永磁调速技术在电厂辅机应用上的节能分析

王野+李矞辉

摘 要：本文介绍了永磁调速器的结构组成、工作原理及性能特点，并以离心式风机为例分析了永磁调速器的节能原理。将永磁调速器应用于某电厂的一次风机、引风机和锅炉给水泵等辅机中，对改造后的运行效益进行了估算，预计节能效果显著。

关键词：永磁调速器；电厂辅机；节能

近年来，随着稀土永磁材料性能的不断提升，多种不同的永磁设备开始出现并被投入使用，其中永磁调速器就是一种可实现离心风机或水泵调速节能的永磁设备[1-2]。

永磁调速器结构主要包括导体转子、永磁转子以及调节器，图1为永磁调速系统示意图。导体转子与电机相连，具有与电机相同的转速和转向；永磁转子与负载相连；导体转子和永磁转子同轴安装，并且之间存在圆环状气隙，两者可做相对旋转运动。在永磁调速器工作过程中，电机带动导体转子旋转，与永磁转子之间产生相对运动，永磁转子所产生的磁力线被导体转子中的导体环切割，从而产生涡流，永磁体所产生的磁场与这种涡流产生的感应磁场之间发生作用，使得永磁体转子产生同方向的运动，即永磁转子随导体转子同向旋转，从而将电机的转速和转矩输出给负载。负载的转速和转矩的大小由永磁转子和导体转子的啮合面积决定，啮合面积越大，传递的扭矩越大，负载转速越高。

永磁调速器有如下特点[3]：

1）节能，永磁调速器应用在离心式负载系统中，根据不同的运行要求，节电率可达10%～60%；

2）可靠性高，结构简单，使用寿命长；

3）非接触传递扭矩，传动平稳，减少系统振动和噪声；

4）对使用环境要求低，可安装在高温、低温、潮湿、粉尘含量高等恶劣环境中；

5）可实现电机的轻载启动，对负载的冲击小；也可以实现过载保护，提高系统的运行可靠性；

6）安装简单，对中精度要求低，运行维护成本低。

永磁调速器不仅可以用于离心式风机、泵类设备的调速节能，也可实现双机功率平衡、限矩和过载保护、耦合及减振等功能。所以在电力、钢铁、化工、造纸等领域逐渐得到广泛的应用，尤其是在电厂辅机上的应用越来越多。

1 系统概述

现对某电厂中辅机进行永磁调速改造，所需要改造的设备为城市生活垃圾综合处理工程中与焚烧线配套的一次风机、引风机和给水泵。

在电厂中，通过一次风机将空气加压，靠风压把煤粉或其他焚烧材料吹入炉膛燃烧；引风机主要是用来从锅炉中吸收燃烧后的热空气，给锅炉造成负压，将热空气通过各种净化处理排入大气；锅炉给水泵主要是给锅炉提供补给水、各种降温水和反冲洗水。所以，一次风机、引风机和给水泵是电厂辅机中的关键设备，也是衡量电厂节能降耗和设备自动化水平的重要指标。

电厂中一次风机、引风机和给水泵等重要辅机通常运行在额定工况，能源消耗很大。辅机在工作过程中一般是通过阀门或风门等装置实现流量调节，因此会产生很大的节流损失。

这些辅机的工作效率也通常不理想。辅机工作过程中容易出现振动过大的现象，且存在较大的磨损并产生持续噪声，设备需要经常停机保养和维修，降低了工作效率。

2 节能分析

2.1 永磁调速器的节能原理

图2为某离心式风机的管网特性与工作性能曲线，R1、R2为风门调节前后的管网特性曲线，n1、n2为转速分别是n1、n2时的风机性能曲线。

管网特性曲线与风机性能曲线的交点即风机的运行工作点。假设A点为风机的正常工作点，风机流量为Q1，当风机流量需调节至Q2时，对永磁调速器改造前后的功率消耗分析如下：

1）改造前采用风门调节，通过关小风门，将流量降至Q2，风机工作点从点A移至点B，封闭图形OQ2BH2面积即为此时风机功率；

2）改造后通过永磁调速器调速调节，其管网特性并不发生改变，但特性曲线将下移，转速由n1降至n2，风机的工作点从点A移至点C，此时封闭图形OQ2CHE面积即为风机功率。

由此可以看出，对风机流量进行调节的方式中，采用永磁调速器调节具有明显的节能效果。

2.2 改造方案

本项目工程配置及现场参数如表1所示。

以电机功率和转速为主要选型依据，选择的永磁调速器型号及参数见表2。

2.3 效益估算

对该电厂辅机设备改造前后不同运行状态下的耗电量进行分析比较，从而进行效益估算。永磁调速器改造后效益估算如表3所示。由表3可以看出，永磁調速改造后，将具有显著的节能效果。

3 结论

永磁调速器由于其具有显著的节能效果、简单的结构总成，以及较高的安全可靠性能，被广泛应用于火力发电厂的各类风机、水泵等离心式负载，推动了企业的节能环保发展进程，给企业带来明显的经济收益。

参考文献

[1] 王玉良. 国外永磁传动技术的发展[J]. 磁性材料及器材， 2001， 32（4）： 45-46.

[2] Rens J， Atallah K， Howe D. A novel magnetic harmonic gear[C]. Proceeding of IEEE InternationalElectric Machines and Drives Conference， Antalya， Turkey， 2007： 698-703.

[3] 赵勇， 张春杰， 王刚， 等. 电厂闭式水泵永磁调速器改造的经济效益分析[J]. 华电技术， 2015， 37（3）： 38-41.