永磁調速技術在發電廠輔機節能改造中的應用分析

孫雷

摘要：永磁調速技術是近些年來發展起來的新技術，具有維護簡單、效能高等特點，對于發電廠節能技術的提高具有重要意義。本文首先闡述了永磁調速技術的原理并對其節能原理進行了研究其次根據發電廠的發電原理對永磁調速技術的應用進行了分析研究，最后提出相關改造措施。

關鍵詞：發電廠；永磁調速；節能

0引言

發電廠是隨著人類對電力需求的增長，通過電機技術的應用，將自然界的各種能源通過發電機、輔機及其他設備進行轉換，從而獲得電能的工廠。但是發電廠在發電的過程中，其輔機消耗的電能大大影響了發電廠發電效率，而近些年來，隨著發電廠污染問題及能源問題的日益突出，降低發電廠輔機的消耗成為發電廠可持續發展的關鍵。針對這一問題，相關學者也做了很多的研究，特別是在電機的調節方面，研究和實際應用了多種調節方案，比如機械式調節、變頻調節等。機械式調節雖然能夠降低輔機的電能，但是其調節和控制精度差、調速和線性度差；變頻調節是目前應用較為普遍的調速技術，但是其對環境的要求高，特別是在高溫高壓環境下，故障率極具增加，且容易受到諧波分量的影響，因此尋找一種新的調速技術是實現發電廠輔機節能的關鍵。

1永磁調速技術概述

1.1永磁耦合技術的基本原理

永磁調速技術是利用磁力耦合的作用實現連接扭矩的傳遞，并通過控制電機同負載的轉速差來達到節能調速的目的。耦合技術的工作原理是根據楞次定律產生的，即當永磁轉子產生的磁場時，如果導體轉子不發生運動，是不會發生作用的；而當兩者之間發生相對運動是，就會產生相應的渦電流，而在導體轉子上就會產生磁場，形成扭矩。當兩者產生扭矩時，通過氣隙機構調節兩者之間的距離，就會是磁力線的密度發生改變，扭矩也會發生相應的變化，即兩者距離越小，扭矩越大；當兩者相對運動的速度也會直接影響扭矩的大小，即相對運動越快，扭矩就越大。

1.2永磁調速器的組成

永磁調速器是永磁調速技術的重要設備，其一般由永磁轉子、銅轉子、法蘭、氣隙機構組成，而銅轉子和永磁轉子是其主要的組成部分，如圖1所示。銅轉子是通過脹緊套、法蘭來和電機進行連接，同電機的轉速相同，而永磁轉子則是同負載相連。

磁轉子和銅轉子之間的間隙可以通過自動或者手動方式來進行對氣隙調節機構進行調節。自動調節一般是在相關設備中安置傳感器，當設備的流量、壓力或者其他信號發生變化時，就將這一信息傳送給控制器，控制器根據采集到的信號及相應的控制規則輸出調節氣隙結構的信號；當氣隙調節結構的控制器收到調節信號后，就會依據信號對兩者的氣隙進行調節，進而對負載進行控制，得到調速的效果。

2永磁調速技術的節能原理

在工程設計的過程中，特別是電廠相關設施的設計中，為了保證安全，在對配置發電機輔機時，一般都按照系統負荷最大的情況進行設計。但是在實際應用的過程中，系統絕大部分情況下都是處在非滿負荷狀態，因此就會造成不必要的能量損耗。以發電廠中最常用的輔機——風機為例，依據流體力學相關知識可知，風機的轉速同其送風量是存在正比關系的，風壓則同風機轉速的平方存在正比的關系，風機的軸功率與轉速存在三次方正比。如圖2所示，風門全開時的風阻特性如圖中的曲線1，而風機處在恒定轉速下的功率-風量的關系如曲線3。如果在A點風機處于其額定工作點，也就是最節能，那么這時風機能夠輸出100%的風量，那么假如此時要求將風機的風量降低一半，那么可以采取兩種方法：

1）第一種方法是通過對入口實施節流來對其進行控制。也就是說控制是風量由Q1降低到Q2，此時風機的工作點也會由圖中的A點移到B點。但是從圖中我們可以看出，盡管達到了風量減少的目的，但是風壓卻增大了，軸功率也相應的增大，也就是說所消耗的能量比原來要大。

2）再者就是通過永磁調速技術來控制風機。如圖，通過永磁技術控制風機，使其擋板全開時，其轉速從n1減小到n2，此時的流量Q也會相應的減小，圖中代表軸功率的面積也減小，也就是說功耗明顯降低。

3永磁調速技術在輔機中的應用

綜上所述，采用永磁調速技術對輔機功率消耗的降低具有明顯的作用，因此在發電廠的改造中要充分利用永磁調速技術的優點，使輔機的節能性得到極大提高。在發電廠輔機的永磁調速改造過程中，要充分重視以下幾點：

首先，在改造的過程中，永磁調速驅動器應配置在風機與電機之間，并通過相應的控制器將兩者聯系起來，并且為了確保系統穩定及安全，應加裝相應的冷卻設施。而冷卻實施的選取過程中，要兼顧成本與穩定性兩個要求，并且要充分考慮功耗。

其次，要根據實際情況選擇不同類型的PMD，一般情況下，當發電廠電機的轉速在750到3600轉/分的情況下，調速器需要采取立式安裝的形式，但是此時需要另外考慮調試的時間；而假如調試器采取的臥式形式且屬于水冷型，那么就必須考慮相關的施工時間的影響。因為對當前發電廠改造時，電機、風機等輔機的位置較為固定，對于施工的要求比較高，大部分情況都只能采用人工挖樁的方式，因此需要的工期一般較長。特別是施工過程需要發電廠停止工作，因此容易造成對人們用電的影響，因此必須考慮施工帶給用戶的影響。

再者，要對永磁調節器進行定期的維護保養。經過改造，永磁調速器能夠降低輔機的振動，而且對輔機的整個調節過程平滑，能夠提高整個系統的穩定性。但是調速器中軸承極易受到溫度的影響，而且由于結構設計原因，長時期運行，會引起軸承起熱，進而造成軸承損壞，出現漏油的現象，這時對系統的修復顯得尤為重要。因此在實際運行工程中，首先是要做好監控和維護措施，其次就是要考慮配備應急軸承，一旦出現故障能夠及時更換，保證系統能夠穩定的運行。

4結語

發電廠是通過能源的轉化來產生電能的，因此產生的電能十分寶貴。對于輔機來說，由于設計的原因，當系統不能滿載運行時，會產生電能的浪費。永磁調速技術作為泵類、風機等離心負載調速的新技術，具有環境適應性強、可靠性高、節能性強等特點。利用永磁調速技術對發電廠輔機進行改造，不僅能夠降低能源的消耗，而且能夠避免高次諧波的影響，最重要的是具有極強的調速性，是電廠改造的理想選擇。

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