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一、背景
首鋼礦業公司燒結廠一燒車間共有6臺99m2燒結機，均采用機上冷卻工藝，設計燒結面積為99 m2，冷卻面積為99 m2，冷燒比為1:1。在每臺燒結機的機頭配有一臺熱風抽風機，機尾配有一臺冷風抽風機，通過在風箱中增加擋板隔離熱風和冷風。初步設計時為了滿足高產出生產目的，將冷、熱風機設計為高負壓、大風量模式，冷、熱風機均工作在全速運行狀態。然而隨著燒結新工藝的改進，燒結礦的原料透氣性不斷得到提高，采用不同機速和料厚時，所需風量也不同，為滿足不同生產狀況的需求，通過調節風門開度調節流量。由于經常調節風門，3#冷風機運行過程中，經常出現軸承損壞及閥門故障，主要原因是運行時振動過大。
目前，燒結機風機電耗占燒結廠總電耗70%左右，風機電量高消耗直接影響到燒結機主要技術經濟指標，因此尋找風機經濟、高效運行的有效方法對生產具有重要意義。
交流同步電機的調速控制發展趨勢
交流同步電機的調速是電氣驅動領域的一大難題，我國從20世紀70年代開始進行交流同步電機調速技術的研究，80年代初已研制成功交—交變頻同步電機的實驗樣機，但大功率交流變頻調速裝置直到90年代后期才得到發展。
目前國產大功率變頻裝置成功應用于同步電機的實例很少，都是國外品牌一統天下。目前我國大型同步電機應用變頻調速仍然才剛剛起步，而通過調速型液力耦合來實現同步機調速，由于液力耦合器的傳動效率低和油品等方面的問題，在大功率同步電機上的應用案例也不多，而且液力耦合的調速范圍也不能夠做的太寬，效率控制很難實現。因此我國高壓同步電機調速功能市場前景巨大。
1、同步電機變頻調速技術的難點
同步電機與普通異步電機運行上主要的區別是同步電機在運行時，電樞電壓矢量與轉子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內，否則將導致系統失步。因此同步電機變頻調速時必須時刻控制這一夾角在允許的范圍內變動，這一點就是同步電機變頻和異步電機變頻的主要區別，這是局限了同步電機使用變頻調速的范圍的關鍵因素之一，同步電機特別是高壓大功率的同步電機目前使用電力變頻調速的調節范圍基本上只有10～20%，下面簡單說明一下同步電機的運行和使用特性。
2、 同步電機的啟動投勵過程
同步電機啟動有兩種方式：一種先投勵，同步啟動；一種異步啟動，后順極性投勵。對于同步電機變頻啟動均采用先投勵，同步啟動，但常會出現轉子位置判斷不正確導致電機啟動失敗。針對同步電機變頻調速改造，很容易采用異步啟動，順極性投勵方式，所以很多高壓變頻裝置對同步電機進行異步軟啟動，實現額定啟動力矩后，將同步電機啟動到8hz左右進行順極性投勵，具體所投勵磁大小及投勵時頻率可以根據不同應用場合調試確定。至此，電動機轉子磁場和定子磁場間夾角經過小量有阻尼震蕩后，電機轉子磁極被定子磁極可靠吸引，同步電機進入同步運行狀態。
所以同步電機的變頻器是按照預先設定的加速度，逐漸加速到給定頻率。此時，同步電機電樞電壓矢量與轉子磁極位置之間的夾角逐漸拉大到某一常值，電機轉子磁極在定子磁場的吸引下逐漸加速至期望轉速，同步電機起動過程完成。針對要求重載啟動的工況，為了啟動力矩更大，可以適當提高變頻裝置輸出電壓和同步電機的勵磁電流。
3、同步電機調速時阻尼繞組
由于在同步電機的升、降速過程中，瞬間會出現電源同步轉速和電機轉子實際轉速不一致的情況，這樣就會在同步電機的阻尼繞組內產生感應電壓，形成電流，所以，交流同步電機在進行變頻安裝布置前，必須要檢查同步電機的阻尼繞組內結構件是否牢固并加固好，盡可能減少繞組內阻，防止在進行調速過程中出現較大感應電流而產生大發熱量，以致損壞電機阻尼繞組，造成同步機損壞，這是很關鍵和相對復雜的一個環節。
