永磁線圈調速與永磁渦流調速技術性能對比

曾慶峰（中國石油天然氣股份有限公司規劃總院）

永磁線圈調速與永磁渦流調速技術性能對比

曾慶峰（中國石油天然氣股份有限公司規劃總院）

永磁調速是近年來電動機調速系統中發展起來的突破性新技術，調速措施對提高機泵運行效率、降低電耗具有重要意義。介紹了永磁渦流調速技術與永磁線圈調速技術的原理、特點、應用效果，分析了永磁渦流調速技術的優勢、實際應用中存在的不足以及永磁線圈調速技術升級改進，并對比分析了兩種永磁調速技術的主要性能，旨在增進對新技術的認識，為企業選擇相關技術提供參考。

永磁渦流調速技術；永磁線圈調速技術；溫升

引言

離心式負載是石油石化行業中應用最廣泛的負載類型，例如循環水泵、引風機等，是電能消耗的重點設備之一。據統計，煉油廠離心機泵電耗為全廠耗電的55%[1]。大部分離心式機泵額定參數大于實際需求，且常年處于恒速運行狀態，早期通常都是以閥門或風門擋板調節所需流量與壓力，節流損失大，效率低。根據離心泵的比例定律[2]可知，流量與轉速成正比，功率與轉速的立方成正比；因此，為提高機泵運行效率、降低電耗，采取調速措施具有重要意義。目前，機泵調速主要有變頻調速、液力耦合調速、永磁調速三種方式。永磁調速是近年來電動機調速系統中發展起來的突破性新技術，克服了變頻調速易產生諧波干擾等先天不足，具有運行可靠、機械磨損少等優點，對生產平穩運行和節能降耗具有積極促進意義[3]。

目前，永磁調速技術主要有永磁渦流調速和永磁線圈調速兩類。永磁渦流調速技術在國內石油石化、電力等行業得到了推廣應用，取得了較好的效果；但由于轉差功率消耗在導體上，存在損耗功率使導體發熱導致調速器溫度升高等問題，需通過水冷或油冷等冷卻措施降溫。山東某企業開發的永磁線圈調速技術徹底解決了永磁渦流調速技術“溫升”問題，不但具有永磁渦流調速技術的優點，而且還具有重載啟動，大范圍調速、效率高、恒扭矩傳動等功能，擴展了永磁調速技術應用范圍。

1 永磁渦流調速技術

永磁渦流調速器主要由安裝在電動機軸上的導體轉子、負載軸上的永磁轉子及控制器三部分組成。其中，導體轉子和磁轉子可以自由地獨立旋轉，控制器是指調整磁盤與銅盤之間氣隙的執行機構（圖1）。

圖1 永磁渦流調速器結構示意

永磁調速基本原理遵循楞次定律。當電動機帶動導體轉子旋轉時，永磁轉子與其產生相對運動，導體轉子在磁場中作切割磁力線運動，交變磁場通過氣隙在導體轉子上產生渦流，渦流又在其上產生反感應磁場。永磁渦流調速技術原理是通過渦流產生的感應磁場與永磁場的相互作用，帶動永磁轉子沿著與導體轉子相同的方向旋轉，進而在負載側輸出軸上產生扭矩，帶動負載做旋轉運動，從而實現電動機與負載之間的無接觸轉矩傳輸[4]。這種轉矩傳輸運動是不同步的，即與負載相連的永磁轉子轉速永遠小于與電動機軸相聯的導體轉子轉速，轉速差稱為滑差。

永磁渦流調速技術與變頻調速相比，節能效果基本相當（大于80%轉速時，效率最高；低速運行時，節能效果比變頻器差）；由于永磁渦流調速技術的無機械連接、磁場傳遞扭矩的工作原理，具有無諧波干擾、維護運行成本低、性能可靠、使用壽命長、系統減震效果好、占用空間小、電動機-泵對準精度要求低、安裝容易且安裝施工費用低等優勢。

1）運行維護簡單，故障率低。永磁渦流調速裝置運行中基本沒有特殊維護要求，備件更換率非常低，遠遠比同類調速產品（液力耦合器、變頻器）的故障率低、備件更換費用少，可減少企業的維護運行費用和非計劃停機損失。

2）解決了風機振動等造成的相關問題，大大降低了系統故障率。因為機械安裝要求，傳統的傳動或調速裝置必須對電動機和水泵進行精密軸對中校準，否則系統安裝后，易因軸不同心引起強烈的機械振動和噪音，并會造成軸承、油封等部件的加速磨損，增加維修成本。永磁渦流調速裝置通過氣隙傳遞扭矩，可有效隔離80%振動，延長電動機和負載壽命，可容忍較大的安裝對中誤差，最大偏差可達5 mm左右。

