欒榮華+崔守娟

摘 要：永磁調(diào)速是非機械硬連接無級調(diào)速技術，具有結構簡單、運行可靠、環(huán)境適應性好等特點，在石油化工領域有著廣泛的應用。本文簡要介紹了永磁調(diào)速器（PMD ）的工作原理，比較了其與變頻器的優(yōu)勢，本方案所涉及的75KW永磁耦合調(diào)速器是專為A化工集團1#風機進行調(diào)速控制，實現(xiàn)節(jié)能減排的設備，它具有平滑無級調(diào)速、高功率因素、高調(diào)速精度以及滑差功率逆變回收等特點。

關鍵詞：永磁調(diào)速 風機 改造 節(jié)能

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（b）-0000-00

0 引言

永磁調(diào)速器（PMD）具有高效節(jié)能，高可靠性，無剛性連接傳遞轉矩，可在惡劣環(huán)境下應用，極大減少整體系統(tǒng)振動，減少系統(tǒng)維護和延長系統(tǒng)使用壽命等特點。尤其是其不產(chǎn)生高次諧波且低速下不造成電動機發(fā)熱的優(yōu)良調(diào)速特性，更使其成為風機及泵類設備節(jié)能技術改 造 的 優(yōu) 選 之 一。

1 PMD的工作原理

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?nèi)魏我粋€要素將導致電機轉速改變。

現(xiàn)有的調(diào)速裝置，除永磁調(diào)速和液力調(diào)速技術外，基本上都是通過改變電機本身的轉速實現(xiàn)調(diào)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(nèi)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(diào)速、雙饋調(diào)速，在電機低速旋轉時，電機的發(fā)熱都很大，有時不得不使用外部風扇幫助散熱[1]。

變頻器調(diào)速，因為變頻器產(chǎn)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(diào)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)[2]。

PMD 是透過氣隙傳遞轉矩的傳動設備，電動機與負載設備轉軸之間無需機械連接，電動機旋轉時帶動導磁盤在裝有強力稀土磁鐵的磁盤所產(chǎn)生的強磁場中切割磁力線，在導磁盤中產(chǎn)生渦電流，該渦電流在導磁盤上產(chǎn)生反向磁場，拉動導磁盤與磁盤的相對運動，從而實現(xiàn)了電動機與負載之間的轉矩傳輸。執(zhí)行器調(diào)節(jié)兩個轉體之間空氣間隙的大小，通過負載轉矩的調(diào)節(jié)實現(xiàn)負載輸出速度的控制，電動機輸出到 PMD 的轉矩和 PMD 輸出到負載轉矩相等。根據(jù)負載實際運行過程中轉矩的大小調(diào)整電動機輸出端 （ PMD 輸入端的轉矩） 。PMD 輸入速度 （ 電動機端） 和輸出速度 （ 負載端） 不一樣，原因是由于PMD兩個轉體之間的空氣間隙的存在使得輸出速度要比輸入速度小，即產(chǎn)生滑差，滑差大小決定傳遞轉矩的大小，從而實現(xiàn)了電機與負載之間的轉矩傳輸。

2 永磁調(diào)速器改造方案

由于電機轉矩與轉速的二次方成正比，功率與轉速的三次方成正比，因此通過對輸出負載轉速的調(diào)節(jié)可以大幅降低負載功率。75KW永磁耦合調(diào)速器就是利用對輸出負載轉速的調(diào)節(jié)降低負載輸出功率，同時通過逆變、濾波和變壓器調(diào)壓的手段重新將收集到的滑差功率輸入到一個22KW的負載水泵上，實現(xiàn)節(jié)能。

（1）系統(tǒng)組成

A化工集團1#風機由電機控制室安裝的變頻器直接控制，由于變頻器頻繁故障，目前處于硬啟動且全速工作狀態(tài)，急需進行節(jié)能改造。

75KW永磁耦合調(diào)速器由三個部分組成：永磁耦合器、調(diào)速控制器以及逆變變壓器，應用其對A化工集團1#風機進行節(jié)能改造安裝示意圖如圖2。在原有電機控制基礎上，電機與負載之間安裝永磁耦合器，實現(xiàn)傳動輸出；在調(diào)速控制室安裝調(diào)速控制器，控制永磁耦合器轉速輸出；調(diào)速控制室與電機控制室通過控制電纜連接，實現(xiàn)起動和停止信號的傳輸。

