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永磁同步电机伺服控制系统在陶瓷行业应用

日期: 2016-05-23
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智光长期致力于电机系统整体节能,作为电机系统节能专业公司,永磁同步电机伺服控制系统将成为公司电机系统整体节能的一个重要发展方向。
永磁同步电机是目前全世界效率最高的电机。智光经过多年研究开发,在国内率先突破大功率(100kW以上)永磁同步电机的关键技术,实现了系列化生产,目前生产的永磁同步电机功率最大可达500kW。同时,我司永磁同步电机定制化生产的伺服控制器,具有独自的节能装置及多样的控制功能,不但可对同步电机进行PG矢量控制,而且还具有最先进的永磁同步电机无传感器矢量控制技术,全面提升系统智能化,从而降低电力损耗,实现系统进一步的高效率运转。

-电机转子损耗为零
没有2次铜损,同时有效地利用了磁阻转矩,永磁同步电机的损耗只有不到异步电机损耗的一半。

永磁同步电机伺服控制系统在陶瓷行业应用

- 超高的效率
在变速和变化负载的工艺应用中,可实现更高的综合节能效果;

永磁同步电机伺服控制系统在陶瓷行业应用

 

由于无需励磁电流,永磁同步电机可显著提高并在很宽的负载范围内均保持高效率和高功率因数,尤以轻负载工况时更为显著,同时可多级高功率因数,满足低速大转矩直接驱动要求。公司生产的同步电机,以标准型无传感器为基础,搭载PG(脉冲编码器),能够进行1:1000的高度的速度控制,而高效率型无传感器同步电机水平在电机效率IE4(超过效率:GB1级以上)之上。
陶瓷行业是典型的高耗能行业,能源费用占陶瓷企业经营成本的30%以上,近年来的能源危机给陶瓷行业带来前所未有的压力,特别每年进入夏季以后,电力需求的紧张形势越来越明显,许多地方拉闸限电,使得本已竞争激烈的陶瓷企业更是雪上加霜,因此,较低成本、提升效益、提升工艺水平已成为陶瓷企业提高经济效益的当务之急。
在国家倡导节能,需求侧管理,电机能效提升下,智光节能从电机系统角度研究节能技术和方案;采用定制的最高效率的新一代永磁电机设计制造技术;采用最先进的永磁电机驱控一体伺服控制技术,成功研制了陶瓷行业球磨机和压砖机专用永磁同步电机伺服控制系统,系统解决与实现陶瓷工业生产过程和工艺过程节能,提升生产效率和效益,提高装备自动化的智能化水平,节能效果显著,得到用户的一致认可与好评,成为陶瓷企业节能降耗的首选。
智光节能应用于陶瓷行业球磨机和压砖机专用永磁同步电机伺服控制系统特性显著:
- 高效、节能,节电率达10%~50%;
- 全面提升电机系统能效,提升生产效率与工艺水平;
- 减少系统维护,延长系统寿命;
- 不会对电网造成冲击;
- 节能改造后申请享受国家利税优惠及节电补贴。

1、陶瓷工业节电增效整体解决方案
采用国际最先进的永磁同步电机无传感器矢量控制技术,为国内大功率高效永磁同步电机伺服驱动系统应用于大型间歇式球磨机的首创者!
        

1.1球磨机整体节电增效解决方案
球磨机是目前建材工业上广泛使用的原料细粉磨设备,是建材行业主要的耗电设备,对球磨机节能改造,提高球磨机的工作效率,是建材行业节能降耗的关键环节。
1.1.1球磨机的工作原理
目前球磨机普遍采用的驱动方式是:三相交流电动机通过减速机构带动筒体旋转,在离心力和摩擦力的作用下,研磨体和物料随筒体一道旋转,达到一定高度时抛落,物料受到研磨体撞击和研磨作用而被粉碎。 
1.1.2转速与研磨效率
球磨机的研磨效率直接影响球磨机的耗电量和产量;
当转速较低时, 研磨体和物料处于泻落式运动状态,只有摩擦而无撞击;
当转速过高时, 研磨体和物料处于离心式运动状态,研磨效率几乎为零;
当转速适宜时, 研磨体和物料处于抛落式运动状态,撞击力达到最大。
如果采用变转速球磨机,在合适的变转速制度下,有效地粉磨性质不同的粉料和适应粉磨过程中颗粒粒度及泥浆黏度不断变化的粉磨环境,能获得更高研磨效率。
根据入磨物料的粒度不同,改变球磨机的工作转速和转动方向,可以得到粉磨速度最大值,并能控制粉磨产品的粒度分布。

