北方重工皮带机永磁调速技术方案

北方重工集团皮带机永磁调速技术方案中船重工第702研究所2014年10月24日皮带机永磁调速技术方案中船重工第702研究所目录一、永磁调速技术简介...................................................................................................................11.1永磁调速器原理.................................................................................................................11.2永磁调速器自动控制原理..................................................................................................11.3永磁调速技术优点.............................................................................................................2二、调速型PMC选型与安装..........................................................................................................42.1永磁调速器选型.................................................................................................................42.2永磁调速器安装.................................................................................................................4三、调速方式对比分析...................................................................................................................6皮带机永磁调速技术方案中船重工第702研究所1一、永磁调速技术简介1.1永磁调速器原理永磁调速器是透过气隙传递转矩的革命性传动设备,电机与负载设备转轴之间无需机械连结,电机旋转时带动导磁盘在装有强力稀土磁铁的磁盘所产生的强磁场中切割磁力线，因而在导磁盘中产生涡电流(EddyCurrent),该涡电流在导磁盘上产生反感磁场，拉动导磁盘与磁盘的相对运动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。永磁调速器(APMC)基本构成如图1.1所示，主要由四部分组成：永磁转子、导磁体盘(铜或铝)、气隙执行机构、转轴连接壳与紧缩盘。永磁转子镶有永磁体(强力稀土磁铁),与负载轴连接；导磁转子是导磁体盘(铜或铝),与电机轴连接；气隙执行机构调整永磁转子与导磁盘之间的气隙；转轴连接壳与紧缩盘用以紧缩盘装置与电机及负载轴的连结。永磁转子转轴连接壳与紧缩盘导磁体盘(铜或铝)气隙调整机构(未显示执行器)图1.1永磁调速器组成原理图永磁转子和导体转子(导磁体盘)可以自由独立旋转，当导体转子旋转时，其与永磁转子产生相对运动，交变磁场通过气隙在导体转子上产生涡流，涡流在导体转子上产生反感磁场，反感磁场与永磁体磁场相互作用，从而带动永磁转子旋转，实现电机与负载之间的转矩传输。通过调节永磁体和铜导体之间的气隙就可以控制传递的转矩，获得可调整的、可控制的、可重复的负载转速，实现负载速度的调节。1.2永磁调速器自动控制原理永磁调速器通过调节两个非接触盘之间的距离，实现对负载无级调速的纯机械产品。在实际控制中，永磁调速器可配套电动执行器，由电动执行器调节主动转子与从动转子之间的距离，即可对转速实现远程控制或自动控制，以响应系统运行要求。皮带机永磁调速技术方案中船重工第702研究所2图1.2电动执行器永磁调速系统可实现压力、流量、液位等过程量的自动控制，图1.3所示为永磁调速系统自动控制原理图。流量/压力/温度传感器检测负载受控制量，利用PLC将检测量通过PID调节转换成4～20mA信号驱动角度执行机构，推动APMC的气隙调节机构动作。人机界面用于客户设定负载输出量。整个控制系统为全自动，当自动系统故障时，可由执行器手动调节气隙，通过人机界面或PLC实现远程遥控，或直接由中央控制系统(DCS)进行远程遥控。控制/反馈信号电机PLC现场控制器(或直接到DCS)压力,流量或其它控制信号风机水泵或其它负载设备执行器永磁调速器控制/反馈信号(4–20mA)反馈遥控转速人机界面图1.3永磁调速系统自动控制原理图1.3永磁调速技术优点永磁调速具有以下特点：(1)永磁调速可在30~98%的范围内对负载进行无级调速；(2)可实现过程控制，响应速度快。APMC永磁调速接收标准4~20mA信号，根据输入信号调节负载转速，满足系统需求，响应速度快；(3)空载启动，启动电流冲击小。APMC在启动时，将气隙调节到最大，实现空载启动；皮带机永磁调速技术方案中船重工第702研究所3(4)振动冲击小。