SIEMENS金昌市西门子中国一级代理-西门子高能效电机 变频器 伺服电机

分析原冷却塔风机驱动结构存在的问题，介绍永磁直驱电机的优势，并对其选型和控制进行了分析，冷却塔风机驱动系统改造成永磁电机直驱系统，解决了设备漏油及振动大等问题，减少了维护量，提高了设备运行效率，节电效果明显，单台年可节约用电约9.8万kWh，使用效果良好。

关键词

冷却塔风机；永磁直驱电机；高效节电

我公司余热发电循环水冷却系统采用2台75kW冷却塔风机供循环水冷却，冷却风机传动部分采用的是电机+传动轴+减速机的传统设备驱动结构，电机和减速机输入轴之间用钢制传动轴连接。

1、传统驱动结构存在的问题

（1）冷却风机的减速机安装在冷却塔内部，传动轴长达4m，由于环境非常潮湿，传动轴锈蚀严重，传动轴因锈蚀层不均衡脱落失去动平衡，引起设备振动严重，传动轴需要定期除锈校动平衡，费用高。

（2）冷却风机减速机随着运行时间的增加，输入轴油封磨损严重，导致漏油，需要定期补油，也污染环境。

（3）减速机设计的结构较紧凑，发热量很大，散热能力弱，导致减速机温度高，油封和润滑油寿命短，需要经常保养。

（4）驱动部分电机启动方式为直接启动，设备运行负载率低，效率仅0.78，能耗高。

2、永磁直驱结构及优势

永磁直驱电动机采用变频矢量控制技术、低速大扭矩直驱技术、智能控制技术，结构简化，具有高效低耗、低速大扭矩、高可靠免维护、高刚度快响应、无须润滑等特点，由于转速低运行平稳，振动小，极大减少了日常维护检修工作量，节省了人力物力成本。适合在冷却风扇场景使用。

主要优势：

（1）永磁直驱电机直接驱动负载，去除了减速机，结构简单可靠，基本实现免维护。

（2）去除了减速机和传动轴，系统传动效率在0.93，在额定频率以下运行时为恒转矩特性，满足设备重载启动要求，设备运行更节能。

（3）设备占用空间小，没有润滑油及减速机备品备件等消耗。

（4）变频器控制可实现软启动，减少了对负载设备的冲击，延长其使用寿命。

（5）低负载情况下，可以适当降低运行频率，达到更好的节能效果。

3、永磁直驱电机的选型

3.1　负载运行功率因数、效率对比

冷却塔风机改造前功率为 75 kW，额 定电 流160 A，运行电流Zui大为76A左右，负载率约为56%，异步电机与永磁电机不同运行负载下效率、功率因数对比见图1。

永磁直驱电机跟冷却塔风扇直连叶轮转速一 致，n0=n=155r/min（n为 风 扇 转 速），所 需 轴 功率P=1.732UIcosφη1η2η3=1.732×0.38×76×0.855×0.86×0.95×0.96≈33.5 （kW），所需扭矩T=9550P/n0=9550 ×33.5÷155=2064（N·m）。

永磁直驱电机性能参数见表1，改造后实物见图2。

3.2　永磁电机的缺点

永磁同步电机一般都选择稀土永磁材料（钕铁硼）作为永磁体，目前稀土材料价格比较昂贵，前期的投资成本较高。稀土永磁同步电机在温度过高时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或者在剧烈的机械振动时可能产生不可逆退磁，使电机性能下降，甚至无法使用。使用环境上要注意电机散热方案的制订和防止振动的措施。

4、改造后效果分析

冷却塔风机电机采用 2 台 55kW永磁直驱电机后，在相同运行工况下，单台永磁电机秋冬季每小时电流平均降低约35A，运行中实测电压340 V左右，取U=340V，cosφ=0.97，η=0.95，则功 率为P=1.732UIcosφη=1.732×0.34×35×0.97×0.95=18.9（kW），预计 每 小 时 可 节 电 18.9kWh。春夏季每小时电流平均降低约 28A，运 行 中 实 测 电 压 370 V左右，取U=370V，cosφ=0.97，η=0.95，则功 率为：P=1.732UIcosφη=1.732×0.37×28×0.97×0.95=16.5（kW），预计 每 小 时 可 节 电 16.5kWh。根据改造前后电能计量表计量数据对比，秋冬季单台电机每小时可节电17kWh，春夏季单台电机每小时可节电15kWh，按照全年70%运转率计算，单台电机年节电约9.8万kWh。

5、结束语

冷却塔风机驱动系统改造成永磁电机直驱系统后，解决了设备漏油及振动大等问题，提高了设备运行效率，节电效果明显，每小时节电约15~17kWh，节电率40%，减少了维护量，提高了系统运转率，延长了设备使用寿命。