永磁電機在港口散貨碼頭帶式輸送機系統應用前景分析

羅建平

交通運輸部水運科學研究院

1 引言

當前永磁電機在國內外已廣泛應用于工農業生產、國防軍工、航空、風機水泵、家用電器、醫療器械、石油工業與港機、新能源汽車等領域。永磁電機通過永磁體產生勵磁磁場，不需要無功勵磁電流。在電動機運轉過程中，永磁體既作為磁源又作為磁路。它主要由固定定子和旋轉轉子組成，繞組與主磁場之間通過相互切割而產生大小和方向成周期性變化的交變電流。

永磁電機作為一種高效節能電機，已成為當前電機行業發展的重點和熱點，也是我國大力推廣應用的重點，已成功應用于煤礦、電廠等領域的帶式輸送機系統。我國對永磁電機的研究和應用起步較晚，已成為全球永磁電機的主要生產國，但由于自主創新能力不足，主要掌握中低端永磁電機市場[1]。通過研究其應用效果，分析永磁電機在散貨碼頭帶式輸送機系統應用的可行性及應用前景。

2 永磁電機在礦用帶式輸送機系統的應用情況

為解決傳統礦用帶式輸送機在實際運行過程中存在運輸效率低、運行過程不穩定、在重載時啟動困難，嚴重影響輸送效率等問題，越來越多的企業開始使用永磁同步電動機直驅帶式輸送機系統。該驅動系統主要包括永磁直驅同步電機、變頻器、驅動滾筒等裝置，與傳輸帶式輸送機驅動方式相比省去了減速機、液力耦合器或CST等結構。

據文獻顯示，山西西山煤電股份有限公司鎮城底礦、汾西礦業集團公司、山西晉煤集團金鼎煤機礦業有限責任公司、河南能源化工集團安陽市主焦煤業有限責任公司等國內很多企業均對其生產工藝系統內的部分帶式輸送機系統進行了節能改造，采用永磁同步電動機驅動系統替換傳統異步電機驅動系統[2-5]，改造前后結構對比見圖1。

圖1 某礦用帶式輸送機采用永磁同步電機改造 前后結構對比示意圖

經試驗運行，永磁同步電機直驅帶式輸送機系統具有明顯的優勢：

(1)啟動轉矩大、穩定性高。帶式運輸機系統啟動是一個加速過程，啟動時間短、機械沖擊力大、易損壞機械設備。永磁同步電機直驅帶式輸送機系統簡化了傳動裝置的機械結構，采用永磁變頻啟動，實現傳動裝置的軟啟動，能夠保證啟動時皮帶不打滑、啟動平穩、無機械沖擊現象，而且啟動轉矩大[6-7]，可重載啟動，因此可避免普通異步電動機設計選型功率偏大的問題，能有效解決運行中“大馬拉小車”現象。

(2)高效節能。由于永磁材料的使用，永磁同步電機不需要無功勵磁電流，沒有轉子電阻損耗，能夠有效提高功率因素和傳動效率。此外，感應電機在60%負荷下工作時，效率下降15%，而永磁電機在25%～120%額定負載范圍內均可保持較高的效率[7]，因此在輕載時更能體現節能優勢。據相關企業統計，與傳統電機相比，其節能率約達到20%以上。

(3)降低運行成本。減少了對減速器及機械軟啟動裝置等的檢修、維護工作量，有效減低系統運行成本，在人力、物力上都能切實給企業“減負”。

(4)智能化控制。永磁同步電機直驅帶式輸送機系統可實現與上位機通訊，多臺設備集中控制運行，將設備運行狀態相關數據實時傳送至主控室，對設備進行遠程控制、在線監測，故障診斷等智能化運行和控制。另外，當系統采用多電機主從控制驅動時，可實現功率平衡，能夠避免多電機因出力不均而造成的電機損壞。

3 永磁電機在港口散貨碼頭推廣前景分析

3.1 港口散貨帶式輸送機電機系統工作特點分析

港口大宗散貨碼頭帶式輸送機是港口散裝物料的主要輸送設備之一，屬于長距離、高效、高能耗的大型連續輸送設備。其工作特點與礦用帶式輸送機系統有諸多相同之處。一是輸送量大；二是存在“大馬拉小車”現象，為保證能夠滿載帶載啟動，設計功率普遍較高，但不同工況下實際輸送機實際傳動功率遠低于其設計傳動功率，甚至不到設計功率的30%，系統功率因數低；三是裝機容量大，能耗高，每條輸送機一般配備2～4臺300～600 kW、三相6 kV高壓電動機[8]。

通過永磁同步電機在礦用帶式輸送機系統的應用效果分析，使用永磁同步電機能有效改善碼頭帶式輸送機能耗高、“大馬拉小車”等問題。

3.2 永磁電機在港口散貨碼頭推廣應用前景分析

在國家大力推廣應用高效節能電機的背景下，基于散貨碼頭帶式輸送機系統與礦用帶式輸送機系統工作特點相似，借鑒永磁同步電機在礦用帶式輸送機系統應用的成功經驗，在碼頭推廣應用永磁同步電機，將能夠有效降低大宗散貨碼頭輸送設備能耗，有利于推進港口節能減排工作。該系統既適用于碼頭原有帶式輸送機系統的節能改造，又適用于碼頭新建帶式輸送機系統，具有廣闊的應用前景。

當前永磁電機在應用推廣過程中還存在一些問題。

(1)成本高。目前，永磁電機多采用稀土永磁材料，由于稀土永磁材料市場價格較高，因此永磁電機的制作成本居高不下，尤其大功率電機，其價格大約是普通電機的2倍多，許多企業認為其價格昂貴，前期投資太大，質疑其“節能不節錢”，這也直接導致了永磁電機得不到有力推廣。

(2)退磁問題。如果設計或使用不當，永磁同步電機溫度過高或過低時，在沖擊電流產生的電樞反應作用下，或在劇烈的機械振動時有可能產生不可逆退磁，使電機性能下降，長期如此，將大大降低電機使用壽命。所以在設計制造永磁電機的同時，還要著重研究永磁體磁性穩定性，分析不同結構型式永磁電機的抗去磁能力，采取有力措施減少電機失磁[2]。

從長遠看，永磁電機的發展將不斷吸收新技術、新成果，未來也會向更高性能、更專用化方向發展，價格也將趨于合理。將其應用于港口散貨碼頭帶式輸送機系統，將會給企業帶來巨大的經濟效益和社會效益，有利于推進港口節能減排工作，加快綠色港口建設。

4 結語

永磁電機具有輸出轉矩大、啟動平穩、結構簡單、高效節能等特點，已成功應用于礦用帶式輸送機系統的節能改造，且效果顯著。隨著永磁技術的不斷成熟，通過借鑒其成功應用經驗將其引入港口散貨碼頭帶式輸送機系統，將有效提升港口帶式輸送機節能減排效果，具有廣闊的應用前景。