夏榮海

摘 要 本文介紹了永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)，并通過與其他調(diào)速方式優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比，證明了該技術(shù)的可行性。

關(guān)鍵詞 永磁;渦流;柔性傳動(dòng);調(diào)速;節(jié)能;可靠性

中圖分類號(hào)：THl33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0065-03

現(xiàn)階段，泵、風(fēng)機(jī)等轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備為實(shí)現(xiàn)“變速”，通常使用“變頻器”或“液力偶合器”，但安裝變頻器的綜合成本較高，而使用液力偶合器的能耗損失較大?！坝来艤u流柔性傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)”是一種新型的變頻傳動(dòng)技術(shù)，它是依靠改變“永磁渦流聯(lián)軸器”磁場(chǎng)的大小來調(diào)節(jié)定頻電機(jī)與負(fù)載設(shè)備之間的傳動(dòng)轉(zhuǎn)速，這種技術(shù)最大的益處就是能耗低、可靠性強(qiáng)，早期它被應(yīng)用在美國軍艦上。

1 永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)的基本原理

永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)基本原理就是遵循磁感應(yīng)基本定律，即：“楞次定律”。當(dāng)定頻電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)體盤旋轉(zhuǎn)時(shí)與安裝在負(fù)載端的永磁盤產(chǎn)生切割磁力線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而在導(dǎo)體盤中產(chǎn)生渦流，該渦流在導(dǎo)體盤周圍生成反感磁場(chǎng)，從而帶動(dòng)永磁盤旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)能量的空中傳遞。技術(shù)原理見圖1。

圖1 永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)基本原理圖

2 永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器的結(jié)構(gòu)及調(diào)速工作原理

1）永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器（即永磁渦流聯(lián)軸器）構(gòu)成。

①永磁轉(zhuǎn)子組件：內(nèi)含稀土磁，與負(fù)載連接。

②導(dǎo)體轉(zhuǎn)子組件：與電機(jī)連接。

③執(zhí)行組件：由電動(dòng)執(zhí)行器及傳動(dòng)杠桿組成。電動(dòng)執(zhí)行器可接收控制系統(tǒng)（如DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)）發(fā)出的指令信號(hào)，通過傳動(dòng)杠桿執(zhí)行定位永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的氣隙間距。

④輪轂和縮緊盤：高強(qiáng)度鎖緊盤將輪轂固定在電機(jī)軸和負(fù)載軸上。

執(zhí)行組件外觀圖見圖2，永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器結(jié)構(gòu)見

圖3。

2）調(diào)速工作原理。

位于負(fù)載裝置一側(cè)的永磁盤（強(qiáng)力稀土磁）和位于傳動(dòng)裝置一側(cè)的導(dǎo)體盤產(chǎn)生的感應(yīng)電流在交互作用下產(chǎn)生扭力。設(shè)備負(fù)載側(cè)和傳動(dòng)側(cè)之間無連接，扭力通過氣隙從傳動(dòng)端（定頻電機(jī)）傳向負(fù)載端（泵或風(fēng)機(jī)）。氣隙的大小影響著感應(yīng)扭力的大小，氣隙越小則感應(yīng)扭力越大，氣隙越大則感應(yīng)扭力越小，這樣通過執(zhí)行組件改變氣隙間距就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)扭力的精確控制，從而達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載設(shè)備轉(zhuǎn)速的目的。

圖2 執(zhí)行組件外觀圖

圖3 永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖

3 永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)特點(diǎn)

1）節(jié)能、無極調(diào)速。自身不消耗電能，無需外接電源，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能，節(jié)電率為10-50%;無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍較廣。

2）可靠性強(qiáng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，維修率低，幾乎是免維護(hù)產(chǎn)品。

3）柔性啟動(dòng)。柔性啟動(dòng)，減少電機(jī)的沖擊電流，延長設(shè)備使用壽命。

4）減少振動(dòng)傳遞。永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)采用氣隙而不是采用硬機(jī)械連接傳動(dòng)扭矩，氣隙能有效隔離振動(dòng)的傳遞，最大限度地減小磨損，因此可以連接沖擊負(fù)載。

