Page 55 - 《橡塑技术与装备》2025年4期
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综述与专论
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                如果电机功率因数为 0.85，每天工作 23  h，每年                      素，导致交流电机效率较低，一般在 88% 左右 ； 3 级
                工作 340 天（下同），则每年可以节电 83 万 kWh                     减速机由于齿轮和轴承传动、搅油损失等因素，其传
                以 上（1 250×0.85×23×340×10%）；按照 0.75 元 /kWh         动效率只有 94% ；速比齿轮传动效率一般为 98%，变
                的电费单价核算，每年可以节约电费 62 万元以上。按                        频器效率为 97% ；四方面的效率累积，交流变频异步
                照目前永磁电机的价格，投资回报期可以控制在 1.5                         齿轮系统的效率仅为 79%（97%×98%×94%×88%）。
                年左右。                                              而永磁电机无励磁损耗，在 20%~120% 负荷均为高
                4.2.2 密炼机交流电机的置换                                  效区，使永磁电机的效率可达 97% ；行星减速机传动
                    密炼机交流电机一般都配备高压变频器，以完成                         级数减少、搅油损失降低 , 其传动效率可达 98% ；速
                密炼机的转速调整。与直流电机相比，其能耗稍低，                           比齿轮传动效率为 98%，变频器效率为 97% ；四 方
                故障减少，但是与永磁电机相比，仍然处于劣势，下                           面的效率累积，永磁同步齿轮系统的效率可达 90%
                面进行简单分析 ：                                        （97%×98%×98%×97%）。即半直驱驱动方案的效率比
                   （1）电机功率选择。置换永磁电机的功率按照与                         传统驱动方案效率可提高 11%（90%~79%）。
                交流主电机相同的功率选择。                                        （3）密炼机工作时负载是周期性变化的，包括投
                   （2）转速控制。置换永磁电机后，原交流电机的                         料、炼胶、填辅料、排料等过程，每个周期约 180  s。
                高压变频器的参数如果满足需要，可以继续使用，否                           投料时，需要电机过载 2.5 倍左右，保持 10  s。所以，
                则选用与永磁电机匹配的变频器。                                   电机工作时的输出功率、电流曲线都是周期性变化的，
                   （3）电压选择。在进行永磁电机置换时，电压等                         而且要求电机设计时具备短时过载、不失步的能力。
                级选择 10 kV。                                        同样也要求变频器的容量与负载、电机匹配，满足其
                   （4）电机外形尺寸及安装。永磁电机的外形尺寸                         周期性变化和短时过载的要求。并且要求电机具备快
                及地脚螺栓位置都与原电机相同，以方便安装。                             速反转的能力，而快速反转是永磁直驱电机的巨大优
                   （5）节电效益。从目前已经置换的密炼机交流主                         势之一。
                电机情况看，永磁电机比交流电机节电 5% 左右。                             （4）体积小、重量轻。一体式半直驱驱动采用紧
                仍以 270 密炼机为例，每年可以节电 41 万 kWh （                    凑式结构设计，定子端部短、槽满率高，电机体积、
                1  250×0.85×23×340×5%），每年可以节约电费 31 万              重量可较同参数 “ 交流 / 直流电机 +3 级减速机 + 速比
                元，投资回报期可以控制在 3 年左右。                               齿轮 ” 结构减小 30% 左右，节省设备的安装空间和厂
                                                                  房建筑投资费用。
                5 半直驱的优势及改造                                          （5）效益分析。除半直驱驱动方案的效率比传统
                    传统密炼机的驱动系统基本都是由 “ 交流 / 直流                     驱动方案效率提高 11% 外，还有冷却器的节电、节水
                电机（变频器 / 调速器） +3 级减速机 + 速比齿轮 ” 组成，                及齿轮油寿命延长等效益（总量按照效率提高 1% 核
                由于传动环节较多，传动效率较低。目前，最新的密                           算），则总的效益可以按照提高 12% 计算。仍以 270
                炼机驱动方案调整为 “ 永磁（变频）同步电机 + 行星                       密 炼 机 为 例， 每 年 可 以 节 电（ 或 视 同 节 电 ）100 万
                减速机 + 速比齿轮 ” 的一体式半直驱驱动。与传统的                       kWh 左右（1  250×0.85×23×340×12%），节约电费 75
                传动方案相比，半直驱驱动方案具有以下优势 ：                            万元。按照 “ 总投入一 ( 旧减速机、电机、电缆等折现、
                   （1）冷却效果好，噪声低。半直驱驱动方案采用                         电机维修费用等 )” 的模式核算，改造的投资回报期在
                夹套式水冷系统 , 与使用空水冷却器的变频电机相比，                        2.5 年左右。
                电机体积小，冷却效果好 ；没有冷却风机 , 噪声大大                            根据上述分析，轮胎生产企业在新增密炼机时，
                降低 ；无需外置的润滑油冷却设备 , 省掉了空水冷却                        可以考虑半直驱驱动方案的选择，也可以根据实际情
                器和油冷却器装置及其电机 , 可以节约密炼机耗电总                         况，对在用密炼机进行半直驱驱动方案的改造，以降
                量的 0.5% ；减少了冷却水用量，齿轮箱内齿轮油的寿                       低能耗、提高综合效益。
                命延长。
                   （2）传动效率高，能耗低。正常情况下，交流电                         6 结语
                机因为转子感应电流损耗、带载启动、波动负载等因                               通过对串联式密炼机组优势介绍、上顶栓气改液


                2025     第   51 卷                                                                       ·9·
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