永磁盤式電機的冶金作用

　　只要永磁盤式電機壽命超過1年，冶金工程專業(yè)論文用戶僅1年節(jié)電的費用就可將全部輥道電機更換為永磁盤式電機，同時還可創(chuàng)造將近399萬元的經(jīng)濟效益，由此推論到全國整個冶金行業(yè)的應用，再考慮除輥道電機以外的其他電機的應用，將會帶來巨大的社會效益。

　　《江蘇電機工程》(雙月刊)創(chuàng)刊于1982年，是江蘇省電力公司和江蘇省電機工程學會主管、江蘇省電力科學研究院和江蘇省電機工程學會編輯工作委員會主辦的全國性科學技術(shù)刊物，本刊為國際大16開本，彩色封面插頁。

　　通過對永磁盤式電機在首鋼的應用實例分析表明，只要永磁盤式電機壽命超過1年，用戶1年節(jié)電的費用就可將全部輥道電機更換為永磁盤式電機，同時還可創(chuàng)造將近399萬元的經(jīng)濟效益。由此推論，如果全國冶金行業(yè)應用永磁盤式電機，再考慮除輥道電機以外的其他電機的應用，永磁盤式電機將會帶來巨大的社會效益。

　　1)現(xiàn)在的能源結(jié)構(gòu)◎能源消費以煤為主，環(huán)境問題日益突出◎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◎生活用能有所改善，用能水平仍然很低2)目前能耗水平2000年以來中國單位產(chǎn)值能耗比世界平均水平高2.4倍，比美國高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個行業(yè)主要產(chǎn)品單位能耗平均比國際先進水平高40%。3)“十一五”規(guī)劃目標2010年新增主要耗能設(shè)備能源效率達到或接近世界先進水平，部分汽車、電動機、家用電器達到國際領(lǐng)先水平。中小電機平均設(shè)計效率達到90~92%。4)能源利用效率與國外差距燃煤工業(yè)鍋爐平均運行效率65%，比國際先進水平低15~20%。中小電機平均設(shè)計效率87%，比國際先進水平低5%，系統(tǒng)運行效率低20%;機動車燃油經(jīng)濟性水平比歐洲低25%，比日本低20%，比美國低10%;載貨汽車百噸公里油耗7.6升，比國際先進水平高1倍以上;內(nèi)河運輸船舶油耗比國外先進水平高10~20%。5)電機節(jié)能目標永磁盤式電機平均比同功率同轉(zhuǎn)速的傳統(tǒng)電機效率高5~10%，最高可達98~99%,見表1。

　　1永磁盤式電機技術(shù)介紹

　　1.1永磁盤式電機原理該電機的工作原理近似于直流電機的原理，只不過用電子換向裝置取代了機械換向器。線圈沿半徑方向放置在由永久磁鋼構(gòu)成的磁場中，當線圈通電后，載流導體在磁場中受到電磁力(洛倫磁力)的作用，轉(zhuǎn)子就可以旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向為左手定則的反方向。轉(zhuǎn)子要想連續(xù)運轉(zhuǎn)，只要保證處于N極下的線圈在處于S極下時電流方向要換向。同時，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場切割定子線圈，在線圈中產(chǎn)生反電勢與外電源平衡，這樣就實現(xiàn)了電能到機械能的轉(zhuǎn)化，見圖1。

　　1.2結(jié)構(gòu)特點及效果(見表2)

　　1.3技術(shù)特點與優(yōu)勢

　　1.4結(jié)構(gòu)與性能對比(見圖2)

　　2永磁盤式電機應用實例(見圖3)

　　行業(yè)應用前景-節(jié)能效果應用永磁盤式電機取代傳統(tǒng)的低效率電機，平均按照10%節(jié)電估計，對于連續(xù)運行的系統(tǒng)來說效益是非常顯著的。一般而言，1KW電機，運行1年的節(jié)電效果為:1kW×24h/d×365d×10%×0.8元/kWh=700元永磁盤式電機與同類電機價格相當，按照中小電機350元/KW的價格估計，更換永磁盤式電機0.5年即可靠節(jié)電收回投資;對于運行時間為12h/天的電機，當年可收回投資。為了進一步驗證這種想法，同時也有一個對比性的量化的概念，我們針對首鋼應用輥道、天車兩大類電機的使用狀況做了調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上探求在整個冶金行業(yè)的應用前景。