5）能夠在惡劣環(huán)境下運(yùn)行。能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，包括電網(wǎng)電壓波動(dòng)大、諧波嚴(yán)重、易燃易爆、潮濕、粉塵等場(chǎng)所。對(duì)環(huán)境友好，不產(chǎn)生污染物，不產(chǎn)生諧波。

6）具有過載保護(hù)功能。由于電機(jī)和負(fù)載軸沒有直接的物理連接，對(duì)于沖擊型負(fù)載及有堵轉(zhuǎn)可能的設(shè)備具有緩沖和自動(dòng)過載保護(hù)的功能，減少電機(jī)被燒損的概率，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，完全消除了系統(tǒng)因過載而導(dǎo)致的設(shè)備損壞。

7）安裝簡(jiǎn)便。對(duì)電機(jī)和負(fù)載的連接精度要求大大降低，允許有較大的安裝對(duì)中誤差（最大可為5 mm），大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試過程。設(shè)備體積小，安裝簡(jiǎn)便。

4 與變頻器成本對(duì)比

大唐國際王灘發(fā)電公司對(duì)安裝永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器與變頻器進(jìn)行了成本綜合對(duì)比，數(shù)據(jù)如表1。

根據(jù)以上表內(nèi)數(shù)據(jù)對(duì)比可以得出，雖然選用變頻器的設(shè)備購置成本低于選用永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器，但在設(shè)備運(yùn)行10年的總成本（包括設(shè)備購置、安裝、運(yùn)營成本）上，選用變頻器則遠(yuǎn)高于選用永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器。因此從長久看，使用“永磁渦流傳動(dòng)設(shè)備”更節(jié)省資金。

5 應(yīng)用分析

2014年3月，大唐國際唐山熱電公司2號(hào)機(jī)組A熱網(wǎng)循環(huán)泵安裝了永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器。現(xiàn)場(chǎng)安裝照片如圖4。

3月14日，唐熱公司對(duì)2號(hào)機(jī)A熱網(wǎng)循環(huán)泵進(jìn)行了試運(yùn)，試運(yùn)前熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行工況如下：1號(hào)機(jī)A熱網(wǎng)循環(huán)泵，2號(hào)機(jī)D熱網(wǎng)循環(huán)泵滿負(fù)荷運(yùn)行。熱網(wǎng)母管壓力0.87MPa，原熱網(wǎng)母管流量6977t/h，擴(kuò)供母管流量2642t/h。永磁渦流調(diào)速器冷卻水流量控制在7.5～8.0m3/h，冷卻水壓力0.135～0.14MPa。啟動(dòng)2號(hào)機(jī)A熱網(wǎng)循環(huán)泵，該泵配套為額定轉(zhuǎn)速989r/min的定頻電機(jī)，泵的初始轉(zhuǎn)速設(shè)定為10%，就地顯示330r/min，隨后迅速帶滿負(fù)荷運(yùn)行，泵轉(zhuǎn)速設(shè)定為100%，就地顯示977r/min，電機(jī)電流為150A，經(jīng)過半小時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行后，發(fā)出逐漸降低永磁渦流調(diào)速器負(fù)載端設(shè)備轉(zhuǎn)速的指令。測(cè)量結(jié)果如表2。

圖4 安裝永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器的水泵

表2 試運(yùn)數(shù)據(jù)表

為了便于圖表顯示，按泵出、入口壓力，熱網(wǎng)母管壓力均放大100倍，熱網(wǎng)總流量縮小100倍，制作熱網(wǎng)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速指令與電機(jī)流量、泵出入口壓力、供熱母管壓力、供熱母管流量對(duì)應(yīng)參數(shù)曲線如圖5。

