永磁調速器簡介

1、永磁耦合技術與調速器是美國MagnaDrive公司的專利技術中達電通為該專利產品在全中國（含臺灣地區(qū)）的總代理與其在中國全方位合作，共同推動永磁偶合技術在中國工業(yè)市場的發(fā)展一、原理永磁耦合器：是通過銅/鋁導體和永磁體之間的氣隙實現(xiàn)由電動機到負載的轉矩傳輸?shù)难b置，可實現(xiàn)電動機和負載間無機械鏈接的傳動方式。其主要結構為：磁轉子組件，由若干稀土永磁體組成，連接于負載側。銅/鋁導體轉子組件，連接于電機側。永磁調速驅動器：則是具備調整氣隙的機構及其執(zhí)行器，可在線隨時調整氣隙達到調整負載設備的輸岀轉速達到調速節(jié)能的目的。二、應用領域永磁耦合器與永磁調速驅動器可廣泛應用于發(fā)電、冶金、石化、水處理、采礦與水泥

2、、紙漿及造紙、暖通 空調、海運、灌溉等行業(yè)節(jié)能。在上述行業(yè)，應用類型為泵、風機、離心負載、散貨處理、及其它機械裝 置，應用前景非常廣闊。三、典型技術特點1. 通過對負載的轉速調整，實現(xiàn)高效節(jié)能。2. 可通過控制器進行控制，可接受壓力、流量、液位等控制信號。3. 實現(xiàn)軟啟動，解決堵轉等問題。4. 消除系統(tǒng)震動，延長系統(tǒng)設備壽命，提高可靠性。5. 適應于各種嚴酷工作環(huán)境： 電網電壓波動較大、 諧波含量較高、易燃、易爆、潮濕、粉塵含量高等場所。6. 不產生諧波，不受電網電壓波動影響。四、功能特點*可靠/低維護無需外接電源即可工作；可在高溫、低溫、潮濕；骯臟、易燃易爆、電壓不穩(wěn)及雷電等各種惡劣環(huán)境下工

3、作。*減輕振動實現(xiàn)電動機和負載間無機械鏈接的傳動方式，大幅減輕系統(tǒng)振動; 完全軟啟動，堵轉自動保護。 安裝方便 安裝時無需激光校準；無需增加空調、防塵等其他設施。>>>永磁調速器（PMD的工作原理及特點2007 年永磁耦合與調速驅動器從美國引進我國， 在美國已大量應用于冶金、 石化、采礦、 發(fā)電、水泥、 紙漿、海運、軍艦等行業(yè)，國內現(xiàn)在應用案例主要有浙江嘉興電廠，山東?；詡錈犭姀S , 華電東華電廠 , 華能南京電廠 , 中石化北京燕山石化 , 棗莊煤業(yè)集團蔣莊煤礦等大型企業(yè)集團。永磁磁力驅動技術首先由美國 MagnaDrive 公司在 1999 年獲得了突破性的發(fā)展。 該驅

4、動方式與傳統(tǒng)的 同步式永磁磁力驅動技術有很大的區(qū)別，其主要的貢獻是將永磁驅動技術的應用大大拓寬。它不解決密封 的問題，但是它解決了旋轉負載系統(tǒng)的對中、軟啟動、減震、調速、及過載保護等問題，并且使永磁磁力 驅動的傳動效率大大提高，可達到 98.5%。該技術現(xiàn)已在各行各業(yè)獲得了廣泛的應用。該技術將對傳統(tǒng)的 傳動技術帶來了嶄新的概念，必將為傳動領域帶來一場新的革命 。該產品已經通過美國海軍最嚴格的 9-G 抗震試驗。同時，該產品在美國獲得 17 項專利技術，在全球 共獲得專利一百多項 。目前， 由 MagnaDrive 公司和美國西北能效協(xié)會組成專門小組對該技術設備進行商業(yè) 化推廣。由于該技術創(chuàng)新，

