永磁调速器详解

永磁调速器一、永磁调速器概念二、永磁调速器原理三、永磁调速器应用领域四、永磁调速器应用优势五、总结一、永磁调速器概念介绍永磁调速器之前应先介绍永磁耦合器：永磁耦合器：又名磁力耦合器，是通过导体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输的装置，可实现电动机和负载间无机械连接的传动方式，其工作原理是当两者之间相对运动时，导体组件切割磁力线，在导体中产生涡电流，涡电流进而产生反感磁场，与永磁体产生的磁场交互作用，从而实现两者之间的扭矩传递。永磁调速器是在永磁耦合器的基础上加入调节机构，实现调速节能目的的一种调速机械。永磁耦合器主要部件为：永磁转子、导体转子。永磁调速器主要部件为：永磁转子、导体转子、调速机构。1二、永磁调速器工作原理永磁调速器的基本结构2020/5/27二、永磁调速器工作原理永磁驱动装置的工作原理：二、永磁调速器工作原理永磁磁力驱动技术首先由美国MagnaDrive公司在1999年获得了突破性的发展。该驱动方式与传统的同步式永磁磁力驱动技术有很大的区别，其主要的贡献是将永磁驱动技术的应用大大拓宽。它解决了旋转负载系统的对中、软启动、减震、调速、及过载保护等问题，并且使永磁磁力驱动的传动效率大大提高，可达到98.5%。永磁调速器是通过铜导体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输。该技术实现了在驱动（电动机）和被驱动（负载）侧没有机械链接。其工作原理是一端稀有金属氧化物硼铁钕永磁体和另一端感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的气隙就可以控制传递的转矩，从而实现负载速度调节。二、永磁调速器工作原理由下图所示，PMD主要由导体转子、永磁转子和控制器三部分组成。导体转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，导体转子和永磁转子之间有间隙（称为气隙）。这样电动机和负载由原来的硬（机械）链接转变为软（磁）链接，通过调节永磁体和导体之间的气隙就可实现负载轴上的输出转矩变化，从而实现负载转速变化。由上面的分析可以知道，通过调整气隙可以获得可调整的、可控制的、可以重复的负载转速。磁感应原理是通过磁体和导体之间的相对运动产生。也就是说，PMD的输出转速始终都比输入转速小，转速差称为滑差。典型情况下，在电动机满转时，PMD的滑差在1%~4%之间。二、永磁调速器工作原理永磁调速器基本结构电机负载二、永磁调速器工作原理2020/5/27实物展示电机导体转子永磁转子控制器负载（风机）二、永磁调速器工作原理2020/5/27永磁调速系统构成二、永磁调速器工作原理通过PMD（PermanentMagnetDrive），输入转矩总是等于输出转矩，因此电动机只需要产生负载所需要的转矩。PMD传输能量和控制速度的能力不受电动机轴和负载轴之间由于安装未对准原因而产生的小角度或者小偏移的影响。排除了未对准而产生的震动问题，由于没有机械链接，即使电动机本身引起的震动也不会引起负载震动，使整个系统的震动问题得到有效降低。PMD控制器通过处理各种信号实现对负载调速，包括压力、流量、皮带速度、位移等其它过程控制信号。PMD可以方便地对现有设备进行改造，不需要对现有电动机和供电电源进行任何改动，极少的现金和安装投入。安装PMD以后，对整个系统不产生电磁干扰。在大多数情况下，关闭或者拆除现有的过程控制硬件设备。负载将在最优化的速度运行，增加能源效率，减少运行和维护成本。三、永磁调速器应用范围应用领域①永磁调速器可广泛应用于发电、冶金、石化、水处理、采矿与水泥、纸浆及造纸、暖通空调、海运、灌溉等行业节能。在上述行业，应用类型为泵、风机、离心负载、散货处理、及其它机械装置，应用前景非常广阔。②2007年永磁耦合与调速驱动器从美国引进我国，在美国已大量应用于冶金、石化、采矿、发电、水泥、纸浆、海运、军舰等行业。