從以上試運(yùn)數(shù)據(jù)表及參數(shù)曲線圖可知：1）永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器在65%～58%轉(zhuǎn)速指令范圍內(nèi)，熱網(wǎng)循環(huán)泵電機(jī)電流變化顯著，原因分析是泵的流量在此區(qū)間變化幅度很大。2）轉(zhuǎn)速指令、泵的實(shí)際轉(zhuǎn)速、泵流量和電機(jī)電流四者之間并不是完美的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系：在100%～65%轉(zhuǎn)速指令區(qū)間，隨著指令的下降，泵的轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流和泵流量下降幅度較小;在65%～55%轉(zhuǎn)速指令區(qū)間，隨著指令的下降，泵轉(zhuǎn)速、泵流量和電機(jī)電流快速下降;在54%～38%轉(zhuǎn)速指令區(qū)間，隨著指令的下降，泵轉(zhuǎn)速、泵流量和電機(jī)電流變化幅度再次減小。3）在38%以下轉(zhuǎn)速指令區(qū)間，泵的轉(zhuǎn)速基本維持在初始轉(zhuǎn)速，不受轉(zhuǎn)速指令控制;轉(zhuǎn)速指令為“0”時(shí)，并不能停泵，泵的轉(zhuǎn)速仍維持在277r/min，只有在電機(jī)停運(yùn)時(shí)，泵才能完全停止運(yùn)行。4）泵的轉(zhuǎn)速始終小于電機(jī)的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。

圖5 熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行參數(shù)曲線圖

6 結(jié)論

永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器的節(jié)能效果比液力偶合器好，購置、安裝、運(yùn)營的總成本比變頻器低。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，柔性傳動(dòng)，減振性好，能夠在惡劣環(huán)境下運(yùn)行，安裝簡(jiǎn)便，使用壽命長，不產(chǎn)生諧波，可與DCS等系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控。但該調(diào)速器的轉(zhuǎn)速指令百分?jǐn)?shù)與負(fù)載設(shè)備的轉(zhuǎn)速、介質(zhì)流量、電機(jī)電流不能很好的線性對(duì)應(yīng)，也就是說不能精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)負(fù)載設(shè)備的轉(zhuǎn)速和介質(zhì)流量;實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無極調(diào)節(jié)也只能是在一定范圍內(nèi)，不能使負(fù)載設(shè)備完全達(dá)到“0”轉(zhuǎn)速，只有在電機(jī)停運(yùn)后，負(fù)載設(shè)備才能完全停止運(yùn)轉(zhuǎn);而且在不加裝升速變速箱情況下，負(fù)載設(shè)備的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)小于傳動(dòng)端定頻電機(jī)的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。故永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)適合應(yīng)用在只需粗略調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或流量的負(fù)載設(shè)備上，如：水泵、風(fēng)機(jī)、皮帶機(jī)、磨煤機(jī)等。永磁傳動(dòng)技術(shù)的最大特點(diǎn)是能耗低、可靠性強(qiáng)，所以它在電力行業(yè)的應(yīng)用前景還是十分廣泛的。

參考文獻(xiàn)

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[2]謝天宇.火電廠汽輪機(jī)運(yùn)行調(diào)試檢修與維護(hù)手冊(cè)[M].銀聲音像出版社，2004.

[3]何建民.電業(yè)應(yīng)用文書寫作[M].中國電力出版社，2001.

[4]ROBERT SMOCK.新技術(shù)用于改進(jìn)現(xiàn)役汽輪機(jī)[J].Power Engineering，1989（5）.

[5]潘懷德.汽輪機(jī)本體檢修[M].中國電力出版社，2008.endprint

摘 要 本文介紹了永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)，并通過與其他調(diào)速方式優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比，證明了該技術(shù)的可行性。

關(guān)鍵詞 永磁;渦流;柔性傳動(dòng);調(diào)速;節(jié)能;可靠性

中圖分類號(hào)：THl33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0065-03

現(xiàn)階段，泵、風(fēng)機(jī)等轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備為實(shí)現(xiàn)“變速”，通常使用“變頻器”或“液力偶合器”，但安裝變頻器的綜合成本較高，而使用液力偶合器的能耗損失較大?！坝来艤u流柔性傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)”是一種新型的變頻傳動(dòng)技術(shù)，它是依靠改變“永磁渦流聯(lián)軸器”磁場(chǎng)的大小來調(diào)節(jié)定頻電機(jī)與負(fù)載設(shè)備之間的傳動(dòng)轉(zhuǎn)速，這種技術(shù)最大的益處就是能耗低、可靠性強(qiáng)，早期它被應(yīng)用在美國軍艦上。