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1.1.3球磨机传动与机械效率
磨机属于重型机械,起动过程呈高阻转矩,且近似于恒转矩负载,一旦起动起来,长时间不间断工作,负载稳定,所以,球磨机对电动机要求必须具备足够大的起动转矩和尽量高的运行效率和运转功率因数。对于异步电机来说,起动特性和运行特性两者难以兼顾,为了获得较大的起动转矩,采用大马拉小车或转子导条采用高电阻率材料,电动机运行效率大大降低。
1.1.4整体解决方案
智光节能专门为球磨机设计的高效节能驱动系统,采用永磁同步电机伺服系统,具备良好起动特性,高过载倍数,全速度范围高效率,既覆盖原球磨机的特性要求,又适合通过变速磨实现高效研磨。球磨机的粉磨功能决定了它的工作环境高污染、大粉尘。智光节能研发出永磁同步电机无传感器驱动系统,使驱动器安装距离不受传感器限制,同时大大提高了系统可靠性。电机采用嵌入式转子,既提高了无传感器矢量控制的识别度,增强了电机抗退磁能力,同时通过利用电机磁阻转矩,使电机有最小的电流输出最大扭矩;系统通过对运行电流的检测分析调整电机运行速度改变研磨体和物料的运动状态,在保证研磨效果的同时实现系统节能。
由于系统通过变频调速实现软起动,大大减少了起动电流对电网的冲击,同时也可去掉辅助起动的液力耦合器。实验证明,系统可实现节能20%~60%。

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1.1.5球磨机改造案例
改造项目:
智光节能以大功率高效永磁同步电机伺服驱动系统为佛山市某陶瓷有限公司改造19号球磨机驱动系统(原系统采用90kw异步电机,星三角起动)。
系统特点:
该系统是国内首创将大功率高效永磁同步电机伺服驱动系统应用于大型间歇式球磨机,系统采用国际最先进的永磁同步电机无传感器矢量控制技术,保证系统高可靠性,电机效率超过IE4(超高效率GB1级以上),同时具备高功率因数及快速响应特点;系统通过自动检测负载变化调整球磨速度,保证球磨机利用抛磨结合的工艺达到最佳球磨效果并最大程度减少能耗;系统实现软起动,大大减少了对电网的冲击。
改造效果:
1.功率测量
19#球磨机改造成果

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2.电量测量
如下表所示,横向对比17#(未改造)和19#(改造)球磨机每磨耗电量,得出平均节能率30.62%,与功率仪测得数据基本一致。

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3.工艺测试
节能工程实施后,运行稳定正常,细度达到甚至超过工艺要求,颗粒直径最细为1mm,球磨产品全部合格。

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1.2陶瓷压砖机整体节电增效解决方案
1.2.1压砖机的工作原理  
陶瓷压砖机的动力系统一般采用一种柱塞高压定量油泵或可变量油泵作为设备的必须液压源,用大功率异步电机(油泵马达)来拖动油泵,使之产生一定的压力、一定流量的液压,再通过油液电控器、负载、压力传感器和溢流阀组成闭环进行动力输出以完成压砖机每个要求的动作。

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1.2.2传统压砖机动力系统
传统压砖机的动力系统因为其油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量与压力,在以上工作条件下,工作的流量远没达到油泵的实际流量,多余的液压油通过溢流阀回流,此过程称高压节流,相当于开车时将油门踩尽,通过刹车控制车速,必然造成能量的浪费并增加机械损耗;由于回流的液压油长期循环流动,与液压件及油路产生磨擦造成油温上升,噪音过大,并影响整个砖机系统的寿命。
1.2.3整体解决方案
智光节能采用陶瓷压砖机伺服动力系统,包括:变频驱动器-永磁同步伺服电机-油泵-压力传感器/速度传感器,整个陶瓷压砖机处于一个闭环控制系统中,使伺服电机的转速与油泵流量和压力比更加匹配,按需供油,没有溢流损耗,系统效率提高,油温降低,漏油减少,机器维护成本降低,设备使用寿命提高。
1.2.4系统特点
1. 超低惯量电机设计,转子惯量是原电机的25%以下,配合专用伺服驱动器高性能矢量控制及内置液压控制软件,系统实现快速响应。

永磁同步电机伺服控制系统在陶瓷行业应用

如上图:绿●:电机转速,红●:流量指令,蓝●:压力指令,黄●:实际压力
可见,速度响应:0~2000rpm 100ms ,  压力响应:0~130bar 100ms。
2. 电机采用嵌入式结构,效率高达96.7%,配合高性能驱动器,彻底解决现有大功率永磁同步电机温升退磁问题。
3. 弱磁控制技术使得系统具备更强响应能力,必要时可将电机转速提升至额定转速的1.33倍。

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大功率液压伺服系统
1.2.5压砖机改造案例
某大型陶瓷企业萨米特PH2890压砖机原采用某公司伺服系统改造压砖机,原压机电机为90kw异步电机,对方先采用110kw伺服系统进行改造,由于温升过高,不得已改用132kw系统,但成本过高,节能效果不理想,之后智光节能应邀对其系统进行更换。智光节能采用公司压砖机专用伺服驱动器,改善了驱动器输出波形,减少高次谐波,电机温升明显下降,然后通过专用液压控制软件,提高系统响应速度,系统采用模糊控制理论,自动匹配最佳速度而非原系统通过开关信号强制升速,明显改善了节能效果,同时,该厂采用了合适的90kw智光节能压砖机专用伺服系统,明显改善了系统惯量,提升了响应速度,比前改造系统提高了10%节电率,同时降低了成本。

永磁同步电机伺服控制系统在陶瓷行业应用

以上系统,针对传统定量泵或变量泵压砖机进行节能改造,节能效果可达20%~60%。

 

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