磁力耦合器及永磁调速设备安装及应用

王乃充，金广林，杨胜利

（中国石油吉林石化公司乙二醇厂水汽车间，吉林吉林 132022）

0 引言

永磁磁力耦合驱动以外的传动方式的其优点为简单、方便、安全、结构紧凑、传动平稳，效率高。但在所需风量因季节不同而变化时，引用磁力耦合器及永磁调速装置显得非常有必要，并能有效解决风量不能调节问题及长轴因同心度偏差引起轴损坏隐患故障问题发生。永磁磁力耦合驱动系统较变频器系统而言，不仅达到了调速的目的，同时也较变频系统、液力耦合器动改投资少及实现对环保要求达标。现老装置设备无调速功能，针对高质量发展需要，增设调速功能，升级至永磁磁力耦合驱动系统。

1 磁力耦合器调速

（1）优势。通过增设永磁装置，达到动力电机和运行设备间无机械连接，从而实现动力输出运行设备做功输送物料的装置。

（2）补充现役不足。从永磁理论上看，通过调整装置间的间距，即气隙就能实现设备运行转数的变化，实现无法变化设备转数不能调节循环水温度的不足。

（3）气隙调速。适应各种恶劣环境，不产生污染物，体积小，安装方便，通过调节气隙改变转速，转速调节可以在（600～1487）r/min 调节。节电效果显著，同时配置缓冲的软启动，也可以减少电机的冲击电流，延长设备使用寿命。

2 特点

现役装置设备是由电机与连轴器相连，装置风机连轴器长约2 m，再因为室外设备、东北地芡四季交替温度变化大，很容易出现电机和设备连轴器间的径向偏差，偏差造成接振动，严重时会损坏连接螺栓，发生不及时的话还会造成连轴器脱开隐患发生。引用此设备能消除上述隐患。即使电机本身引起的振动也不会引起负载端振动，使整个系统的振动问题得到有效降低。

3 与变频器比较

（1）变频器概念。通过改变电机电源频率实现调速手段。通过安装变频电机和控制变频器，形成变频控制整个系统，以100%额定负载在10%～100%额定速度范围内连续运行来实现调速。

（2）对相邻系统影响。变频装置会产生一些以50/60Hz 为倍数谐波，这些谐波将会使电压波形失真，电压波形失真导致周围敏感电子设备不工作，同时谐波电流会使系统总功率因数降低15%以上，因而影响节电效果，在装有变频装置的系统需满功率运行时不但不节电反而费电。而装有调速型永磁涡流传动装置的系统没有上述问题等因素影响。

（3）节电。同样工况下相比，调速型永磁涡流传动装置比变频装置节电多5%左右。

（4）可调范围宽。在负载要求中，低速运转（额定转速的30%以下）的工况下，变频装置无法工作，即使工作也无调速精度可言，而调速型永磁涡流传动装置没有这些限制，它可安全的使电机在低速环境中正常运行并对其进行无级调速。

（5）原件故障率低。因变频装置为电气原件，众所周知，电气元件更新换代很快，随着时间的推移，可能一些易坏的零件如电路板等很难或根本找不到配件，同时变频装置对工作环境要求比较严格。而调速永磁涡流传动装置的工作环境适应能力很强和几乎免维护性能，是变频装置做不到的。

（6）电机损伤小。目前的变频装置系统，大部分的使用方为降低设备购置成本，不配置变频电机，而是继续使用原有的三相异步电机。在实际工作中，变频装置降低电机的转速，使三相异步电机脱离额定转速运行，而此种电机的转速与扭矩、功耗之间是非线性关系，所以使电机的运行效率大大降低。另外，变频装置是通过以每秒10 000 到20 000 个从0 V 瞬时升到最高电压的电压脉冲驱动电机的。这种频繁的电压突变导致电机绕组绝缘老化，最终导致绕组故障。调速型永磁涡流传动装置不存在这些问题。