5、使人們對節(jié)能概念有了全新的認識。在短短的幾年中， MagnaDrive 獲得了很大 的發(fā)展，現(xiàn)已經滲透到各行各業(yè)，在全球已超過 6000 套設備投入運行。（ 一） 系統(tǒng)構成與工作原理永磁磁力耦合調速驅動（PMD）是通過銅導體和永磁體之間的氣隙實現(xiàn)由電動機到負載的轉矩傳輸。該技術實現(xiàn)了在驅動（電動機）和被驅動（負載）側沒有機械鏈接。其工作原理是一端稀有金屬氧化物硼鐵釹 永磁體和另一端感應磁場相互作用產生轉矩，通過調節(jié)永磁體和導體之間的氣隙就可以控制傳遞的轉矩， 從而實現(xiàn)負載速度調節(jié)。由下圖所示，PMD主要由導體轉子、永磁轉子和控制器三部分組成。導體轉子固定在電動機軸上，永磁轉 子固定在負載轉軸上

6、，導體轉子和永磁轉子之間有間隙（稱為氣隙）。這樣電動機和負載由原來的硬（機 械）鏈接轉變?yōu)檐洠ù牛╂溄樱ㄟ^調節(jié)永磁體和導體之間的氣隙就可實現(xiàn)負載軸上的輸出轉矩變化，從 而實現(xiàn)負載轉速變化。由上面的分析可以知道，通過調整氣隙可以獲得可調整的、可控制的、可以重復的 負載轉速。磁感應原理是通過磁體和導體之間的相對運動產生。也就是說，PMD的輸出轉速始終都比輸入轉速小，轉速差稱為滑差。典型情況下，在電動機滿轉時,PMD的滑差在1%4%之間永磁轉子導體轉子通過PMD輸入轉矩總是等于輸岀轉矩，因此電動機只需要產生負載所需要的轉矩。PMD專輸能量和控制速度的能力不受電動機軸和負載軸之間由于安裝未對準原因而

7、產生的小角度或者小偏移的影響。排除了 未對準而產生的震動問題，由于沒有機械鏈接，即使電動機本身引起的震動也不會引起負載震動，使整個 系統(tǒng)的震動問題得到有效降低。PMD控制器通過處理各種信號實現(xiàn)對負載調速，包括壓力、流量、皮帶速度、位移等其它過程控制信 號。PMD可以方便地對現(xiàn)有設備進行改造，不需要對現(xiàn)有電動機和供電電源進行任何改動，極少的現(xiàn)金和 安裝投入。安裝PMD以后，對整個系統(tǒng)不產生電磁干擾。在大多數(shù)情況下，關閉或者拆除現(xiàn)有的過程控制 硬件設備。負載將在最優(yōu)化的速度運行，增加能源效率，減少運行和維護成本。永磁磁力耦合調速的特點1. 總成本最低。2. 維護工作量小，幾乎為免維護產品，維護費用

8、極低。3. 容忍較大的安裝對中誤差。大大簡化了安裝調試過程。4. 過載保護功能。提高了整個電機驅動系統(tǒng)的可靠性，完全消除了系統(tǒng)因過載而導致的損害現(xiàn)象。5. 帶緩沖的軟啟動/軟制動（剎車）。6. 節(jié)能效果顯著。節(jié)電率達到25%-66%。7. 使用壽命長，設計壽命 30年。美國海軍品質。8. 過程控制精確高。9. 減震效果好。10. 結構簡單，適應各種惡劣環(huán)境。對環(huán)境友好，不產生污染物，不產生諧波。11. 體積小，安裝方便，可方便地對現(xiàn)有系統(tǒng)進行改造或用在新建系統(tǒng)。12. 應用現(xiàn)場多，已成功應用 6000套。（二）永磁調速器之卓越特點I. 可控過程啟動對于大型帶式輸送機， 其對驅動系統(tǒng)的要求主要體

