永磁电机在港口散货码头带式输送机系统应用前景分析

罗建平

交通运输部水运科学研究院

1 引言

当前永磁电机在国内外已广泛应用于工农业生产、国防军工、航空、风机水泵、家用电器、医疗器械、石油工业与港机、新能源汽车等领域。永磁电机通过永磁体产生励磁磁场，不需要无功励磁电流。在电动机运转过程中，永磁体既作为磁源又作为磁路。它主要由固定定子和旋转转子组成，绕组与主磁场之间通过相互切割而产生大小和方向成周期性变化的交变电流。

永磁电机作为一种高效节能电机，已成为当前电机行业发展的重点和热点，也是我国大力推广应用的重点，已成功应用于煤矿、电厂等领域的带式输送机系统。我国对永磁电机的研究和应用起步较晚，已成为全球永磁电机的主要生产国，但由于自主创新能力不足，主要掌握中低端永磁电机市场[1]。通过研究其应用效果，分析永磁电机在散货码头带式输送机系统应用的可行性及应用前景。

2 永磁电机在矿用带式输送机系统的应用情况

为解决传统矿用带式输送机在实际运行过程中存在运输效率低、运行过程不稳定、在重载时启动困难，严重影响输送效率等问题，越来越多的企业开始使用永磁同步电动机直驱带式输送机系统。该驱动系统主要包括永磁直驱同步电机、变频器、驱动滚筒等装置，与传输带式输送机驱动方式相比省去了减速机、液力耦合器或CST等结构。

据文献显示，山西西山煤电股份有限公司镇城底矿、汾西矿业集团公司、山西晋煤集团金鼎煤机矿业有限责任公司、河南能源化工集团安阳市主焦煤业有限责任公司等国内很多企业均对其生产工艺系统内的部分带式输送机系统进行了节能改造，采用永磁同步电动机驱动系统替换传统异步电机驱动系统[2-5]，改造前后结构对比见图1。

图1 某矿用带式输送机采用永磁同步电机改造 前后结构对比示意图

经试验运行，永磁同步电机直驱带式输送机系统具有明显的优势：

(1)启动转矩大、稳定性高。带式运输机系统启动是一个加速过程，启动时间短、机械冲击力大、易损坏机械设备。永磁同步电机直驱带式输送机系统简化了传动装置的机械结构，采用永磁变频启动，实现传动装置的软启动，能够保证启动时皮带不打滑、启动平稳、无机械冲击现象，而且启动转矩大[6-7]，可重载启动，因此可避免普通异步电动机设计选型功率偏大的问题，能有效解决运行中“大马拉小车”现象。

(2)高效节能。由于永磁材料的使用，永磁同步电机不需要无功励磁电流，没有转子电阻损耗，能够有效提高功率因素和传动效率。此外，感应电机在60%负荷下工作时，效率下降15%，而永磁电机在25%～120%额定负载范围内均可保持较高的效率[7]，因此在轻载时更能体现节能优势。据相关企业统计，与传统电机相比，其节能率约达到20%以上。

(3)降低运行成本。减少了对减速器及机械软启动装置等的检修、维护工作量，有效减低系统运行成本，在人力、物力上都能切实给企业“减负”。

(4)智能化控制。永磁同步电机直驱带式输送机系统可实现与上位机通讯，多台设备集中控制运行，将设备运行状态相关数据实时传送至主控室，对设备进行远程控制、在线监测，故障诊断等智能化运行和控制。另外，当系统采用多电机主从控制驱动时，可实现功率平衡，能够避免多电机因出力不均而造成的电机损坏。

3 永磁电机在港口散货码头推广前景分析

3.1 港口散货带式输送机电机系统工作特点分析

港口大宗散货码头带式输送机是港口散装物料的主要输送设备之一，属于长距离、高效、高能耗的大型连续输送设备。其工作特点与矿用带式输送机系统有诸多相同之处。一是输送量大；二是存在“大马拉小车”现象，为保证能够满载带载启动，设计功率普遍较高，但不同工况下实际输送机实际传动功率远低于其设计传动功率，甚至不到设计功率的30%，系统功率因数低；三是装机容量大，能耗高，每条输送机一般配备2～4台300～600 kW、三相6 kV高压电动机[8]。

通过永磁同步电机在矿用带式输送机系统的应用效果分析，使用永磁同步电机能有效改善码头带式输送机能耗高、“大马拉小车”等问题。

3.2 永磁电机在港口散货码头推广应用前景分析

在国家大力推广应用高效节能电机的背景下，基于散货码头带式输送机系统与矿用带式输送机系统工作特点相似，借鉴永磁同步电机在矿用带式输送机系统应用的成功经验，在码头推广应用永磁同步电机，将能够有效降低大宗散货码头输送设备能耗，有利于推进港口节能减排工作。该系统既适用于码头原有带式输送机系统的节能改造，又适用于码头新建带式输送机系统，具有广阔的应用前景。

当前永磁电机在应用推广过程中还存在一些问题。

(1)成本高。目前，永磁电机多采用稀土永磁材料，由于稀土永磁材料市场价格较高，因此永磁电机的制作成本居高不下，尤其大功率电机，其价格大约是普通电机的2倍多，许多企业认为其价格昂贵，前期投资太大，质疑其“节能不节钱”，这也直接导致了永磁电机得不到有力推广。

(2)退磁问题。如果设计或使用不当，永磁同步电机温度过高或过低时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁，使电机性能下降，长期如此，将大大降低电机使用寿命。所以在设计制造永磁电机的同时，还要着重研究永磁体磁性稳定性，分析不同结构型式永磁电机的抗去磁能力，采取有力措施减少电机失磁[2]。

从长远看，永磁电机的发展将不断吸收新技术、新成果，未来也会向更高性能、更专用化方向发展，价格也将趋于合理。将其应用于港口散货码头带式输送机系统，将会给企业带来巨大的经济效益和社会效益，有利于推进港口节能减排工作，加快绿色港口建设。

4 结语

永磁电机具有输出转矩大、启动平稳、结构简单、高效节能等特点，已成功应用于矿用带式输送机系统的节能改造，且效果显著。随着永磁技术的不断成熟，通过借鉴其成功应用经验将其引入港口散货码头带式输送机系统，将有效提升港口带式输送机节能减排效果，具有广阔的应用前景。