③国内现在应用案例主要有浙江嘉兴电厂，山东海化自备热电厂,华电东华电厂,华能南京电厂,中石化北京燕山石化,枣庄煤业集团蒋庄煤矿等大型企业集团。三、永磁调速器应用领域应用场合·对于制程的需要控制流量，节省电力及管损；·起停频繁的设备对于起停频繁的设备降低损坏机率并减少损耗；·震动大的设备减少因设备连结产生的共振，并降低振动；·周期性运转的设备对于周期性的运转设备降低损坏机率并减少损耗；·有脉冲的制程对于有脉冲的制程能避免因脉冲产生的设备损坏；·有热膨胀影响的设备无需考虑因热膨胀导致对心不良或其它影响；·有冲击负荷(Shockloading)的设备对冲击负荷的设备仍能正常地运转；·高起动惯性/力矩的设备；·永磁调速器提供马达空载启动，因此对于高启动惯性之设备有良好的起动性能。四、永磁调速器应用优势㈠卓越特点之可控过程启动对于大型带式输送机，其对驱动系统的要求主要体现在启动、制动过程中能最大限度的降低系统的惯性力，并能实现过载保护和负载平衡，将带式输送机的加速、停车和运行时的胶带张力减到最小。永磁磁力耦合调速驱动(PMD)的性能完全满足这些要求，使大型带式输送机的性能达到最好。而由传统的电动机、减速器所组成的驱动装置在启动和停车过程当中输送带的带速随着电动机的转速变化而快速变化，加剧了输送机本身的振动，增大了系统的惯性力，特别是在输送带满载情况下启动更为困难，因此传统的驱动系统已经不能满足长距离、大运量的大型带式输送机需求。四、永磁调速器应用优势㈠卓越特点之可控过程启动一条皮带可以由一台电动机及一套PMD驱动，也可以由多台电动机及多套PMD驱动。驱动电动机在皮带机启动之前空载启动，此时PMD的输出轴保持不动，当驱动电动机达到满转速时，控制系统逐渐减小每台PMD的气隙，启动皮带机并逐渐加速到满速度。这使得皮带机在被加速至满速度之前有一个缓慢而均匀的预拉伸过程。四、永磁调速器应用优势㈠卓越特点之可控过程启动加速时间可以根据需要在规定范围内进行调整。启动驱动电动机可以按顺序空载启动，所以电动机的冲击电流非常小。由于驱动电动机可以根据运行负载进行选择而不必根据启动负载选择，所以PMD驱动系统可以选用功率较小的电动机。同样PMD也可以像控制皮带机的启动那样控制皮带机的停车，通过延长停车时间可以降低对胶带的动态冲击力。当驱动系统中有多台PMD时，控制系统可以确保每台驱动电机分担相同的负载。合理的功率平衡可以有效地延长整个驱动系统各部件的寿命。功率平衡是通过控制每台PMD的气隙，并允许一台或几台PMD进行轻微滑差来实现的，系统中的任何负载的增加都引起PMD产生滑差，这样驱动系统的所有部件、轴承和齿轮等都将在冲击或者过载时受到保护从而延长其使用寿命。四、永磁调速器应用优势㈡卓越特点之高可靠性①PMD在启动负载之前驱动电机空载启动，电机达到额定的速度之后，通过控制系统使每台PMD气隙逐渐缩小来缓慢、平稳地对输送带进行张紧，输送带平稳地加速到全速；使带式输送机在重载工况下可控制地逐步克服整个系统的惯性而平稳地启动；使输送带的启动非常平滑，速度由零逐渐缓慢上升，加速度为连续的，实现了无冲击的软启动。②PMD不仅降低了电动机的启动电流和减小对电动机的热冲击负荷及对电网的影响，从而节约电能并延长电动机的工作寿命，而且极为有效地减小了启动时传动系统对输送胶带的破坏性张力，消除了输送机启动时产生的振荡，还能大幅度减轻传动系统本身所受到的启动冲击，延长胶带、托辊（gun三声托辊的作用是支撑输送带和物料重量）等关键部件的使用寿命，保证了设备的安全可靠运行，有效地降低了设备维修及故障时间成本。四、永磁调速器应用优势㈡卓越特点之高可靠性③使用PMD时，因电机的选择是基于运动条件而不是启动条件，因而使电机的功率及尺寸可减小到最小，也能够减少不必要的设备投资和运行电费。④使用PMD系统，可防止输入到带式输送机的功率及力矩超过安全限度，以保证带式输送机过载时不能运行，从而保护该系统的其他部件；⑤PMD启动系数为1左右，所选择胶带的强度可降低30％左右。四、永磁调速器应用优势㈢卓越特点之恶劣环境适应性1．