论永磁传动调速技术的优势

唐 楠

（杭州科晟能源技术有限公司 浙江·杭州 311300）

1 永磁传动调速系统优势

1.1 系统的可靠性

永磁传动装置，性能稳定，对供电电源没有任何要求，且使用中不会对电网产生高次谐波污染，因装置本身不耗电，所以不存在电磁干扰问题。相对高压变频器：尽管变频器目前技术比较过关，但是作为一个高度复杂的电子设备而言，其运行中故障的不可预见性、不确定性还是有目共睹的。首先对环境的要求十分苛刻，专用房间要密封、防尘，夏季要有空调来保持设备正常运行所要求的温度，辅助设施投入较大。其次对供电电源有一定的要求，电子设备易受电磁干扰造成变频器设备运行的不可靠。同时在变频器运行时，对电源系统也会产生高次谐波污染，破坏电网的质量，严重时甚至影响电子设备的稳定运行，需要用户采用其他设备（滤波器）来消除。

1.2 长期运行的稳定性

永磁传动装置：具有结构简单，不受使用环境的干扰和影响，运行稳定可靠的优势。由于采用磁力耦合器时，电机与负载（引风机）之间的轴连接是非接触式的，因此，负载（引风机）的震动不会传递到电机上；也正是由于轴连接是非接触式的，所以带来了两方面的好处，一是安装时“对中”要求低；二是在长期运行中不会产生因为直接的轴连接而带来的轴承、密封的损坏，保证设备的使用，磁力耦合器表现了优越的长期运行稳定性。同时其可能的运行故障是可预见的，不会因为突发故障而给用户带来措手不及的事故。

1.3 安装及可维护性

经简单培训后，机务人员电气人员将会快速确定故障原因，并迅速自行解决故障，不必请专业公司的人来维修。其使用寿命可达30年。

1.4 经济性分析

（1）永磁传动装置①初始投资；永磁传动装置的初始投资与变频器的投资目前大致相同；②免维护，维护费用几乎为 0；③故障造成的经济损失：平均无故障时间(MTBF)比变频器要长很多，所以不会因为一次故障所造成的减负荷发电，将节能所带来的节能效益全部耗尽。

（2）变频器①初始投资：初始投资与永磁传动装置的投资相当。②维护费用相对高。③故障造成的经济损失平均无故障时间（MTBF）太短，平均每年都会因故障而造成减负荷发电、增加油耗等损失将节能所带来的经济效益全部耗尽（极有可能还要倒贴）。④需维修备件，造成了资金的占用，而且由于故障的不确定性，经常发生有的备件常年不用。由于电子元件有一定的时效性，所以过期的备件只能报废，造成资金的浪费。

（3）绕组式永磁调速技术，将转差损耗变成电能反馈到供电端再利用，一方面彻底解决转差发热问题，一方面更加节电（光此项在调速在65%～70%段时提高节电率30%）。

（4）变频器调速属电机主动调速，没有转差损耗问题，但存在变频器和电机效率都随负载和转速下降而下降问题，比如在80%转速工作的风机水泵其负载率大约为50%，变频器效率仍维持在90%以上，但电机效率只有80%，变频+电机效率只72%。如果再调速到50%转速时，此时负载率只有12.5%，此时变频效率约80%，电机的效率低于50%，变频+电机效率只40%。

从前面的分析可以看出，无论是眼前的经济利益，还是从长远经济的回报角度来考虑，磁力耦合器都具有比变频器优越得多的经济性。永磁耦合调速器与变频调速比较：在较大负载率（较小调速范围）工况下综合节电性能高2%～4%；在较小负载率（较大调速范围）工况下综合节电性效率仍维持在96%以上，此时永磁调速器节电率比变频调速高30%左右。永磁耦合调速技术在调速节能领域将最具推广前景和发展潜力。永磁调速优点显而易见，此调速方式对电能质量无要求，同时具有离合器、调速、软启动功能，并能满足节能要求（其节能效果同变频相比，效果更好，效率更高），且不会对电网运行带来影响。

2 永磁调速技术分析

在永磁调速技术中，永磁转子和导体转子间必须要有转速差的存在，否则两转子之间就不会有电磁转矩的产生。即输入转速n1始终大于输出转速n，则其转差率s为：s=（n1-n）/n1，将上式变换如下：n=n1（1-s）。