1 永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)的基本原理

永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)基本原理就是遵循磁感應(yīng)基本定律，即：“楞次定律”。當(dāng)定頻電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)體盤旋轉(zhuǎn)時(shí)與安裝在負(fù)載端的永磁盤產(chǎn)生切割磁力線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而在導(dǎo)體盤中產(chǎn)生渦流，該渦流在導(dǎo)體盤周圍生成反感磁場(chǎng)，從而帶動(dòng)永磁盤旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)能量的空中傳遞。技術(shù)原理見圖1。

圖1 永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)基本原理圖

2 永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器的結(jié)構(gòu)及調(diào)速工作原理

1）永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器（即永磁渦流聯(lián)軸器）構(gòu)成。

①永磁轉(zhuǎn)子組件：內(nèi)含稀土磁，與負(fù)載連接。

②導(dǎo)體轉(zhuǎn)子組件：與電機(jī)連接。

③執(zhí)行組件：由電動(dòng)執(zhí)行器及傳動(dòng)杠桿組成。電動(dòng)執(zhí)行器可接收控制系統(tǒng)（如DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)）發(fā)出的指令信號(hào)，通過傳動(dòng)杠桿執(zhí)行定位永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的氣隙間距。

④輪轂和縮緊盤：高強(qiáng)度鎖緊盤將輪轂固定在電機(jī)軸和負(fù)載軸上。

執(zhí)行組件外觀圖見圖2，永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器結(jié)構(gòu)見

圖3。

2）調(diào)速工作原理。

位于負(fù)載裝置一側(cè)的永磁盤（強(qiáng)力稀土磁）和位于傳動(dòng)裝置一側(cè)的導(dǎo)體盤產(chǎn)生的感應(yīng)電流在交互作用下產(chǎn)生扭力。設(shè)備負(fù)載側(cè)和傳動(dòng)側(cè)之間無連接，扭力通過氣隙從傳動(dòng)端（定頻電機(jī)）傳向負(fù)載端（泵或風(fēng)機(jī)）。氣隙的大小影響著感應(yīng)扭力的大小，氣隙越小則感應(yīng)扭力越大，氣隙越大則感應(yīng)扭力越小，這樣通過執(zhí)行組件改變氣隙間距就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)扭力的精確控制，從而達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載設(shè)備轉(zhuǎn)速的目的。

圖2 執(zhí)行組件外觀圖

圖3 永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖

3 永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)特點(diǎn)

1）節(jié)能、無極調(diào)速。自身不消耗電能，無需外接電源，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能，節(jié)電率為10-50%;無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍較廣。

2）可靠性強(qiáng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，維修率低，幾乎是免維護(hù)產(chǎn)品。

3）柔性啟動(dòng)。柔性啟動(dòng)，減少電機(jī)的沖擊電流，延長設(shè)備使用壽命。

4）減少振動(dòng)傳遞。永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)采用氣隙而不是采用硬機(jī)械連接傳動(dòng)扭矩，氣隙能有效隔離振動(dòng)的傳遞，最大限度地減小磨損，因此可以連接沖擊負(fù)載。

5）能夠在惡劣環(huán)境下運(yùn)行。能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，包括電網(wǎng)電壓波動(dòng)大、諧波嚴(yán)重、易燃易爆、潮濕、粉塵等場(chǎng)所。對(duì)環(huán)境友好，不產(chǎn)生污染物，不產(chǎn)生諧波。

6）具有過載保護(hù)功能。由于電機(jī)和負(fù)載軸沒有直接的物理連接，對(duì)于沖擊型負(fù)載及有堵轉(zhuǎn)可能的設(shè)備具有緩沖和自動(dòng)過載保護(hù)的功能，減少電機(jī)被燒損的概率，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，完全消除了系統(tǒng)因過載而導(dǎo)致的設(shè)備損壞。

7）安裝簡(jiǎn)便。對(duì)電機(jī)和負(fù)載的連接精度要求大大降低，允許有較大的安裝對(duì)中誤差（最大可為5 mm），大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試過程。設(shè)備體積小，安裝簡(jiǎn)便。

4 與變頻器成本對(duì)比

大唐國際王灘發(fā)電公司對(duì)安裝永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器與變頻器進(jìn)行了成本綜合對(duì)比，數(shù)據(jù)如表1。

