永磁調(diào)速器應(yīng)用前景分析

曾令烈，匡俊，馬玉順

（上海市東方海事工程技術(shù)有限公司，上海 200011）

永磁調(diào)速器應(yīng)用前景分析

曾令烈，匡俊，馬玉順

（上海市東方海事工程技術(shù)有限公司，上海 200011）

永磁調(diào)速器具有緩沖啟動(dòng)、高效節(jié)能、隔離振動(dòng)及安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是21世紀(jì)出現(xiàn)的新技術(shù)。研究介紹了永磁調(diào)速器的工作原理及優(yōu)點(diǎn)，詳細(xì)分析了空冷型和液冷型永磁調(diào)速器的特性及應(yīng)用場(chǎng)合等，提出永磁調(diào)速器可滿足離心式泵機(jī)系統(tǒng)中非精確調(diào)速的要求，具有良好的市場(chǎng)前景。

永磁調(diào)速器；緩沖啟動(dòng)；空冷型；液冷型

傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)與負(fù)載之間通過機(jī)械連接傳遞扭矩，這對(duì)整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來說，需要較好的對(duì)中性，存在安裝困難、檢修困難、振動(dòng)大等問題。負(fù)載在工頻啟動(dòng)、運(yùn)行、停止時(shí)，如果無法及時(shí)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的機(jī)械噪聲、機(jī)械沖擊和振動(dòng)加劇等現(xiàn)象［1］，具有極大的破環(huán)性，將會(huì)引起各種緊固件的松動(dòng)、軸承的磨損等問題。電機(jī)與負(fù)載端一般通過減速機(jī)構(gòu)連接，方便根據(jù)負(fù)載大小，調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速。但是，常規(guī)減速機(jī)的減速比只是一組固定的值，不能實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。隨著工業(yè)傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載情況越來越復(fù)雜，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)要求也越來越高。

永磁調(diào)速技術(shù)是近年來在國(guó)內(nèi)快速發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，在國(guó)外已經(jīng)被廣泛推廣應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)生活中。永磁調(diào)速技術(shù)可實(shí)現(xiàn)“非接觸式”傳遞扭矩，具有高效節(jié)能、可靠性高、非接觸式連接、適應(yīng)各種惡劣環(huán)境、緩沖啟動(dòng)、在對(duì)中不準(zhǔn)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)、安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)少等特點(diǎn)，能有效降低振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)［2］。

1 永磁調(diào)速基本原理

永磁調(diào)速器基本結(jié)構(gòu)如圖所示，主要包括永磁轉(zhuǎn)子、導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和氣隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。永磁轉(zhuǎn)子中沿著圓周方向放置有若干矩形或扇形永磁體，永磁轉(zhuǎn)子兩側(cè)分別與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子相對(duì)。氣隙調(diào)整機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的氣隙，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速的目的。

圖永磁調(diào)速器基本結(jié)構(gòu)

安裝過程中，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與電機(jī)連接，永磁轉(zhuǎn)子與負(fù)載端連接，電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子切割磁力線，在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，感應(yīng)磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)相互作用帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。通過氣隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的氣隙，改變感應(yīng)磁場(chǎng)的大小，當(dāng)氣隙改變時(shí)，所傳遞的扭矩改變，滑差也改變，最終實(shí)現(xiàn)改變輸出轉(zhuǎn)速的目的［3］。

2 永磁調(diào)速器分類

不同的傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速有不同的要求。永磁調(diào)速器工作過程中，由于永磁調(diào)速器導(dǎo)體轉(zhuǎn)子中有感應(yīng)磁場(chǎng)的產(chǎn)生，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子中會(huì)產(chǎn)生渦電流，對(duì)于不同功率的電機(jī)，在不同的滑差下，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子發(fā)熱量也不同。根據(jù)散熱方式的不同，可分為空冷型和液冷型永磁調(diào)速器。

2.1 空冷型永磁調(diào)速器

空冷型永磁調(diào)速器采用空氣對(duì)流冷卻的方式，使得導(dǎo)體盤渦流發(fā)熱產(chǎn)生的熱量散失，為增強(qiáng)散熱能力，通常在導(dǎo)體盤上安裝散熱片。空冷型永磁調(diào)速器最大功率為355kw，1500rpm，其調(diào)速范圍為30%～98%，其輸入端、輸出端分別連到電機(jī)端和負(fù)載端，結(jié)構(gòu)非常緊湊，占用空間小，維護(hù)簡(jiǎn)單，極大地降低了生產(chǎn)成本。

