永磁盤(pán)式電機(jī)的冶金作用

　　只要永磁盤(pán)式電機(jī)壽命超過(guò)1年，冶金工程專(zhuān)業(yè)論文用戶(hù)僅1年節(jié)電的費(fèi)用就可將全部輥道電機(jī)更換為永磁盤(pán)式電機(jī)，同時(shí)還可創(chuàng)造將近399萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益，由此推論到全國(guó)整個(gè)冶金行業(yè)的應(yīng)用，再考慮除輥道電機(jī)以外的其他電機(jī)的應(yīng)用，將會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)效益。

　　《江蘇電機(jī)工程》(雙月刊)創(chuàng)刊于1982年，是江蘇省電力公司和江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)主管、江蘇省電力科學(xué)研究院和江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)編輯工作委員會(huì)主辦的全國(guó)性科學(xué)技術(shù)刊物，本刊為國(guó)際大16開(kāi)本，彩色封面插頁(yè)。

　　通過(guò)對(duì)永磁盤(pán)式電機(jī)在首鋼的應(yīng)用實(shí)例分析表明，只要永磁盤(pán)式電機(jī)壽命超過(guò)1年，用戶(hù)1年節(jié)電的費(fèi)用就可將全部輥道電機(jī)更換為永磁盤(pán)式電機(jī)，同時(shí)還可創(chuàng)造將近399萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。由此推論，如果全國(guó)冶金行業(yè)應(yīng)用永磁盤(pán)式電機(jī)，再考慮除輥道電機(jī)以外的其他電機(jī)的應(yīng)用，永磁盤(pán)式電機(jī)將會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)效益。

　　1)現(xiàn)在的能源結(jié)構(gòu)◎能源消費(fèi)以煤為主，環(huán)境問(wèn)題日益突出◎優(yōu)質(zhì)能源比重上升，石油安全不容忽視◎工業(yè)用能居高不下，結(jié)構(gòu)調(diào)整任重道遠(yuǎn)◎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(lái)中國(guó)單位產(chǎn)值能耗比世界平均水平高2.4倍，比美國(guó)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(gè)行業(yè)主要產(chǎn)品單位能耗平均比國(guó)際先進(jìn)水平高40%。3)“十一五”規(guī)劃目標(biāo)2010年新增主要耗能設(shè)備能源效率達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平，部分汽車(chē)、電動(dòng)機(jī)、家用電器達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。中小電機(jī)平均設(shè)計(jì)效率達(dá)到90~92%。4)能源利用效率與國(guó)外差距燃煤工業(yè)鍋爐平均運(yùn)行效率65%，比國(guó)際先進(jìn)水平低15~20%。中小電機(jī)平均設(shè)計(jì)效率87%，比國(guó)際先進(jìn)水平低5%，系統(tǒng)運(yùn)行效率低20%;機(jī)動(dòng)車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性水平比歐洲低25%，比日本低20%，比美國(guó)低10%;載貨汽車(chē)百?lài)嵐镉秃?.6升，比國(guó)際先進(jìn)水平高1倍以上;內(nèi)河運(yùn)輸船舶油耗比國(guó)外先進(jìn)水平高10~20%。5)電機(jī)節(jié)能目標(biāo)永磁盤(pán)式電機(jī)平均比同功率同轉(zhuǎn)速的傳統(tǒng)電機(jī)效率高5~10%，最高可達(dá)98~99%,見(jiàn)表1。

　　1永磁盤(pán)式電機(jī)技術(shù)介紹

　　1.1永磁盤(pán)式電機(jī)原理該電機(jī)的工作原理近似于直流電機(jī)的原理，只不過(guò)用電子換向裝置取代了機(jī)械換向器。線圈沿半徑方向放置在由永久磁鋼構(gòu)成的磁場(chǎng)中，當(dāng)線圈通電后，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力(洛倫磁力)的作用，轉(zhuǎn)子就可以旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樽笫侄▌t的反方向。轉(zhuǎn)子要想連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，只要保證處于N極下的線圈在處于S極下時(shí)電流方向要換向。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)切割定子線圈，在線圈中產(chǎn)生反電勢(shì)與外電源平衡，這樣就實(shí)現(xiàn)了電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，見(jiàn)圖1。

　　1.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及效果(見(jiàn)表2)