根據(jù)以上表內(nèi)數(shù)據(jù)對(duì)比可以得出，雖然選用變頻器的設(shè)備購置成本低于選用永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器，但在設(shè)備運(yùn)行10年的總成本（包括設(shè)備購置、安裝、運(yùn)營成本）上，選用變頻器則遠(yuǎn)高于選用永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器。因此從長久看，使用“永磁渦流傳動(dòng)設(shè)備”更節(jié)省資金。

5 應(yīng)用分析

2014年3月，大唐國際唐山熱電公司2號(hào)機(jī)組A熱網(wǎng)循環(huán)泵安裝了永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器?，F(xiàn)場(chǎng)安裝照片如圖4。

3月14日，唐熱公司對(duì)2號(hào)機(jī)A熱網(wǎng)循環(huán)泵進(jìn)行了試運(yùn)，試運(yùn)前熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行工況如下：1號(hào)機(jī)A熱網(wǎng)循環(huán)泵，2號(hào)機(jī)D熱網(wǎng)循環(huán)泵滿負(fù)荷運(yùn)行。熱網(wǎng)母管壓力0.87MPa，原熱網(wǎng)母管流量6977t/h，擴(kuò)供母管流量2642t/h。永磁渦流調(diào)速器冷卻水流量控制在7.5～8.0m3/h，冷卻水壓力0.135～0.14MPa。啟動(dòng)2號(hào)機(jī)A熱網(wǎng)循環(huán)泵，該泵配套為額定轉(zhuǎn)速989r/min的定頻電機(jī)，泵的初始轉(zhuǎn)速設(shè)定為10%，就地顯示330r/min，隨后迅速帶滿負(fù)荷運(yùn)行，泵轉(zhuǎn)速設(shè)定為100%，就地顯示977r/min，電機(jī)電流為150A，經(jīng)過半小時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行后，發(fā)出逐漸降低永磁渦流調(diào)速器負(fù)載端設(shè)備轉(zhuǎn)速的指令。測(cè)量結(jié)果如表2。

圖4 安裝永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器的水泵

表2 試運(yùn)數(shù)據(jù)表

為了便于圖表顯示，按泵出、入口壓力，熱網(wǎng)母管壓力均放大100倍，熱網(wǎng)總流量縮小100倍，制作熱網(wǎng)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速指令與電機(jī)流量、泵出入口壓力、供熱母管壓力、供熱母管流量對(duì)應(yīng)參數(shù)曲線如圖5。

從以上試運(yùn)數(shù)據(jù)表及參數(shù)曲線圖可知：1）永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器在65%～58%轉(zhuǎn)速指令范圍內(nèi)，熱網(wǎng)循環(huán)泵電機(jī)電流變化顯著，原因分析是泵的流量在此區(qū)間變化幅度很大。2）轉(zhuǎn)速指令、泵的實(shí)際轉(zhuǎn)速、泵流量和電機(jī)電流四者之間并不是完美的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系：在100%～65%轉(zhuǎn)速指令區(qū)間，隨著指令的下降，泵的轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流和泵流量下降幅度較小;在65%～55%轉(zhuǎn)速指令區(qū)間，隨著指令的下降，泵轉(zhuǎn)速、泵流量和電機(jī)電流快速下降;在54%～38%轉(zhuǎn)速指令區(qū)間，隨著指令的下降，泵轉(zhuǎn)速、泵流量和電機(jī)電流變化幅度再次減小。3）在38%以下轉(zhuǎn)速指令區(qū)間，泵的轉(zhuǎn)速基本維持在初始轉(zhuǎn)速，不受轉(zhuǎn)速指令控制;轉(zhuǎn)速指令為“0”時(shí)，并不能停泵，泵的轉(zhuǎn)速仍維持在277r/min，只有在電機(jī)停運(yùn)時(shí)，泵才能完全停止運(yùn)行。4）泵的轉(zhuǎn)速始終小于電機(jī)的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。