2.2 液冷型永磁調(diào)速器

液冷型永磁調(diào)速器針對(duì)大功率離心式泵機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)特別設(shè)計(jì)的調(diào)速器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且可靠性高，在電機(jī)轉(zhuǎn)速固定的情況下，無級(jí)調(diào)節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)速。液冷型永磁調(diào)速器根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，主要分為水冷型永磁調(diào)速器和油冷型永磁調(diào)速器。

水冷型永磁調(diào)速器利用導(dǎo)體轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以離心方式引導(dǎo)穩(wěn)定的冷卻水經(jīng)過傳動(dòng)元件，帶走傳動(dòng)件工作過程中產(chǎn)生的熱量。與空冷型相比，由于水的高比熱容，其散熱效果非常好。采用水作為散熱介質(zhì)，則必須增加冷卻水循環(huán)系統(tǒng)等［4］。但是，在高速旋轉(zhuǎn)過程中，部分水在離心力的作用下，以極高的速度灑出，可能對(duì)傳動(dòng)組件產(chǎn)生高速切割的作用，對(duì)材料強(qiáng)度要求極高。調(diào)速器各零部件大多數(shù)是金屬材料，部分轉(zhuǎn)動(dòng)件的軸承需要用油脂潤(rùn)滑，故要對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)完全隔絕，防止冷卻水對(duì)潤(rùn)滑油脂的稀釋和對(duì)零部件腐蝕。

油冷型永磁調(diào)速器是利用油作為冷卻介質(zhì)來冷卻傳動(dòng)元件。冷卻油管系統(tǒng)簡(jiǎn)單，只需要將冷卻油輸送到導(dǎo)體轉(zhuǎn)子外側(cè)的油槽，冷卻油在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)作用下，經(jīng)過傳動(dòng)元件，從導(dǎo)體轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)回油槽甩出。油冷型永磁調(diào)速器的潤(rùn)滑油和冷卻油采用同一種介質(zhì)，均通過調(diào)速器底部的回油箱體回油，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無水冷型的腐蝕、汽化及潤(rùn)滑不良導(dǎo)致的卡死等問題。

3 應(yīng)用場(chǎng)合

在小功率及中等功率（355kw以內(nèi)）的離心式泵機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于滑差的原因，有一定的發(fā)熱量，空氣對(duì)流的冷卻方式能及時(shí)帶走熱量，保證永磁體的溫度滿足不退磁的要求。因此，空冷型永磁調(diào)速器適用于小功率及中等功率的離心式泵機(jī)系統(tǒng)中。

在大功率（355kw以上）的離心式泵機(jī)系統(tǒng)中，由于功率較大，渦流產(chǎn)生的熱量也較大，空氣對(duì)流的冷卻方式已無法滿足散熱要求，必須采用液冷型永磁調(diào)速器。液冷型采用液體作為冷卻介質(zhì)，液體的比熱容高，散熱效果明顯優(yōu)于空冷型。水冷型和油冷型均可以使用，根據(jù)實(shí)際需要考慮具體選擇。

4 結(jié)語

永磁調(diào)速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)范圍廣、非接觸式連接等優(yōu)點(diǎn)，可滿足大量離心式泵機(jī)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的要求，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性，減小維護(hù)工作量，具有良好的市場(chǎng)前景和推廣價(jià)值。

［1］張鋒，楊偉，孔令禹，等.永磁渦流柔性傳動(dòng)耦合器在米東熱電廠輸煤皮帶機(jī)上的應(yīng)用［J］.科技與創(chuàng)新，2014，(18):16-17.

［2］謝蓉，石巍，許聰，等.永磁調(diào)速技術(shù)在水泥工業(yè)的應(yīng)用［J］.電氣自動(dòng)化，2013，(04):85-88.

［3］周麗萍，王向東，黃忠念.永磁調(diào)速技術(shù)在鍋爐煙氣脫硝中的應(yīng)用［J］.石油石化節(jié)能，2015，(02):27-29.

［4］葉樂志，李德勝，焦兵鋒.水冷式永磁渦流制動(dòng)裝置的仿真與試驗(yàn)［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011，（04）:101-105.

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2015-09-10