　　1.3技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

　　1.4結(jié)構(gòu)與性能對(duì)比(見(jiàn)圖2)

　　2永磁盤(pán)式電機(jī)應(yīng)用實(shí)例(見(jiàn)圖3)

　　行業(yè)應(yīng)用前景-節(jié)能效果應(yīng)用永磁盤(pán)式電機(jī)取代傳統(tǒng)的低效率電機(jī)，平均按照10%節(jié)電估計(jì)，對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)效益是非常顯著的。一般而言，1KW電機(jī)，運(yùn)行1年的節(jié)電效果為:1kW×24h/d×365d×10%×0.8元/kWh=700元永磁盤(pán)式電機(jī)與同類(lèi)電機(jī)價(jià)格相當(dāng)，按照中小電機(jī)350元/KW的價(jià)格估計(jì)，更換永磁盤(pán)式電機(jī)0.5年即可靠節(jié)電收回投資;對(duì)于運(yùn)行時(shí)間為12h/天的電機(jī)，當(dāng)年可收回投資。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這種想法，同時(shí)也有一個(gè)對(duì)比性的量化的概念，我們針對(duì)首鋼應(yīng)用輥道、天車(chē)兩大類(lèi)電機(jī)的使用狀況做了調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上探求在整個(gè)冶金行業(yè)的應(yīng)用前景。

　　3國(guó)內(nèi)市場(chǎng)分析

　　目前國(guó)內(nèi)最大的幾家千萬(wàn)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(guò)首鋼，還有規(guī)模稍小的像樊鋼、太鋼等十幾家，再加上新興的百萬(wàn)噸級(jí)規(guī)模的中小鋼廠幾十家，所以鋼鐵行業(yè)是一個(gè)龐大的市場(chǎng)。

　　3.1首鋼的情況對(duì)首鋼遷鋼、首鋼京唐等4個(gè)主要鋼鐵基地廠礦天車(chē)和輥道電機(jī)進(jìn)行了粗略調(diào)查，情況如下：遷鋼、京唐：輥道電機(jī)的年修理量大約在67×12=804萬(wàn)元/年左右，由此推算平均使用壽命大約為3~6個(gè)月左右，天車(chē)電機(jī)的年修理量大約在400萬(wàn)元/年左右。年備件費(fèi)用約1.5～2.0億元，若電機(jī)備件占10%，則為1500～2000萬(wàn)元。

　　3.2冶金行業(yè)整體情況預(yù)測(cè)1)首鋼以外的各大鋼廠規(guī)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(dāng)估計(jì)，則電機(jī)備件費(fèi)將達(dá)到5×(1500～2000)=7500～10000萬(wàn)元。2)再考慮中小鋼廠30%的比例，則整個(gè)鋼鐵行業(yè)的備件將達(dá)到1.3×(7500～10000)=9750萬(wàn)元～1.3億元。3)還應(yīng)考慮非鋼產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，則市場(chǎng)潛力將更大。

　　4目前主要存在的問(wèn)題

　　目前應(yīng)用的傳統(tǒng)電機(jī)主要存在以下問(wèn)題：1)壽命短這兩類(lèi)電機(jī)都是用在高溫、高粉塵、潮濕環(huán)境，再加上管理上的問(wèn)題，使得電機(jī)的使用壽命短，導(dǎo)致了加大備件儲(chǔ)備，備件頻繁更換浪費(fèi)人力，修理費(fèi)用上升。2)效率低輥道電機(jī)設(shè)計(jì)效率也就是90%左右，加上頻繁修理造成電氣、機(jī)械等損耗加大，實(shí)際的使用效率可能更低。在現(xiàn)在電力緊張，能源緊缺的時(shí)代，造成能源浪費(fèi)顯得很不合適宜。3)種類(lèi)多，管理復(fù)雜電機(jī)根據(jù)容量不同有不同的型號(hào)，因而需要分別管理，造成管理成本也很高，庫(kù)房大，管理人員多。4)應(yīng)用數(shù)量少的高效電機(jī)成本高，應(yīng)用數(shù)量少，替換成本略高。效率高，有極大的前景。