圖5 熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行參數(shù)曲線圖

6 結(jié)論

永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器的節(jié)能效果比液力偶合器好，購置、安裝、運(yùn)營的總成本比變頻器低。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，柔性傳動(dòng)，減振性好，能夠在惡劣環(huán)境下運(yùn)行，安裝簡(jiǎn)便，使用壽命長，不產(chǎn)生諧波，可與DCS等系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控。但該調(diào)速器的轉(zhuǎn)速指令百分?jǐn)?shù)與負(fù)載設(shè)備的轉(zhuǎn)速、介質(zhì)流量、電機(jī)電流不能很好的線性對(duì)應(yīng)，也就是說不能精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)負(fù)載設(shè)備的轉(zhuǎn)速和介質(zhì)流量;實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無極調(diào)節(jié)也只能是在一定范圍內(nèi)，不能使負(fù)載設(shè)備完全達(dá)到“0”轉(zhuǎn)速，只有在電機(jī)停運(yùn)后，負(fù)載設(shè)備才能完全停止運(yùn)轉(zhuǎn);而且在不加裝升速變速箱情況下，負(fù)載設(shè)備的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)小于傳動(dòng)端定頻電機(jī)的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。故永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)適合應(yīng)用在只需粗略調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或流量的負(fù)載設(shè)備上，如：水泵、風(fēng)機(jī)、皮帶機(jī)、磨煤機(jī)等。永磁傳動(dòng)技術(shù)的最大特點(diǎn)是能耗低、可靠性強(qiáng)，所以它在電力行業(yè)的應(yīng)用前景還是十分廣泛的。

參考文獻(xiàn)

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[5]潘懷德.汽輪機(jī)本體檢修[M].中國電力出版社，2008.endprint

摘 要 本文介紹了永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)，并通過與其他調(diào)速方式優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比，證明了該技術(shù)的可行性。

關(guān)鍵詞 永磁;渦流;柔性傳動(dòng);調(diào)速;節(jié)能;可靠性

中圖分類號(hào)：THl33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0065-03

現(xiàn)階段，泵、風(fēng)機(jī)等轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備為實(shí)現(xiàn)“變速”，通常使用“變頻器”或“液力偶合器”，但安裝變頻器的綜合成本較高，而使用液力偶合器的能耗損失較大?！坝来艤u流柔性傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)”是一種新型的變頻傳動(dòng)技術(shù)，它是依靠改變“永磁渦流聯(lián)軸器”磁場(chǎng)的大小來調(diào)節(jié)定頻電機(jī)與負(fù)載設(shè)備之間的傳動(dòng)轉(zhuǎn)速，這種技術(shù)最大的益處就是能耗低、可靠性強(qiáng)，早期它被應(yīng)用在美國軍艦上。

1 永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)的基本原理

永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)基本原理就是遵循磁感應(yīng)基本定律，即：“楞次定律”。當(dāng)定頻電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)體盤旋轉(zhuǎn)時(shí)與安裝在負(fù)載端的永磁盤產(chǎn)生切割磁力線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而在導(dǎo)體盤中產(chǎn)生渦流，該渦流在導(dǎo)體盤周圍生成反感磁場(chǎng)，從而帶動(dòng)永磁盤旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)能量的空中傳遞。技術(shù)原理見圖1。

圖1 永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)基本原理圖

2 永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器的結(jié)構(gòu)及調(diào)速工作原理

1）永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器（即永磁渦流聯(lián)軸器）構(gòu)成。

①永磁轉(zhuǎn)子組件：內(nèi)含稀土磁，與負(fù)載連接。

②導(dǎo)體轉(zhuǎn)子組件：與電機(jī)連接。

③執(zhí)行組件：由電動(dòng)執(zhí)行器及傳動(dòng)杠桿組成。電動(dòng)執(zhí)行器可接收控制系統(tǒng)（如DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)）發(fā)出的指令信號(hào)，通過傳動(dòng)杠桿執(zhí)行定位永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的氣隙間距。

④輪轂和縮緊盤：高強(qiáng)度鎖緊盤將輪轂固定在電機(jī)軸和負(fù)載軸上。

執(zhí)行組件外觀圖見圖2，永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器結(jié)構(gòu)見