麥格鈉永磁渦流柔性傳動節能技術功能及特點
永磁動力傳動技術是21世紀初誕生與發展起來的一項高新技術，廣泛應用于鋼鐵、艦船、石油化工、市政等行業的旋轉機械中。該技術具有結構簡單、節約能源、不污染環境等優點，尤其是在高轉速、大容量、高功率密度等特點更具有重大的軍、民兩用的實用推廣價值。
麥格鈉的永磁渦流柔性動力傳動軸系是一種新型的非接觸式動力傳動系統，具有其它軸系動力傳動方式無法比擬的優點。它結構簡單、維護方便、無污染，工程環境適應性好，能有效抑制轉子振動導致的機械故障，并且動力節能效果顯著，因此有著廣闊的發展前途。特別是隨著稀土強磁材料的發展,已經使磁力傳動在旋轉機械動力傳動中普遍應用成為現實。
永磁渦流柔性傳動調速裝置是通過導體轉子和永磁轉子之間的氣隙建立磁聯接實現由源動機到負載的轉矩傳輸。該技術在源動機和負載之間沒有任何機械鏈接。其工作原理是：源動機側的導體轉子在負載側永磁轉子產生的磁場中旋轉，切割磁力線，從而產生感應磁場，與永磁轉子的磁場相互作用產生扭力，推動負載的旋轉，實現了源動機到負載之間轉矩的無接觸傳遞。永磁調速驅動裝置顛覆了傳統的扭矩傳遞方式。
麥格鈉的永磁渦流柔性傳動調速是一種全新的調速方式。與機械調速裝置相比具有體積小、無磨損等優勢；與變頻調速方式相比，永磁裝置本身不消耗電能,不對電網產生諧波和電磁干擾。同時在對環境能力的適應性、電力品質、電機絕緣等方面具有絕對的優勢。在滿足現場工藝要求的前提下，永磁調速裝置還具有不需要對現有電動機和供電電源進行任何改動，較少的安裝投入等優點。
其改變了傳統的調速理念，以氣隙傳遞能量，完成能量的空中傳遞，實現電機與負載之間無機械連接傳動，使傳動更安全可靠、更簡單方便、更高效節能。通過調整氣隙大小，實現流量或壓力的連續控制和調節，在電機轉速不變的情況下，調節風機或水泵的轉速的高低實現工藝條件的滿足同時達到節能目的。被譽為工業傳動史上的一次革命。
二、項目選擇及實施過程
2014年燒結廠派遣設備部長及技術骨干，到我公司就永磁調速裝置的安全穩定傳動技術進行深入地調研，最終達成一致,在3#冷風機安裝永磁渦流柔性調速裝置進行試驗。
查燒結廠電量平衡系統，2014年1-6月3#冷風機耗電量及作業率統計如下：
|
項目 |
1月 |
2月 |
3月 |
4月 |
5月 |
6月 |
|
耗電量(Kwh) |
1210374.5 |
846745.3 |
842882.7 |
1295614.3 |
1091785.2 |
1188298.6 |
|
作業率(%) |
0.94 |
0.75 |
0.66 |
0.98 |
0.81 |
0.88 |
針對3#冷風機麥格鈉公司選擇WH4000型永磁渦流柔性調速裝置于2014年12月8日安裝調試，10日進行聯動試車，風機投入運行穩定，并達到燒結爐生產工藝要求。
三、3#燒結冷風同步機節能效果及運行情況
同步電機原轉速為1000rpm，單位電機能耗為約1900KWh左右。永磁調速設備投入后，根據工藝控制要求，最低轉速降至670轉、對應時點電機能耗功率為1100KWh，10、11日平均運行單位能耗為1250KW左右，日平均節能率達到34%左右。
上圖左側3#同步機為永磁調速，2#、1#為風門控制，對比三相電流、電機功率和功率因素。
1#和3#風機對比連續運行的各項參數匯總：
單機功率、三相電流、有功功率、無功功率、功率因素。
1#和3#風機運行的設備參數對比
電機、風機前后各軸承溫度、各振動指標均較同類型數據偏低。
麥格鈉永磁渦流柔性調速裝置(WH4000)本次應用于首鋼集團礦業公司燒結廠3號爐主抽冷風同步機組工藝流程同步調速控制上，實屬全國范圍內的第一次投入實地運行，這在燒結主抽工藝上是一次創造性的使用。