9、現(xiàn)在啟動、 制動過程中能最大限度的降低系統(tǒng)的慣 性力，并能實現(xiàn)過載保護和負載平衡，將帶式輸送機的加速、停車和運行時的膠帶張力減到最小。永磁磁 力耦合調速驅動(PMD)的性能完全滿足這些要求，使大型帶式輸送機的性能達到最好。而由傳統(tǒng)的電動機、 減速器所組成的驅動裝置在啟動和停車過程當中輸送帶的帶速隨著電動機的轉速變化而快速變化，加劇了 輸送機本身的振動，增大了系統(tǒng)的慣性力，特別是在輸送帶滿載情況下啟動更為困難，因此傳統(tǒng)的驅動系 統(tǒng)已經不能滿足長距離、大運量的大型帶式輸送機需求一條皮帶可以由一臺電動機及一套 PMD驅動，也可以由多臺電動機及多套PMD驅動。驅動電動機在皮帶機啟動之前空載啟動，此時P

10、MD勺輸出軸保持不動，當驅動電動機達到滿轉速時，控制系統(tǒng)逐漸減小每臺 PMD 的氣隙，啟動皮帶機并逐漸加速到滿速度。這使得皮帶機在被加速至滿速度之前有一個緩慢而均勻的預拉 伸過程。加速時間可以根據(jù)需要在規(guī)定范圍內進行調整。啟動驅動電動機可以按順序空載啟動，所以電動機的 沖擊電流非常小。由于驅動電動機可以根據(jù)運行負載進行選擇而不必根據(jù)啟動負載選擇，所以PMD驅動系統(tǒng)可以選用功率較小的電動機。同樣PMD也可以象控制皮帶機的啟動那樣控制皮帶機的停車，通過延長停車時間可以降低對膠帶的動態(tài)沖擊力。當驅動系統(tǒng)中有多臺 PMD寸，控制系統(tǒng)可以確保每臺驅動電機分擔相同的負載。合理的功率平衡可以有效 地延長整個

11、驅動系統(tǒng)各部件的壽命。功率平衡是通過控制每臺PMD的氣隙，并允許一臺或幾臺 PMD進行輕微滑差來實現(xiàn)的，系統(tǒng)中的任何負載的增加都引起PMD產生滑差，這樣驅動系統(tǒng)的所有部件、軸承和齒輪等都將在沖擊或者過載時受到保護從而延長其使用壽命。大功率電機系統(tǒng)的啟動問題一直是困惑用戶的難題， 因為電機系統(tǒng)在啟動時， 基本上可以看作是滿載 啟動，電機在合閘瞬間，啟動電流超出額定工作電流的十幾倍甚至幾十倍，使得變壓器、配電設備短期嚴 重過載，造成電壓跌落 (“黑電”)甚至啟動失敗，嚴重時還可能燒毀電機。電機啟動過程短的持續(xù)幾秒， 長的達到幾十秒，電機線圈嚴重發(fā)熱，造成電機線圈提前老化，縮短電機使用壽命。II.

12、高可靠性(I ) PMD在啟動負載之前驅動電機空載啟動，電機達到額定的速度之后，通過控制系統(tǒng)使每臺PMD氣隙逐漸縮小來緩慢、平穩(wěn)地對輸送帶進行張緊，輸送帶平穩(wěn)地加速到全速；使帶式輸送機在重載工況下可控制 地逐步克服整個系統(tǒng)的慣性而平穩(wěn)地啟動；使輸送帶的啟動非常平滑，速度由零逐漸緩慢上升，加速度為 連續(xù)的，實現(xiàn)了無沖擊的軟啟動。(2) PMD不僅降低了電動機的啟動電流和減小對電動機的熱沖擊負荷及對電網的影響，從而節(jié)約電能并延 長電動機的工作壽命，而且極為有效地減小了啟動時傳動系統(tǒng)對輸送膠帶的破壞性張力，消除了輸送機啟 動時產生的振蕩，還能大幅度減輕傳動系統(tǒng)本身所受到的啟動沖擊，延長膠帶、托輥等關