很显然，输入转速n1为定速电机的转速，是一个定值，对于永磁调速器来说是无法改变的，从上面公式中可以看出，要想改变输出转速n，即实现调速功能，就只能改变转差率s，换句话说：永磁调速器的调速实质是一种转差调速，也叫滑差调速。其调速原理就是：通过改变输出转矩的大小来改变s，当输出转矩小于负载转矩，转速就下降，反之转速就上升。改变输出转矩的大小通常有两种做法：一是改变永磁转子和导体转子间的磁通面积（套筒式）；二是改变两者之间的气隙大小（盘式）。这两种方法都需要机械执行机构。

电机学的理论已经证明了：是转差调速就存在转差功率的损耗，忽略机械损耗和杂散损耗，它与输入功率的关系如下：

Pm=sPm+(1-s)Pm

式中：Pm为输入功率，sPm为转差功率，(1-s)Pm为输出功率。

从公式中可以看出：当输入功率Pm不变时，s越大，转差功率sPm也越大，输出功率(1-s)Pm就变小。在永磁涡流调速器技术中，转差功率sPm都会作为热能在其上面散发掉，因此，当调速范围越大发热越严重。例如：当s=0.5（即调速50%）时，显然，忽略机械损耗和杂散损耗，对于恒转矩负载永磁涡流调速器的传动效率只有50%。

永磁调速器传递转矩的大小除了取决于（永磁转子提供）气隙磁密基波幅值的大小之外，还取决于导体转子电流的大小，如果能控制导体转子电流的大小，不需要机械执行机构就能实现控制输出转矩的大，绕组式永磁耦合调速器，通过集电环、碳刷与外部控制单元连接，在控制单元中引入一个可控的附加电动势并改变其幅值，这样就控制了绕组转子电流的大小，也就控制了输出转矩的大小从而达到调速的目的。

绕组式永磁耦合调速器，安装在驱动电机和负载之间，传递驱动电机的转矩以驱动负载，智能控制器通过采集负载反馈信号（包括压力、流量、液位、转矩、速度等），进行相应运算和处理后，发出相应的PID控制指令，控制绕组电流，从而实现对负载转速的调节功能。

整个控制系统为全自动控制，也可通过接受中央控制系统发送的远程控制指令进行手动或自动控制。

3 工作原理及系统构成

绕组式永磁耦合调速器整体结构由永磁转子、绕组转子和控制部分组成，采用最先进的永磁磁路技术制造成永磁转子，气隙磁场强度大而合理；绕组转子采用最新的电机技术保证结构体积小而传递转矩大。控制部分采用最新电力电子技术，因其控制电压低、变流功率小使得结构更加简单、安全可靠。

4 永磁耦合调速器与其它调速装置综合性能对比

绕组永磁优势功能：

（1）综合节电性能最高，比变频还高2%～4%。因绕组永磁耦合调速变流控制的功率只是总功率的一部分（转差功率），而变频器控制的是全部功率，因此绕组永磁耦合调速器比变频器功耗小，效率比变频器至少高2～4个百分点，系统综合效率在全转速范围内都能保持在96%以上，在调速深度大的情况时，节电性能较变频高很多。

（2）具有离合器功能。绕组永磁耦合调速器是没有机械动作的离合器，非接触没有摩擦和磨损的离合器，可现场设置过载保护量的离合器，通过电子控制离合器的接合和分离，使得离合器操控简单、可靠。对频繁负载起停可不停电机。

（3）重载软起动功能强大达2.2倍输入转矩。绕组永磁耦合调速器可利用电机过载转矩起动负载，起动转矩达220%，高于变频调速，且起动时间现场可调，允许长时间起动（变频调速做不到）。可减小选型电机功率达节电效果。

（4）可靠性最高：①本体是永磁电机结构，具有电机的可靠性。②本体绕组不通电，感应电流不存在过流。③变流装置仅控制很小的转差损耗功率（原发热功率），可靠性高。④完善的保护措施除全面完善的电子电器保护外，还有非接触式、非破坏打滑过载保护。

（5）抗干扰（不用电）、对电网谐波污染小（不到变频器的3%）。

（6）综合使用维护成本低于高压变频调速器，低于涡流式永磁耦合器。

（7）多动力单元驱动，能自动均衡负载，多台绕组永磁耦合调速器只要并联保证电压一致自动保持同一转速而不需传感器。

（8）输入转矩调速绕组永磁耦合调速可适用所有输入转矩调速（包括发动机），电机只是输入转矩产生的动力源之一，与电机进线输入电参数无任何关联。

（9）系统结构简单、尺寸小，控制容易，对环境要求低，一般厂房的自然环境即可。

5 结语

综合分析，从安装运行经济节能等角度全面考虑，永磁传动调速技术有其他调速技术无可比拟的绝对优势，是以后工业大型旋转机械调速的最佳应用选择。