KW×365×24h×70%=37090000KWh3)工业用电按0.8元/KWh计算，则年电费消耗为37090000×0.8=29670000元4)用永磁盘式电机可以节电10%，每年的电费节约量为29670000×10%=2967000元

7.2用永磁盘式电机综合效益明显假定全部电机都更换为永磁盘式电机，而永磁盘式电机价格估计为普通电机的两倍，则：1)设备投资3508800×2=7017600元2)年节电2967000元设备使用寿命大于1年，则年修理费可节约670000×12=8040000元3)用户年创效益8040000+2967000-7017600=3989400元

8结论

只要永磁盘式电机寿命超过1年，用户仅1年节电的费用就可将全部辊道电机更换为永磁盘式电机，同时还可创造将近399万元的经济效益，由此推论到全国整个冶金行业的应用，再考虑除辊道电机以外的其他电机的应用，将会带来巨大的社会效益。

参考文献：

郭芳,励鹤鸣,王正茂,等.三相盘式永磁同步电机[J].微特电机,1997(2):2-5.

范瑜,郭慧浩.永磁无刷直流电机定、转子机械结构的设计[J].电机技术,2005(2):3-5

作者：孙培福 单位：首钢京唐公司 设备部