圖3。

2）調(diào)速工作原理。

位于負(fù)載裝置一側(cè)的永磁盤（強(qiáng)力稀土磁）和位于傳動(dòng)裝置一側(cè)的導(dǎo)體盤產(chǎn)生的感應(yīng)電流在交互作用下產(chǎn)生扭力。設(shè)備負(fù)載側(cè)和傳動(dòng)側(cè)之間無連接，扭力通過氣隙從傳動(dòng)端（定頻電機(jī)）傳向負(fù)載端（泵或風(fēng)機(jī)）。氣隙的大小影響著感應(yīng)扭力的大小，氣隙越小則感應(yīng)扭力越大，氣隙越大則感應(yīng)扭力越小，這樣通過執(zhí)行組件改變氣隙間距就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)扭力的精確控制，從而達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載設(shè)備轉(zhuǎn)速的目的。

圖2 執(zhí)行組件外觀圖

圖3 永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖

3 永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)特點(diǎn)

1）節(jié)能、無極調(diào)速。自身不消耗電能，無需外接電源，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能，節(jié)電率為10-50%;無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍較廣。

2）可靠性強(qiáng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，維修率低，幾乎是免維護(hù)產(chǎn)品。

3）柔性啟動(dòng)。柔性啟動(dòng)，減少電機(jī)的沖擊電流，延長設(shè)備使用壽命。

4）減少振動(dòng)傳遞。永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)采用氣隙而不是采用硬機(jī)械連接傳動(dòng)扭矩，氣隙能有效隔離振動(dòng)的傳遞，最大限度地減小磨損，因此可以連接沖擊負(fù)載。

5）能夠在惡劣環(huán)境下運(yùn)行。能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，包括電網(wǎng)電壓波動(dòng)大、諧波嚴(yán)重、易燃易爆、潮濕、粉塵等場(chǎng)所。對(duì)環(huán)境友好，不產(chǎn)生污染物，不產(chǎn)生諧波。

6）具有過載保護(hù)功能。由于電機(jī)和負(fù)載軸沒有直接的物理連接，對(duì)于沖擊型負(fù)載及有堵轉(zhuǎn)可能的設(shè)備具有緩沖和自動(dòng)過載保護(hù)的功能，減少電機(jī)被燒損的概率，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，完全消除了系統(tǒng)因過載而導(dǎo)致的設(shè)備損壞。

7）安裝簡(jiǎn)便。對(duì)電機(jī)和負(fù)載的連接精度要求大大降低，允許有較大的安裝對(duì)中誤差（最大可為5 mm），大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試過程。設(shè)備體積小，安裝簡(jiǎn)便。

4 與變頻器成本對(duì)比

大唐國際王灘發(fā)電公司對(duì)安裝永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器與變頻器進(jìn)行了成本綜合對(duì)比，數(shù)據(jù)如表1。

根據(jù)以上表內(nèi)數(shù)據(jù)對(duì)比可以得出，雖然選用變頻器的設(shè)備購置成本低于選用永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器，但在設(shè)備運(yùn)行10年的總成本（包括設(shè)備購置、安裝、運(yùn)營成本）上，選用變頻器則遠(yuǎn)高于選用永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器。因此從長久看，使用“永磁渦流傳動(dòng)設(shè)備”更節(jié)省資金。

5 應(yīng)用分析

2014年3月，大唐國際唐山熱電公司2號(hào)機(jī)組A熱網(wǎng)循環(huán)泵安裝了永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器?，F(xiàn)場(chǎng)安裝照片如圖4。

3月14日，唐熱公司對(duì)2號(hào)機(jī)A熱網(wǎng)循環(huán)泵進(jìn)行了試運(yùn)，試運(yùn)前熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行工況如下：1號(hào)機(jī)A熱網(wǎng)循環(huán)泵，2號(hào)機(jī)D熱網(wǎng)循環(huán)泵滿負(fù)荷運(yùn)行。熱網(wǎng)母管壓力0.87MPa，原熱網(wǎng)母管流量6977t/h，擴(kuò)供母管流量2642t/h。永磁渦流調(diào)速器冷卻水流量控制在7.5～8.0m3/h，冷卻水壓力0.135～0.14MPa。啟動(dòng)2號(hào)機(jī)A熱網(wǎng)循環(huán)泵，該泵配套為額定轉(zhuǎn)速989r/min的定頻電機(jī)，泵的初始轉(zhuǎn)速設(shè)定為10%，就地顯示330r/min，隨后迅速帶滿負(fù)荷運(yùn)行，泵轉(zhuǎn)速設(shè)定為100%，就地顯示977r/min，電機(jī)電流為150A，經(jīng)過半小時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行后，發(fā)出逐漸降低永磁渦流調(diào)速器負(fù)載端設(shè)備轉(zhuǎn)速的指令。測(cè)量結(jié)果如表2。