由于APMC是非机械连接的调速装置，泵和电机没有机械硬连接，完全通过气隙传递扭矩，隔离了振动的传递，减小了振动；(5)可靠性高，维护少。设备结构简单，故障率低，维护成本低；(6)使用寿命长。APMC的使用寿命可达25年，可连续使用3年；(7)节能效果好。通过调节负载转速，提高效率，减少管路损失，降低电机负荷，节能效果明显，节能率达10-50%；(8)适应于各种恶劣工作环境。电网电压波动较大，谐波含量较高，易燃、易爆，潮湿，粉尘含量高，高温、低温等场所；(9)无谐波干扰。APMC为非接触性的机械联结，不会产生谐波干扰。皮带机永磁调速技术方案中船重工第702研究所4二、调速型PMC选型与安装2.1永磁调速器选型目前皮带机所用电机为1000kw，1500rpm变频电机，调速型永磁联轴器在电动机功率超过350kw，1500rpm后，永磁调速会因涡流发热，在如此高的功率下，永磁调速器采用空气冷却已经不够，需用液体冷却。本方案将采用独特的油冷型永磁调速器，型号为AOW-850，最高可匹配1500kw电机，且电机为普通高压电机即可，调速范围30-98%，调速精度3%，其基本参数如图2.1所示。油冷型永磁调速器具有以下的优点：（1）无泄漏问题：进入永磁调速器的介质全部为油，介质单一，无密封和泄漏问题；（2）无腐蚀问题：油对永磁调速器没有任何腐蚀；（3）润滑和冷却效果较好：除对永磁调速器冷却外，对永磁调速器内部所有的轴承和滑动部件采用油强制冷却和润滑，提升轴承和滑动部件的使用寿命；（4）严格的监控保护：配套的油站，严密的监控永磁调速和油站的工作状态，并有自动切换、报警和连锁功能，确保永磁调速器稳定工作。17856501575AOW图2.1AOW-850基本参数2.2永磁调速器安装1．AOW-850调速型永磁联轴器安装在电机与风机之间，使用汽轮机油冷却和润滑，需要做好下安装准备工作：（1）留足电机和负载之间安装永磁联轴器的距离，并做好基础；（2）提供温度小于33℃和一定流量的冷却水，用来冷却油站；皮带机永磁调速技术方案中船重工第702研究所5（3）准备相应数量的N32汽轮机油；（4）提前做好DCS控制逻辑；（5）预留油站位置，油站回油口与永磁调速器低点相差30cm以上；（6）准备好以下控制信号：序号名称逻辑要求接口类型数量用途1模拟给定4～20mA模拟量1路给执行器的控制信号2模拟反馈4～20mA模拟量1路执行器的位置反馈信号3模拟反馈4～20mA模拟量1路泵的转速信号4模拟反馈Pt100热电阻6路反应各温度信号至DCS5模拟反馈4～20mA模拟量1路反应冷却油压力至DCS6模拟反馈4～20mA模拟量1路反应冷却油流量至DCS7故障信号无源常开1对反应气隙执行机构故障信号8故障信号无缘常开若干反应油站的各故障报警信号9备用--模拟量2路10备用--干接点2对2.永磁调速器基本安装步骤（1）安装永磁调速器输出端和负载轴的联轴器；（2）吊装永磁调速器，与负载轴对心，固定永磁调速器；（3）安装永磁调速器输入端与电机的联轴器；（4）吊装电机与永磁调速器对心，固定电机；（5）定位油站，连接永磁调速器与油站的管路；（6）连接冷却水管；（7）给油站和电机接动力电缆；（8）连接各信号；（9）油站加油调试；（10）系统调试。皮带机永磁调速技术方案中船重工第702研究所6三、调速方式对比分析表3.1所示为液力耦合调速、变频调速和永磁调速对比表，从表中可以看出，永磁调速在可靠性、环境适应性和使用寿命上比变频调速好的多。表3.1调速方式对比表项目调速液力耦合变频调速永磁调速电压敏感否是否过载保护滑差保护过流保护滑差保护电机要求无专用变频电机无工作环境温度：5-50℃相对湿度：无温度：0-40℃相对湿度：60-90%温度：-50-100℃相对湿度：0-100%电机启动轻载启动低频带载启动空载启动电力谐波无高无频繁启停否否是对其他设备影响无轴电压无系统减振一般差好使用寿命3-5年8-10年25年防护措施防漏防燃防雷防尘不需要安装难度较难难容易占用空间大最大小故障查找难度难最难容易故障点数量多最多少维护时间长很长短皮带机永磁调速技术方案中船重工第702研究所7与变频调速传动装置方案经济性对比如下：贵公司14.2千米皮带机设计总功率8*1000kw=8000kw，我公司AOW-850调速型永磁传动装置匹配电机功率最大为1500kw，所以只需6台（6*1500kw=9000kw）AOW-850调速型永磁传动装置即可满足整台设备的动力所需。一、设备配置总费用对比如下：序号AOW-850调速型永磁传动装置1000KW变频调速传动装置1主设备采购65万元/套主设备采购（国产）40万元/套2ABB普通高压电机35万元/套ABB变频电机50万元/套3控制电缆2万元/套动力电缆6万元/套4施工费6万元/套控制电缆2万元/套5冷却装置15万元/套施工费8万元/套6土建2万元/套空调安装15万元/套7土建2万元/套合计设备配置总费用125*6=750万元设备配置总费用123*8=984万元二、设备使用成本费用对比如下：序号AOW-850调速型永磁传动装置1000KW变频调速传动装置1设备寿命25年设备寿命8年2设备折旧/年3.6万元/套设备折旧/年9.1万元/套3备件费用/年3万元/套备件费用/年10万元/套4维护费用/年1.5万元/套维护费用/年5万元/套5自身耗电/年1万元/套自身耗电/年15万元/套合计设备使用成本/年9.1*6=54.6万元设备使用成本/年39.1*8=312.8万元中国重工集团第702研究所上海分部上海市黄浦区高雄路185号联系人：于清波13801857527李冬冬18201787752