永磁涡流柔性传动技术的应用实践

李少锋 董珍亚 王帅毫

（中国平煤神马集团平顶山京宝焦化有限公司）

永磁涡流柔性传动技术的应用实践

李少锋 董珍亚 王帅毫

（中国平煤神马集团平顶山京宝焦化有限公司）

利用永磁涡流柔性传动节能技术对大功率设备进行节能改造，不仅节能效果显著，而且可提高生产能力、延长设备寿命、降低维修率和减少运行负担。设备运行之后年节电1 600 713 kWh，相当于节约标准煤约196.57 t，该项目设备改造和技术服务总投资约54万元，可在两年内回收全部投资。

永磁涡流柔性转动调速装置 技术改造 节能

0 引言

供水系统正常运行时，经常需要根据现场生产变化和天气温度变化来调节给水量。而通过调节给水泵阀门的开闭度，即通过改变管道阻力的方式来调节流量的方式很不经济，大量电能消耗在阀门的节流阻力上，既不经济也不符合国家节能减排的号召。

若采用改变水泵转速的调节方式，在降低压力的同时减小流量，此时水泵效率仍然在高效点运行，可达到既节约电能又不影响系统运行的目的。采用永磁涡流柔性传动技术对大功率水泵实施技术改造，不仅节能效果显著，而且可以延长设备寿命、降低维修率。

1 节能调速原理

在常见的离心式负载系统正常负荷下运行时，为满足工艺的要求需要调节阀门的开度［1］，这时泵转速在额定转速下保持不变，其实质就是通过改变管路特性曲线的位置来改变泵的工况点。关小阀门时，泵工况点转移，管道局部阻力增加，相应流量减少。若通过关小阀门来控制流量时，泵自身的额定工况不变，压力特性不变，管道阻力特性则随阀门开度的大小而变化。但阀门大小的调节是以消耗泵的剩余能量来维持的，这样就造成水泵的工作效率下降，造成大量的能量损耗，不能够最大限度的提升其经济效益。若通过调节泵的转速时，保持泵的阀门最大开度不变，管路系统特性不变，而流量和压力特性随之改变。水泵的压力流量调节曲线如图1所示，其中A为泵平衡工况点，对应效率为ηA。若要减小流量，可将水泵的转速降低，此时工况点为C，对应效率ηC，泵仍处于高效区内。如果采用阀门节流的方法来调节，则工况点为B，对应效率为ηB，泵的效率下降。由此可见，在所需流量小于额定量的情况下，调速时的压力比阀门节流小，所以调速所需的轴功率也比阀门节流小，图中的阴影部分表示的就是泵调速所节约的功率。很显然，与阀门节流相比，调速的节能效果很突出，泵的工作效率更高［1］。

为了节能降耗，可以利用永磁涡流柔性传动节能技术对上述设备进行节能改造［2］。永磁涡流柔性传动调速装置可以很方便地通过调节气隙的方式调整负载的速度，实现负载流量的调整。根据离心式负载“相似定律”，流量的变化与速度的变化成正比、而功率的变化与速度变化的立方成正比，虽然速度、流量只是发生较小变化但功率却发生了较大变化，从而实现了较大的节能效果。

图1 水泵的压力流量调节曲线图

2 永磁调速装置的技术特性

2.1 最简单可靠的调速节能装置

永磁涡流柔性传动调速装置是通过调节扭矩来实现速度控制，电机输出到铜／铝导体盘的扭矩和永磁盘输出到负载的扭矩是相等的［3］。这样，我们可以根据负载实际运行过程中扭矩的大小来调整电机输出端扭矩。负载要求扭矩小，电机输出扭矩小，相应输出功率也小。

当系统正常运转时，负载端的速度根据负载需要的扭矩来改变空气间隙来调节（速度由空气间隙的宽度决定）。负载需要的能量决定电机消耗的能量。根据实际应用数据，在全速运转时，永磁涡流柔性传动装置的工作效率能达到96%以上，而通过永磁涡流柔性传动装置调速后的能耗，则降低到原来能耗的75%～33%。永磁涡流柔性传动调速装置是工程师最简单且高效率的调速选择，在某些调速范围内甚至比最高质量的变频器都要节能（变频器需计入散热，移除热量所需高耗能）。

2.2 减低振动和容许偏心

80%以上的转动设备都是由于设备在运转过程中因为轴心偏移引起的振动而出现故障的，设备的不平衡和共振也会造成设备故障。设备的振动会使密封圈损坏，造成轴承和设备的温度升高。永磁涡流柔性传动技术则通过空气间隙来传递扭矩，没有直接的物理连接，因而是一种解决振动最好的方法。

2.3 冲击型负载和堵转自动保护

由于电机和负载的轴端没有直接的物理连接，振动不会传递，对于冲击型负载及有堵转可能的过程中，具有通过滑差实现缓冲与自动保护功能［4］，故障大大减少。因此，可以很简单的解决传动系统中常见的问题。