13、鍵部件的使用壽 命，保證了設備的安全可靠運行，有效地降低了設備維修及故障時間成本。(3) 使用PMD寸，因電機的選擇是基于運動條件而不是啟動條件，因而使電機的功率及尺寸可減小到最小， 也能夠減少不必要的設備投資和運行電費。(4) 使用PMD系統(tǒng)，可防止輸入到帶式輸送機的功率及力矩超過安全限度，以保證帶式輸送機過載時不能 運行，從而保護該系統(tǒng)的其他部件；(5) PMD啟動系數(shù)為1左右，所選擇膠帶的強度可降低 30%左右。III. 惡劣環(huán)境的適應性1 室外惡劣環(huán)境 永磁調速器的主要元件為銅盤和永磁盤，永磁材料能在惡劣的環(huán)境溫度下保持強磁場特性，在地球上的極限環(huán)境溫度不會超過土 100C，永磁調速器

14、可以在這種環(huán)境溫度下工作。而一些電子裝備，如變頻器，為了降低設備故障率，必須保證溫度和濕度恒定在某個范圍，因而需要使用 專門的房間，防靜電、安裝精密空調等，增加了安裝成本，增加了電能消耗，增加了維護需求和成本。2 骯臟的環(huán)境永磁調速器是非直接連接的機械調速裝置，最小氣隙寬度為1/8英寸（約0.317mm），般能在空氣中飛揚的塵粒直徑不會大于該尺寸，所以，它可以用于空氣中粉塵較高的環(huán)境，如水泥廠、礦山等；當粉塵 厚度導致機械摩擦時，可用高壓水槍沖洗。而電子或電氣式的調速裝置必須在潔凈環(huán)境工作，因此對機房環(huán)境防塵要求很高。3. 易燃易爆環(huán)境永磁調速器是機械式的、無摩擦傳遞扭矩的調速裝置，除執(zhí)行機構

15、使用較弱電力需要采用防爆結構外，主 功率部分絕不會產生火花或靜電，因而在易燃易爆環(huán)境下使用較為安全。適合于煤礦、油田、油船、軍械 庫、化工、礦井、高濃度粉塵工廠等使用的皮帶機、破碎機、水泵、風機、鼓風機、油泵等設備。電子或電氣式設備，工作過程中易產生靜電，火花甚至燃燒，不能在易燃易爆環(huán)境下使用，否則帶來安全 隱患。4. 高可靠要求環(huán)境因為永磁調速器元件數(shù)量少，可靠性高，因而可用于對可靠性要求高的環(huán)境，如消防、遠洋輪船、海軍艦 船、潛艇等。復雜的電子或電氣裝置不適宜于對可靠性要求高的使用環(huán)境。下圖為美國海軍在油輪、潛艇和航母上使用永磁耦合器。5 電力質量差的環(huán)境由于永磁調速器為機械式調速裝置，幾

16、乎與電力無關，當電力質量很差時，如電壓波動、電力諧波、閃變、跌落、短時間斷、雷擊、浪涌等，這些因素對電子或電氣調速裝置往往是致命的。采用永磁調速器不會因 為電力質量造成損壞。6 各種電壓、頻率等級由于永磁調速器為機械式調速裝置，幾乎與電力無關，因此，無論電機系統(tǒng)的電壓等級及工作頻率為多少，均能采用永磁調速器進行調速。永磁調速器對電機轉速比較敏感，一般在相同功率下，電機轉速越低，永 磁調速器尺寸越大。IV.不產生電力諧波及電磁干擾通常通過電子或電氣實現(xiàn)調速的裝置，基本都要通過改變電機輸入的電流頻率或波形來實現(xiàn)，如大功率或高壓變頻器一般采取可控硅整流輸入，通過PWM直流斬波實現(xiàn)輸岀頻率變換，因此有

17、很大的諧波電流，見下圖。電力諧波是電力網的嚴重污染，按照國家電力質量標準，用電設備對電網造成的總諧波電壓不得超過5%諧波電流對每次都有嚴格的限值，等效為總諧波電流也在5%8咗右，如果超過標準規(guī)定，將需要加裝高成本的有源諧波濾波器，否則將會受到電力部門的處罰，從而大幅增加安裝總成本。諧波電流電壓，因為有高于 50Hz基本分量，能造成電器元件的發(fā)熱損耗，嚴重者能造成設備誤動作， 造成功率因素補償電容燒毀、熔斷器熔斷、空氣或斷路器開關跳閘。大家知道，電動機負載是感性負載，而永磁調速器為機械式調速裝置，與電性能無關，因而，調速過程不會造成電流諧波，其功率因素取決于電機本身，這種功率因素問題僅利用配電系