3）永磁渦流調速裝置對電網沒有諧波干擾，不損傷電動機，不影響電網功率因數。

4）可空載啟動或軟啟動，電動機啟動電流小、時間短，對電網無沖擊。

5）可靠性高，使用壽命長，主體部件設計壽命達20年。

目前，永磁渦流調速技術已經在上海石化、燕山石化、鎮海煉化、大慶煉化、廣西石化等40多個煉化企業進行了應用，取得了較好的節能效果。例如，上海石化烯烴部2號乙烯裝置裂解爐風機采用永磁調速技術改造后，運行平穩，節能率31%。

由于轉差功率消耗在導體上，永磁渦流調速裝置存在損耗功率使導體發熱導致調速器溫度升高等問題，需通過水冷或油冷等冷卻措施降溫；不適合重載啟動，速差大時損耗大,傳遞扭矩小。

2 永磁線圈調速技術

永磁線圈調速裝置由永磁轉子、線圈轉子及控制器三部分組成。

永磁線圈調速與永磁渦流調速技術原理相似，均為滑差調速。其中，線圈轉子相當于永磁渦流調速裝置中的導體轉子。通過接通（斷開）線圈，形成電流回路，使線圈中電流產生（不產生）的電磁場與原永磁場相互作用傳遞扭矩，則離合器合（離合器離）；通過控制線圈中電流大小，控制傳遞扭矩大小，達到調速目的；線圈中產生轉差功率可引出反饋回供電端，達到節電效果，并保證線圈溫升始終處于電動機正常工作的溫升范圍。對短時間軟啟動調速或小功率的傳動，用戶不需節電，可將引出的轉差功率消耗在控制柜內電阻上。

永磁線圈調速技術解決了渦流永磁調速技術瓶頸“溫升”難題，還將永磁渦流調速技術中原本發熱的渦流能量轉變成電能回饋供電端，更加節電（比變頻器節電3%左右），無需水冷、油冷等附加冷卻裝置，無需間隙調節執行機構。

表1 主要調速技術性能對比

◇重載啟動功能強大，啟動轉矩達200%以上；

◇無溫升，綜合節電性能高，比變頻器高2%～4%；

◇對電網無諧波污染（轉差功率不反饋時），或者諧波污染小、沖擊小（轉差功率反饋時）。

永磁線圈調速、永磁渦流調速、變頻調速及液力耦合技術性能對比見表1。

目前，永磁線圈調速技術已經在電力、煤炭、鋼鐵、石化等行業進行應用，取得了顯著的節能效果，同時促進了生產的平穩運行。例如，某煤炭企業額定功率2500 kW的除塵風機采用永磁線圈調速器取代液力耦合器后，整體系統大為簡化，運行平穩，年節電600×104kWh，節電率約29%；某石化企業循環泵采用永磁線圈調速技術進行改造，省去了永磁渦流調速技術所需采用的水冷系統，運行平穩，節電率約30%。

3 總結

近年來，永磁渦流調速技術在國內進行了推廣應用，在節能增效、促進設備長周期運行等方面取得了顯著效果，但由于轉差功率消耗在導體上，存在損耗功率使導體發熱導致調速器溫度升高等問題。永磁線圈調速器與永磁渦流調速器技術原理相似，是其升級換代技術，具有后者技術優勢；同時解決了“溫升”瓶頸，簡化了運行系統，還可將原本發熱的渦流能量轉變成電能回饋供電端，具有更好的節電效果，在石油石化行業具有良好的應用前景。

[1]李貴賢，范宗良，毛麗萍.化工節能技術問答[M].北京：化學工業出版社，2009：116．

[2]薛敦松.石油化工廠設備檢修手冊（泵）[M].北京：中國石化出版社，2007：16．

[3]趙曉坤，戴鑫，段洪濤，等.永磁調速技術在火力發電廠電動機領域的應用與研究[J].內蒙古石油化工，2011（23）：112-113．

[4]王洪濱，劉文華，杜江，等.永磁調速節能技術在大功率循環水泵上的應用[J].節能技術，2014，32（2）：178-180．

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.006

2017-02-20
（編輯 張興平）

曾慶峰，工程師，2010年畢業于中國石油大學（北京），從事石油石化節能節水技術研究工作，E-mail：zengqingfeng@petrochina. com.cn，地址：北京市海淀區志新西路3號，100083。