（2）電氣改造

圖1 75KW永磁耦合調(diào)速器電氣改造框圖

如圖1所示，W3、W6電纜A集團目前已經(jīng)存在，不用更改。

W1電纜為連接調(diào)速控制器與永磁耦合器的電纜，兩頭分別固定在控制器（調(diào)速控制室）和耦合器（冷卻塔）上，線長約100米。W2電纜為調(diào)速控制器供電電纜，需要連接380V交流電到設備上，線長約10米。W4電纜為調(diào)速控制器逆變電纜，需要連接逆變變壓器上，線長約5米。W5電纜為滑差功率逆變驅動負載水泵的連接電纜，線長約20米。W7為控制電纜，連接電機高壓控制柜（電機控制室）和調(diào)速控制器（調(diào)速控制室），主要獲取驅動電機高壓柜里邊的電機起動信號，只有當調(diào)速控制器檢測到驅動電機已經(jīng)起動完畢后，才能進行后續(xù)的起動和調(diào)速流程。同時，當調(diào)速控制器檢測到驅動電機已經(jīng)停止或者調(diào)速控制器控制面板上輸入了停止指令后，調(diào)速控制器自動進入軟停止流程，控制電機和系統(tǒng)停止工作，線長約200米。

3 系統(tǒng)工作過程

記冷卻水泵功率為P1=75KW，負載水泵為P2=22KW，控制柜全速輸出功率為P3，電機控制室電能表輸出Q1，調(diào)速控制室電能表輸出Q2，則

（1）負載功率=P1+P2；（2）輸入功率=Q1+Q2；（3）節(jié)約功率=負載功率-輸入功率；（4）逆變功率=22KW-（Q2-P3）。

系統(tǒng)工作過程如下：（1）給驅動電機加電，實現(xiàn)電機的空載啟動；（2）調(diào)速控制器“起動”按鈕可實現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動控制，并控制系統(tǒng)進入全速工作狀態(tài)；（3）調(diào)速控制器進入調(diào)速模式，控制系統(tǒng)調(diào)速，實現(xiàn)輸出功率的調(diào)節(jié)；（4）調(diào)速控制器逆變模塊工作，將收集到的滑差功率逆變?yōu)榕c輸入電源匹配的交流電；（5）逆變變壓器將逆變后的滑差功率變壓為380V電流電，并供應一個22KW的負載水泵工作，實現(xiàn)電能的回收；（6）調(diào)速控制器“停止”按鈕可實現(xiàn)驅動電機和永磁耦合器和停止控制。

4 結束語

永磁調(diào)速技術在 A化工集團1#風機中的改造應用，效果是顯著的，其改造后的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：（1）節(jié)電降耗：根據(jù)電機運行的實際工況，通過現(xiàn)場控制實現(xiàn)轉速調(diào)節(jié)，以滿足工藝的各種工況需求。改變傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)模式，節(jié)約電能；

（2） 解決了電機振動等造成的相關問題，大大降低了系統(tǒng)的故障率，延長了電機和負載的壽命。主要是可以顯著地延長軸承和密封件的壽命，大大減少了系統(tǒng)的備品備件消耗和降低維護費用；（3）具有軟啟動/軟停機功能：可有效降低電機的啟動電流，負載可有選擇啟動/停止，大大提高系統(tǒng)啟、停性能。

永磁調(diào)速器具有較好的節(jié)能減排效果，可產(chǎn)生巨大的社會效益。在煉化企業(yè)具有較好的應用前景和推廣價值。

參考文獻

[1] 吳順根.永磁調(diào)速裝置的節(jié)能性能試驗[J].上海電力學院學報，2009，25（3）：261-263

[2] 趙國祥，馬文靜等.永磁調(diào)速驅動器在閉式冷卻水泵上的節(jié)能改造[J].節(jié)能，2010，（4）：41-43