18、統(tǒng)中的電容補償柜就 可以補償，不增加額外的成本。電子產品或多或少都會產生電磁干擾，通常變頻器的電磁干擾比較嚴重，在電磁兼容環(huán)境要求高的地方，為此需要巨大投資進行電磁兼容治理。永磁調速器不會產生電磁干擾。V電機不會過熱，也不需更換和改造電機從電機轉速改變的三個因素：頻率、極對數(shù)和滑差來看，改變任何一個要素將導致電機轉速改變。現(xiàn)有的調速裝置，除永磁調速和液力調速技術外，基本上都是通過改變電機本身的轉速實現(xiàn)調速的。我們 知道，電機在運轉過程中，因電能消耗，電機線圈、硅鋼片、機械摩擦都會造成電機發(fā)熱，因此，電機內 部都設計了風葉用以冷卻電機。采用改變電機轉速的技術，包括變頻器、串級調速、雙饋調速，在電

19、機低 速旋轉時，電機的發(fā)熱都很大，有時不得不使用外部風扇幫助散熱。永磁調速器是通過改變電機與負載之間的滑差實現(xiàn)調速的，也就是說，電機轉速始終維持設計轉速， 因此不會因為電機轉速下降導致電機過熱。變頻器調速，因為變頻器產生的正弦波實際是由方波疊加而成，高次諧波很多，電流的趨膚效應導致 電機線圈發(fā)熱，影響絕緣強度，應該更換絕緣等級更高的電機，如果不更換，電機的可靠性將大大下降， 甚至造成絕緣擊穿損壞，采用永磁調速技術，不會改變電機的輸入電壓、電流和頻率，因此不會要求改造 原電機系統(tǒng)。VI.降低維護成本延長系統(tǒng)設備壽命也會導致基座、管道接頭、電機系統(tǒng)的故障主要原因是振動，振動會導致軸承、油封等的加速

20、磨損, 緊固件等松動或斷裂或破損，振動還會導致產生強烈的噪聲。振動的產生，主要由于以下因素：1. 電機與負載設備連接時，軸不同心或有一定角度誤差；2. 減速機，皮帶機運行發(fā)生的振動；3. 機械設備的固有頻率的共振等等。除永磁調速器外其他的調速或調節(jié)裝置，如CST變頻器、等，因為不改變電機與負載設備的連接，因此在安裝過程中必須保證其軸的同心度，這種誤差會直接影響電機系統(tǒng)的振動。永磁調速器因為采用氣隙傳遞扭矩，電機與負載設備之間沒有剛性連接，且在機械沖擊過程中具有通 過滑差實現(xiàn)緩沖，因此極大減小了振動和噪音。經過在美國4年多的實際使用，減少了機械振動量的80%左右，客戶的維護工作量減少一半以上，因

21、設備維護維修的費用、停工損失等大大降低磁耦合技術與調速器是美國 MagnaDrive公司的專利技術 適用范圍輸出功率102500KW轉速：03600RPM實現(xiàn)負載過程控制替代變頻器進行節(jié)能改造窄小的安裝空間，和惡劣的工作環(huán)境不控電機，直接對負載進行控制.工作原理D般由三個部分組成，一是和電機連接的導磁體，二是與負載連接的永磁體，這兩個轉動體之間有一定的空氣間隙，三是一個執(zhí)行器，執(zhí)行器包括手動 和信號電控兩種。通過執(zhí)行器調節(jié)兩個轉體之間空氣間隙的大小，通過負載扭矩的調節(jié)實現(xiàn)負載輸岀速度的控制。D是通過調節(jié)扭矩來實現(xiàn)速度控制，電機輸岀到PMD的扭矩和PMD輸岀到負載的扭矩是相等的。這樣，我們可以根