室外恶劣环境永磁调速器的主要元件为铜盘和永磁盘，永磁材料能在恶劣的环境温度下保持强磁场特性，在地球上的极限环境温度不会超过±100℃，永磁调速器可以在这种环境温度下工作。而一些电子装备，如变频器，为了降低设备故障率，必须保证温度和湿度恒定在某个范围，因而需要使用专门的房间，防静电、安装精密空调等，增加了安装成本，增加了电能消耗，增加了维护需求和成本。四、永磁调速器应用优势㈢卓越特点之恶劣环境适应性2．肮脏的环境永磁调速器是非直接连接的机械调速装置，最小气隙宽度为1/8英寸(约0.317mm)，一般能在空气中飞扬的尘粒直径不会大于该尺寸，所以，它可以用于空气中粉尘较高的环境，如水泥厂、矿山等；当粉尘厚度导致机械摩擦时，可用高压水枪冲洗。而电子或电气式的调速装置必须在洁净环境工作，因此对机房环境防尘要求很高。四、永磁调速器应用优势㈢卓越特点之恶劣环境适应性3.易燃易爆环境永磁调速器是机械式的、无摩擦传递扭矩的调速装置，除执行机构使用较弱电力需要采用防爆结构外，主功率部分绝不会产生火花或静电，因而在易燃易爆环境下使用较为安全。适合于煤矿、油田、油船、军械库、化工、矿井、高浓度粉尘工厂等使用的皮带机、破碎机、水泵、风机、鼓风机、油泵等设备。电子或电气式设备，工作过程中易产生静电，火花甚至燃烧，不能在易燃易爆环境下使用，否则带来安全隐患。4.高可靠要求环境因为永磁调速器元件数量少，可靠性高，因而可用于对可靠性要求高的环境，如消防、远洋轮船、海军舰船、潜艇等。复杂的电子或电气装置不适宜于对可靠性要求高的使用环境。下图为美国海军在油轮、潜艇和航母上使用永磁耦合器。四、永磁调速器应用优势㈢卓越特点之恶劣环境适应性5．电力质量差的环境由于永磁调速器为机械式调速装置，几乎与电力无关，当电力质量很差时，如电压波动、电力谐波、闪变、跌落、短时间断、雷击、浪涌等，这些因素对电子或电气调速装置往往是致命的。采用永磁调速器不会因为电力质量造成损坏。6．各种电压、频率等级由于永磁调速器为机械式调速装置，几乎与电力无关，因此，无论电机系统的电压等级及工作频率为多少，均能采用永磁调速器进行调速。永磁调速器对电机转速比较敏感，一般在相同功率下，电机转速越低，永磁调速器尺寸越大。四、永磁调速器应用优势㈣卓越特点之不产生电力谐波及电磁干扰通常通过电子或电气实现调速的装置，运行过程中都会产生很大的谐波电流。电力谐波是电力网的严重污染，按照国家电力质量标准，用电设备对电网造成的总谐波电压不得超过5%，谐波电流对每次都有严格的限值，等效为总谐波电流也在5%~8%左右，如果超过标准规定，将需要加装高成本的有源谐波滤波器，否则将会受到电力部门的处罚，从而大幅增加安装总成本。谐波电流电压，因为有高于50Hz基本分量，能造成电器元件的发热损耗，严重者能造成设备误动作，造成功率因素补偿电容烧毁、熔断器熔断、空气或断路器开关跳闸。四、永磁调速器应用优势㈣卓越特点之不产生电力谐波及电磁干扰大家知道，电动机负载是感性负载，而永磁调速器为机械式调速装置，与电性能无关，因而，调速过程不会造成电流谐波，其功率因素取决于电机本身，这种功率因素问题仅利用配电系统中的电容补偿柜就可以补偿，不增加额外的成本。电子产品或多或少都会产生电磁干扰，通常变频器的电磁干扰比较严重，在电磁兼容环境要求高的地方，为此需要巨大投资进行电磁兼容治理。永磁调速器不会产生电磁干扰。四、永磁调速器应用优势㈤卓越特点之电机不会过热，也不需更换和改造电机从电机转速改变的三个因素：频率、极对数和滑差来看，改变任何一个要素将导致电机转速改变。现有的调速装置，除永磁调速和液力调速技术外，基本上都是通过改变电机本身的转速实现调速的。我们知道，电机在运转过程中，因电能消耗，电机线圈、机械摩擦都会造成电机发热，因此，电机内部都设计了风叶用以冷却电机。采用改变电机转速的技术，包括变频器、串级调速、双馈调速，在电机低速旋转时，电机的发热都很大，有时不得不使用外部风扇帮助散热。永磁调速器是通过改变电机与负载之间的滑差实现调速的，也就是说，电机转速始终维持设计转速，因此不会因为电机转速下降导致电机过