　　5永磁盤(pán)式電機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　永磁盤(pán)式電機(jī)是美國(guó)專(zhuān)有技術(shù)，美國(guó)已經(jīng)在電鋸、鋤草機(jī)、攪樹(shù)機(jī)、電動(dòng)汽車(chē)、機(jī)器人等方面作了試驗(yàn)性研究，證實(shí)其先進(jìn)性與可靠性，它主要優(yōu)點(diǎn)就是：1)高轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，非常適合于沖擊性負(fù)載場(chǎng)合。2)高效率，正是節(jié)能的首選產(chǎn)品。3)高防護(hù)能力，可以適用于各種惡劣的環(huán)境。4)體積小，使安裝更容易。

　　6用永磁盤(pán)式電機(jī)替代傳統(tǒng)電機(jī)的可行性

　　用永磁盤(pán)式電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機(jī)的可行性主要考慮以下兩個(gè)方面：

　　6.1永磁盤(pán)式電機(jī)的特性能適合輥道電機(jī)輥道電機(jī)一般速度較低，要求較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，環(huán)境溫度較高，要求能在180℃下運(yùn)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(pán)式電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，永磁盤(pán)式電機(jī)的抗沖擊能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通輥道電機(jī)，只要永磁盤(pán)式電機(jī)的外形不超過(guò)普通電機(jī)在控制上又能兼容，用永磁盤(pán)式電機(jī)替代是完全可行的。用一臺(tái)永磁盤(pán)式電機(jī)代替輥道電機(jī)由于其效率達(dá)98%以上，相當(dāng)于將普通電機(jī)容量增加10%，另外永磁盤(pán)式電機(jī)精確控制特性將使該電機(jī)在工作時(shí)能緊密跟蹤負(fù)載變化，使其不論高速低速都能發(fā)揮其高效特性。

　　6.2永磁盤(pán)式電機(jī)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)永磁盤(pán)式電機(jī)的價(jià)格與其同容量、同轉(zhuǎn)速的傳統(tǒng)電機(jī)價(jià)格應(yīng)該有比較優(yōu)勢(shì)，這主要是基于它極大地縮小了體積，因而也就節(jié)約了原材料，特別是節(jié)約昂貴的銅線，即使由于永磁材料的應(yīng)用，其增加的價(jià)格應(yīng)該小于材料節(jié)約的價(jià)格。表3是一臺(tái)永磁盤(pán)式電機(jī)與一臺(tái)傳統(tǒng)的GE電機(jī)的對(duì)比資料。可見(jiàn)其同容量、同轉(zhuǎn)速的SEME電機(jī)的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通電機(jī)，一般認(rèn)為只有普通電機(jī)的20%左右。一般估計(jì)電機(jī)的材料價(jià)格占整個(gè)價(jià)格的60%左右，按照節(jié)約材料80%計(jì)算，電機(jī)價(jià)格將下降80%×60%=48%，而永磁盤(pán)式電機(jī)中只要永磁材料和控制器的價(jià)格不超過(guò)整個(gè)價(jià)格的48%，則永磁盤(pán)式電機(jī)的價(jià)格將與普通電機(jī)的價(jià)格持平。

　　7效益分析

　　7.1永磁盤(pán)式電機(jī)的高效率將帶來(lái)明顯的節(jié)能效益還以上述輥道電機(jī)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)1)總在裝量2016臺(tái)，平均每臺(tái)按3KW計(jì)算，總?cè)萘繛?016×3=6046KW2)考慮70%負(fù)載率，則年耗電量為6048KW×365×24h×70%=37090000KWh3)工業(yè)用電按0.8元/KWh計(jì)算，則年電費(fèi)消耗為37090000×0.8=29670000元4)用永磁盤(pán)式電機(jī)可以節(jié)電10%，每年的電費(fèi)節(jié)約量為29670000×10%=2967000元

　　7.2用永磁盤(pán)式電機(jī)綜合效益明顯假定全部電機(jī)都更換為永磁盤(pán)式電機(jī)，而永磁盤(pán)式電機(jī)價(jià)格估計(jì)為普通電機(jī)的兩倍，則：1)設(shè)備投資3508800×2=7017600元2)年節(jié)電2967000元設(shè)備使用壽命大于1年，則年修理費(fèi)可節(jié)約670000×12=8040000元3)用戶(hù)年創(chuàng)效益8040000+2967000-7017600=3989400元