（7）安装距离不受限。在50 Hz 或60 Hz 的电力分布系统上，电机绕组和电缆的阻抗低。变频装置输出的电压脉冲含有能达到兆赫的高频谐波。这样的高频谐波在绕组与电缆间反射改变了阻抗。反射的谐波与进来的谐波相加会产生谐波共振，谐波共振导致电压峰值倍增。一般安装长度在50 m 以内的电缆比较安全，安装长度在50 m 以外的电缆会有电压倍增的问题。因此，变频装置的安装地点是有要求的，而调速型永磁涡流传动装置本身不用电，老机组改造只需电机后移即可。

（8）无污染。变频装置是产生谐波污染的污染源，调速型永磁涡流传动装置绿色环保，无任何污染，符合国家的产业政策。

4 磁力耦合器与液力偶合器比较

（1）绿色环保。液力偶合器用油、易泄漏、污染环境；永磁涡流传动装置不用油、无泄漏，是绿色环保产品。

（2）机械损失小。液力偶合器自身损失大：滑差损失，传递力矩时工作油的摩擦及冲击损失，油泵耗功损失，自身机械损失；而永磁涡流传动装置只有滑差损失和自身机械损失；故，永磁涡流传动装置相对液力偶合器而言节能效果多10%左右。

5 技术方案

5.1 理论基础

永磁调速器装置是安装在电机和工作机之间的一种传动元件，它是由铜转子、永磁转子和控制器三个部分组成。并可在电机输出转速不变的条件下，通过控制器调整铜转子与永磁转子之间的间隙，实现对工作机转速进行无级调节。并使电机的功率通过软（磁）连接，平稳而无冲击地传递给工作机。铜转子和永磁转子之间气隙越大，调速型磁力偶合器的输出扭矩越小，输出转速越低（调速型磁力偶合器的滑差越大）；铜转子和永磁转子之间气隙越小，调速型磁力偶合器的输出扭矩越大，输出转速越高（调速型磁力偶合器的滑差越小）。而控制机构可通过控制信号调节气隙的大小。

5.2 特性曲线

根据离心式工作机的特性，永磁涡流调速器装置在电机转速不变的情况下对工作机的转速进行无级调速，调速范围可在40%至工作机额定转速的97.5%，也就是调速型永磁涡流调速器装置可以根据工作机的实际工作参数的变化要求，通过改变工作机的转速来达到目的，系统中只要工作机在其额定转速以下进行工作，电机都是在节能状况下工作。

5.3 控制手段

永磁调速装置的控制方式可实现现场手动、远程手动、DCS自动。也可根据用户要求，在水泵调速应用中，参与阀门联动，配合现场控制系统，满足现场连锁要求。

6 安装

根据设计及蓝图，准备材料及备件，准备施工方案，现场组织施工，岗位派出监护人员，按照施工所需管理票证书进行现场施工监护。安装电机、永磁调速装置等设备。

7 调试

对更换后的设备进行调试，根据需要，通过永磁调速装置调节动力装置转速，从而实现控制流量（风量）或温度等，以达到目标效果。

8 维修

（1）永磁调整维修。安装永磁调速装置后系统，如需对永磁调速装置进行维修，可在电机与水泵不移动的情况下，对永磁调速装置进行拆装。

（2）原设备维修。安装永磁调速装置后的水泵系统，电机轴、水泵轴的静、动载荷与未安装永磁调速装置前维修方式相同。

9 效益计算

（1）转速的理论值计算。根据原压力和目标压力的需要，对2 个转速下压力进行试算，公式：H2=H1（n2/n1）2，即已知压力H2，H 及转速n1，可得出目标转速值n2。

（2）低转速下电机输出功率值。因永磁调速装置输入与输出的转速比就是其功率，水泵效率cosΦ 按85%计算，则此时电机的输出功率：P直流=UI，P单向交流=UIcosΦ，P三相交流=1.732UIcosΦ。

（3）节能率。在相同的工艺要求前提下，系统加装永磁调速装置后每台电机的工作电流与原工作电流差所占的比值。

（4）实例。济南炼化项目400 kW，990 r/min（图1）。该泵按每年工作7200 h，电流按变化57 A（按以上方法计算电流：略）计算，电压380 V，电费按0.41 元/（kW·h），则年节约电费94 132 元。

图1 现场照片

（5）成 本 收回。根据理论计算，使用永磁调速器后每年可节约电费9.413 2 万元，整套永磁调速器采购价格为18.5 万元，预计试用后2 年可收回试用设备成本。