　　3國內(nèi)市場分析

　　目前國內(nèi)最大的幾家千萬噸鋼廠主要是寶鋼、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，再加上新興的百萬噸級規(guī)模的中小鋼廠幾十家，所以鋼鐵行業(yè)是一個龐大的市場。

　　3.1首鋼的情況對首鋼遷鋼、首鋼京唐等4個主要鋼鐵基地廠礦天車和輥道電機進行了粗略調(diào)查，情況如下：遷鋼、京唐：輥道電機的年修理量大約在67×12=804萬元/年左右，由此推算平均使用壽命大約為3~6個月左右，天車電機的年修理量大約在400萬元/年左右。年備件費用約1.5～2.0億元，若電機備件占10%，則為1500～2000萬元。

　　3.2冶金行業(yè)整體情況預測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，就按與首鋼相當估計，則電機備件費將達到5×(1500～2000)=7500～10000萬元。2)再考慮中小鋼廠30%的比例，則整個鋼鐵行業(yè)的備件將達到1.3×(7500～10000)=9750萬元～1.3億元。3)還應考慮非鋼產(chǎn)業(yè)的應用，則市場潛力將更大。

　　4目前主要存在的問題

　　目前應用的傳統(tǒng)電機主要存在以下問題：1)壽命短這兩類電機都是用在高溫、高粉塵、潮濕環(huán)境，再加上管理上的問題，使得電機的使用壽命短，導致了加大備件儲備，備件頻繁更換浪費人力，修理費用上升。2)效率低輥道電機設(shè)計效率也就是90%左右，加上頻繁修理造成電氣、機械等損耗加大，實際的使用效率可能更低。在現(xiàn)在電力緊張，能源緊缺的時代，造成能源浪費顯得很不合適宜。3)種類多，管理復雜電機根據(jù)容量不同有不同的型號，因而需要分別管理，造成管理成本也很高，庫房大，管理人員多。4)應用數(shù)量少的高效電機成本高，應用數(shù)量少，替換成本略高。效率高，有極大的前景。

　　5永磁盤式電機的技術(shù)優(yōu)勢

　　永磁盤式電機是美國專有技術(shù)，美國已經(jīng)在電鋸、鋤草機、攪樹機、電動汽車、機器人等方面作了試驗性研究，證實其先進性與可靠性，它主要優(yōu)點就是：1)高轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，非常適合于沖擊性負載場合。2)高效率，正是節(jié)能的首選產(chǎn)品。3)高防護能力，可以適用于各種惡劣的環(huán)境。4)體積小，使安裝更容易。

　　6用永磁盤式電機替代傳統(tǒng)電機的可行性

　　用永磁盤式電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機的可行性主要考慮以下兩個方面：

　　6.1永磁盤式電機的特性能適合輥道電機輥道電機一般速度較低，要求較高的啟動轉(zhuǎn)矩，環(huán)境溫度較高，要求能在180℃下運行。由于速度低，體積大、而安裝空間又小，所以往往是矛盾的，而這些正是永磁盤式電機的優(yōu)勢，永磁盤式電機的抗沖擊能力，遠遠高于普通輥道電機，只要永磁盤式電機的外形不超過普通電機在控制上又能兼容，用永磁盤式電機替代是完全可行的。用一臺永磁盤式電機代替輥道電機由于其效率達98%以上，相當于將普通電機容量增加10%，另外永磁盤式電機精確控制特性將使該電機在工作時能緊密跟蹤負載變化，使其不論高速低速都能發(fā)揮其高效特性。

　　6.2永磁盤式電機的價格優(yōu)勢永磁盤式電機的價格與其同容量、同轉(zhuǎn)速的傳統(tǒng)電機價格應該有比較優(yōu)勢，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用，其增加的價格應該小于材料節(jié)約的價格。表3是一臺永磁盤式電機與一臺傳統(tǒng)的GE電機的對比資料。可見其同容量、同轉(zhuǎn)速的SEME電機的重量遠遠小于普通電機，一般認為只有普通電機的20%左右。一般估計電機的材料價格占整個價格的60%左右，按照節(jié)約材料80%計算，電機價格將下降80%×60%=48%，而永磁盤式電機中只要永磁材料和控制器的價格不超過整個價格的48%，則永磁盤式電機的價格將與普通電機的價格持平。

　　7效益分析

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

　　7.2用永磁盤式電機綜合效益明顯假定全部電機都更換為永磁盤式電機，而永磁盤式電機價格估計為普通電機的兩倍，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，則年修理費可節(jié)約670000×12=8040000元3)用戶年創(chuàng)效益8040000+2967000-7017600=3989400元