22、據(jù)負載實際運行過程中扭矩的大小來調機輸出端（PMD輸入端的扭矩）。負載要求扭矩小，電機輸出扭矩小，相應輸出功率也小。瀚入速度（電機端）和輸岀速度（負載端）是不一樣的，PMD兩個轉體之間的空氣間隙的存在，使得輸岀速度要比輸入速度小，這叫"滑差”，滑差大小傳遞扭矩的大小也達成了速度控制的目的。PMD接到一個控制信號后，如壓力，流量，液面高度等信號傳到PMD的執(zhí)行器，執(zhí)行器對信號進行識別和轉換后，調節(jié)導磁體與永磁體之間的間隙大小，根據(jù)適時的負載輸入扭矩的要求，調節(jié) PMD輸入端的扭矩大小，來最終改變電機輸岀功率大小，實現(xiàn)電機節(jié)能和提高電機工作效率。.技術優(yōu)勢優(yōu)秀的節(jié)能效果，可根據(jù)負載類型實

23、現(xiàn)25%66%的節(jié)能效果?？傮w運行成本低。電機能實現(xiàn)更為平穩(wěn)和漸進的柔性啟動/停止對各種負載可以實現(xiàn)精確控制與調節(jié)，精度達到0.1%有過載保護功能，有效地保護電機。與變頻器相比，獨特優(yōu)點穩(wěn)定性和可靠性比 VFD高，在大功率情況下尤其突出。在負載要求中，高速運轉，功率50KW代替VFD優(yōu)勢明顯。在惡劣的工作環(huán)境中的適應力和免維護性，是VFD不具備的。與VFD相比，能消除電機的諧波干擾，提高電機的工作效率。在電壓降低時，VFD可能無法工作，但PMD不受影響。PMD則不會出現(xiàn)此問題低轉速時，VFD降低電機的轉速，同時降低散熱風扇的效率，可能造成電機過熱,VFD因為諧波問題，需要交流電機，造價高，PM

24、D則無此問題。與VFD相比，能消除電機與負載之間的振動傳遞。與VFD相比，維護和保養(yǎng)費用低。與VFD相比，能有效延長傳動系統(tǒng)各主要部件（如軸承，密封等）壽命。允許最大5mm勺軸對心偏差。永磁調速是目前最先進的調速節(jié)能技術永磁調速是一種非機械聯(lián)接的調速節(jié)能技術， 降低系統(tǒng)的運行和維護成本；減 少振動，軟啟動，解決電機堵轉問題；有效的 性，是一項投入產出比最高的 節(jié)能技術。節(jié) 能效率高，維護少， 提高系統(tǒng)的安全性和可靠1 永磁調速原理永磁調速的基本結構如圖一所示，主要 永磁調速是目前最先進的調速節(jié)能技術永磁調速是一種非機械聯(lián)接的調速節(jié)能技術， 降低系統(tǒng)的運行和維護成本；減 少振動，軟啟動，解決電機

25、堵轉問題；有效的 性，是一項投入產出比最高的 節(jié)能技術。節(jié) 能效率高，維護少， 提高系統(tǒng)的安全性和可靠1 永磁調速原理永磁調速的基本結構如圖一所示，主要由兩部分組成：一部分是安裝在負載側 在動力側的銅轉子，銅轉子與磁轉子沒有任何機械接觸，基本結構如圖二 以自由獨立旋轉，當動力側的銅轉子旋轉時，銅轉子和磁轉子產生相 對 線從而產生渦電流，渦電流產生感應磁場與永磁體相互作用，產的磁轉子；另一部分是安裝。工作原理：銅轉子和磁轉子可 運動，銅轉子在磁場中切割磁力生扭 矩，從而帶動負載旋轉工作。磁轉子和銅轉子之間沒有任何機械連接， 存在氣隙，永磁調速就 是通過 調節(jié)磁轉子與銅轉子之間氣隙的大小， 就可以控制傳遞扭矩的大小，而獲得可調節(jié)，可控制 、可重復 的負載轉速，實