2.4 绿色节能产品（不产生谐波和电磁干扰）

永磁涡流柔性传动装置不会受电网波动的影响，工作环境适应性很强。只要有有效的能量使电机转动，永磁涡流柔性传动装置就可以工作。同时，永磁涡流柔性传动技术也不会影响设备的电源质量。不会产生谐波，瞬时高压或者其他与电源质量有关的问题。

3 改造方案说明

3.1 设备参数

所用电机为沈阳远大电工科技集团的YKK5603－6W高压三相异步电机，电机后负载设备为水泵，电机铭牌数据和水泵铭牌数据分别见表1、表2。

表1 电机铭牌数据

表2 水泵铭牌数据

3.2 永磁涡流柔性传动调速装置性能参数

本公司所用永磁涡流柔性传动调速装置型号为WH2000，其性能参数见表3。

表3 性能参数

3.3 安装方法

永磁涡流柔性传动调速装置（ASD或WH），是安装在电机和负载之间的设备，改造容易实现，只需根据ASD或WH的规格，将电机向后移动一定的距离，按现场情况制作混凝土基础及连接底座，安装上ASD或WH即可。

采用WH2000永磁涡流柔性传动调速装置的具体改造内容如下：

1）电机基础改造。主要内容包括基础延长、钢筋固定、浇筑、凝固。

2）电缆、信号线铺设。主要内容是接入中控室实现远程控制。

3）水冷循环辅助设备安装，机旁控制箱安装。

4）主体设备安装和机旁控制箱安装。

5）调试运行。

3.4 控制方法

气隙的调整可以通过执行器来完成。根据工艺要求从负载上取出流量或压力、液位等控制信号，送到PLC系统进行PID调节计算，发出4 mA～20 mA信号送到执行器，执行器产生机械控制指令控制永磁涡流柔性传动调速装置的执行机构，改变永磁盘和导体盘之间气隙的大小，从而改变负载的速度，实现负载速度的变化。重复上述过程即可实现闭环控制。控制流程如图2所示。

图2 控制流程

3.5 应用效果

3.5.1 运行效益

改造设备投资和技术服务投资总计54万元，该项目投资的静态投资回报率为63%，预计两年内可以全部收回投资成本，同时增加了新技术应用，达到了节能降耗。

3.5.2 节电效益

改造前采用阀门调节负载方式，三相异步电动机运行电流平均为43.79 A，经计量表显示值换算运行功率平均为376.59 kWh。改造后运行电流平均为22.4 A，经计量表显示值换算运行功率平均为192.6 kWh。上述数据表明理论与实际基本吻合（考虑到实际计量误差）。

按实际显示数据每小时节电183.99 kWh，按年运行时间8 700 h计，则全年节电1 600 713 kWh，相当于年节省标准煤约196.57 t。

3.5.3 维护效益

永磁涡流柔性传动技术是在原有设备基础上增加的新技术，基本上是免维护的，所以后期几乎没有维修费用，并且操作人员为原有设备的操作人员，没有增加操作人员。每年节省维护和人工费用约6万元。

4 结论

1）利用永磁涡流柔性传动技术对大功率水泵实施节能改造后，设备运行状况良好，节电效果十分显著，电机运行电流可减少50%。

2）永磁涡流柔性传动装置相对于其它调速装置的优点不仅仅局限于节能方面。安装永磁涡流柔性传动装置后，在对系统的总体评估中，总回报提高、生产能力提高、设备寿命延长以及运行负担减少都很明显。

3）采用永磁涡流柔性传动装置对设备实施节能改造时，也要结合企业自身的实际情况，综合考虑应用本技术的可行性。

［1］ 王凯.永磁涡流柔性传动调速装置在转炉浊环水供应中的应用实例［J］.山东工业技术，2016（23）：226－226.

［2］ 钱广华，高海山.永磁调速器应用在鼓风机上的节能效果分析［J］.电气应用，2009，28（22）：24－27.

［3］ 夏荣海.永磁涡流柔性传动调速技术的应用分析［J］.硅谷，2014（22）：65－67.

APPLICATION OF PERMANENT MAGNET EDDY CURRENT FLEXIBLE TRANSMISSION TECHNOLOGY

Li Shaofeng Dong Zhenya Wang Shuaihao
（ Pingdingshan Jing Bao Coking Group Co.， Ltd of China Flat Coal Shenma Group）

Energy transformation of large power equipment using permanent magnet eddy current flexible transmission technology is carried out，not only the energy－saving effect is remarkable， but also can improve the production capacity and prolong the service life of equipment，reduce the maintenance rate and reduce the burden of running.After the operation of the equipment， the annual electricity saving is 1 600 713 kWh， equivalent to saving about 196.57 t standard coal， the total investment of the equipment transformation and technical services is about 540 thousand yuan，it can be recovered within two years of all investment.

permanent magnet eddy current flexible rotational speed regulating device technical transformation en⁃ergy saving

联系人：李少锋，本科，河南.平顶山（467494），中国平煤神马集团平顶山京宝焦化有限公司技术中心；

2017—6—15