圖4 安裝永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器的水泵

表2 試運(yùn)數(shù)據(jù)表

為了便于圖表顯示，按泵出、入口壓力，熱網(wǎng)母管壓力均放大100倍，熱網(wǎng)總流量縮小100倍，制作熱網(wǎng)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速指令與電機(jī)流量、泵出入口壓力、供熱母管壓力、供熱母管流量對(duì)應(yīng)參數(shù)曲線如圖5。

從以上試運(yùn)數(shù)據(jù)表及參數(shù)曲線圖可知：1）永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器在65%～58%轉(zhuǎn)速指令范圍內(nèi)，熱網(wǎng)循環(huán)泵電機(jī)電流變化顯著，原因分析是泵的流量在此區(qū)間變化幅度很大。2）轉(zhuǎn)速指令、泵的實(shí)際轉(zhuǎn)速、泵流量和電機(jī)電流四者之間并不是完美的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系：在100%～65%轉(zhuǎn)速指令區(qū)間，隨著指令的下降，泵的轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流和泵流量下降幅度較小;在65%～55%轉(zhuǎn)速指令區(qū)間，隨著指令的下降，泵轉(zhuǎn)速、泵流量和電機(jī)電流快速下降;在54%～38%轉(zhuǎn)速指令區(qū)間，隨著指令的下降，泵轉(zhuǎn)速、泵流量和電機(jī)電流變化幅度再次減小。3）在38%以下轉(zhuǎn)速指令區(qū)間，泵的轉(zhuǎn)速基本維持在初始轉(zhuǎn)速，不受轉(zhuǎn)速指令控制;轉(zhuǎn)速指令為“0”時(shí)，并不能停泵，泵的轉(zhuǎn)速仍維持在277r/min，只有在電機(jī)停運(yùn)時(shí)，泵才能完全停止運(yùn)行。4）泵的轉(zhuǎn)速始終小于電機(jī)的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。

圖5 熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行參數(shù)曲線圖

6 結(jié)論

永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速器的節(jié)能效果比液力偶合器好，購置、安裝、運(yùn)營的總成本比變頻器低。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，柔性傳動(dòng)，減振性好，能夠在惡劣環(huán)境下運(yùn)行，安裝簡(jiǎn)便，使用壽命長，不產(chǎn)生諧波，可與DCS等系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控。但該調(diào)速器的轉(zhuǎn)速指令百分?jǐn)?shù)與負(fù)載設(shè)備的轉(zhuǎn)速、介質(zhì)流量、電機(jī)電流不能很好的線性對(duì)應(yīng)，也就是說不能精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)負(fù)載設(shè)備的轉(zhuǎn)速和介質(zhì)流量;實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無極調(diào)節(jié)也只能是在一定范圍內(nèi)，不能使負(fù)載設(shè)備完全達(dá)到“0”轉(zhuǎn)速，只有在電機(jī)停運(yùn)后，負(fù)載設(shè)備才能完全停止運(yùn)轉(zhuǎn);而且在不加裝升速變速箱情況下，負(fù)載設(shè)備的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)小于傳動(dòng)端定頻電機(jī)的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。故永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)適合應(yīng)用在只需粗略調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或流量的負(fù)載設(shè)備上，如：水泵、風(fēng)機(jī)、皮帶機(jī)、磨煤機(jī)等。永磁傳動(dòng)技術(shù)的最大特點(diǎn)是能耗低、可靠性強(qiáng)，所以它在電力行業(yè)的應(yīng)用前景還是十分廣泛的。

參考文獻(xiàn)

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