欧洲杯预选赛·高科技与产业化

　　在资源紧缺、节能减排呼声高涨的今天，节能运行已经成为国内外调速领域的研究热点和国家主要推广的节能技术方向之一。

　　从传动技术角度来看，调速运行是国际公认的最佳节能方式。目前大型旋转机械实现调速运行的实际应用，主要有两种途径：一是原动机调速运行，包括直流电动机调速、三相异步电动机的变极调速/变压调速/变频调速、绕线转子电机的串极调速\串电阻调速、电动机与电磁转差离合器和直流励磁电源三部分组成的电磁调速、以及各种特殊设计的可调速电机等；二是定速原动机后加装变速装置进行调速运行，包括调速型液力偶合器、液粘调速离合器、涡流式永磁耦合调速器等。以上调速技术种类虽然繁多，但在大型旋转机械中应用最为广泛的却只有：三相异步电动机的变频调速技术、绕线转子电机的串极调速技术以及调速型液力偶合器传动技术。

　　涡流永磁调速技术近年来伴随节能降耗的需求出现，该技术因其新颖性得到了社会上的一些关注，实际上它是一种涡流式滑差调速技术的应用。它的最大缺点是转差功率全部转变成热能消耗在导体转子上，导致大范围调速时效率低、导体转子温升高，所以，大范围调速时这种技术是没有推广价值。

　　绕组式永磁耦合调速器是江苏磁谷科技股份有限公司自主研发的新一代节能产品，该产品可以将调速过程中产生的滑差能量经过变流后反馈回收，因此这种永磁耦合调速器在各种工况下都可以保持很高的传动效率，无论经济效益和社会效益都相当可观，一经推出即获得市场的良好反响。

　　绕组式永磁耦合调速器也是永磁耦合调速技术的一种应用形式，包括本体和。本体上有两个轴，分别装有永磁转子和绕组转子，驱动电机与绕组式永磁耦合调速器连在一起带动其永磁转子旋转产生旋转磁场，绕组切割旋转磁场磁力线产生感应电流，进而产生感应磁场。该感应磁场与旋转磁场相互作用传递转矩，通过控制绕组转子的电流大小，控制其传递转矩的大小以适应转速要求，实现调速功能，绕组式永磁耦合调速器的原理图如图1所示。

　　有三个作用，一是接通或者关断绕组，使绕组永磁调速装置具有离合功能；二是在接通绕组的时候通过控制绕组转子的电流大小控制其传递转矩的大小以适应转速要求，实现调速功能；三是将转差功率回馈给电网，实现节能。绕组式永磁耦合调速器安装示意如图2所示。

　　绕组式永磁耦合调速器是一种滑差调速器，属于一种定速原动机后面加装调速装置的调速方式，对定速原动机没有任何要求。因为是滑差调速，当调速运行时，绕组式永磁耦合调速器自身会产生一定的转差功率，绕组式永磁耦合调速器通过集电环将绕组转子中的电流与外部电路联接，通过在调节运行速度的同时将转差功率回馈给电网，从而达到调速和高效节能的目的。由于绕组式永磁耦合调速器将转差功率引出，由进行处理，所以绕组式永磁耦合调速器本体始终维持正常的温升，可以长时间、大范围调速运行。

　　目前市场上最普遍的调速设备是变频器，但是大型旋转机械所用的驱动电机通常是高压电机，高压大功率变频器不仅成本高，而且存在谐波污染。

　　与变频器相比，绕组式永磁耦合调速器具有以下优点：1.高效率的调速性能。因为变流控制的功率只是滑差功率，不像变频器是控制的全部功率，因此自身的功耗比变频器小，一般效率比变频器高2%~10%，系统综合效率在全转速范围内都能保持在96%以上，节电率很高；2.可靠性高。仅承受绕组转子回路的低电压，系统可靠性得到保证；3.谐波小，对电网干扰少。控制的功率小，因而产生的谐波也小，远低于国家标准要求，一般无须加滤波器；4.具有优异的起动性能。一般的异步电动机起动转矩远远小于其最大转矩。在重载起动场合，绕组式永磁调速装置允许电机空载起动，利用电动机的最大过载转矩而不是起动转矩来起动负载，从而无需采购特殊的大起动转矩的驱动设备；5.优异的过载能力和过载保护功能。过载能力可设置成等于原动机或驱动电机的过载能力，过载保护大小可任意设定；6.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；7.性价比高。高压变频器价格昂贵，绕组式永磁耦合调速器与高压变频器相比有明显的价格优势。

　　目前市场上液力偶合器的固定转差都要大于3%，调速运行时，转差加大，转差能量导致油温升高，需要复杂的冷却系统，并且液力偶合器长期运行时经常出现漏油现象。与之相比绕组式永磁耦合调速器具有以下优点：转差功率得到利用，效率高；无需特殊冷却措施；调速精度高。

　　目前市场上的涡流式永磁耦合传动产品大都采用盘式结构，其导体为铜盘或铜环。为了调节转矩，往往还需要一套执行结构来调节导体与永磁体的距离。与涡流式永磁耦合器相比，绕组式永磁耦合调速器具有以下优点：1.无需机械操作，可靠性大大提高；2.转差功率得到利用，效率高；3.彻底解决温升问题；4.无需特殊冷却措施；5.控制更加精确；6.适应范围大大扩大，适合恒转矩负载的调速。

　　以风机调速为例，绕组式永磁耦合调速器将转差功率回收利用，其自身效率维持在96%以上。而液力偶合器和涡流式永磁耦合器的滑差功率都以发热的形式浪费了，其自身的效率约等于调速比。变频调速时改变了电动机的特性，虽然变频器自身效率较高，但是电机效率明显降低，因此变频调速的效率同样低于绕组式永磁耦合调速的效率。不同调速方式对风机调速时，效率与风机转速的关系曲线所示。

　　综上所述，绕组式永磁耦合调速器作为更新换代产品与其他调速方式相比较优势明显，具有良好的应用前景。

　　相比于液力偶合器调速、变频调速、涡流式永磁耦合调速，绕组式永磁耦合调速器的可靠性更高，技能效果好，具备良好的应用前景。大力推广绕组式永磁耦合调速器在石油/石化、天然气、发电/热电、煤矿、钢铁、冶金、造纸、化工、船舶、水泥、供水、水处理、港口机械等行业中的应用，可以很大程度上响应国家节能降耗的号召，在为企业节约成本的同时，还可以为增强可持续发展能力、为经济发展做出更大的贡献。

　　以某化工厂一冷却风机为例，电机功率为75kW，额定转速1485rpm，根据季节不同该冷却风机需要调速运行，夏季时接近全速运行，冬季时调速至1000rpm运行，改造前、后的效果图如图3所示。改造后综合传动效率达96.6%，节电较变频调速高5%。

　　以某钢铁厂一台除尘风机改造为例，电机功率为2500kW，额定转速为1000rpm，实际需求为50%的时间为720rpm运行，50%的时间为500rpm运行。目前采用的液力偶合器只能运行在720rpm，此时液力耦合器的效率低于70%，运行效率非常低。采用绕组式永磁耦合调速器改造后，除尘风机调速运行，在两种工况下，由于转差功率回收利用，绕组式永磁耦合调速器效率均高于96%，大幅提高了该厂除尘风机的运行效率。改造前，生产每吨钢该除尘风机所消耗的电能为10.46kW，改造后生产每吨钢该除尘风机所消耗的电能为6.3kW。节电量高达40%，预计一年节电可达450万度以上。