基于風機調(diào)速的永磁調(diào)速器的設計

點擊量：2596   日期：2019-04-03

      永磁調(diào)速器（Adjustable Permanent Magnetic Coupler， APMC）相比傳統(tǒng)的變頻調(diào)速技術，具有維護方便、容忍對中誤差、減小振動傳遞、避免產(chǎn)生電力諧波污染以及電磁干擾等諸多優(yōu)點，已經(jīng)成功應用于電力、石油化工等行業(yè)中。永磁調(diào)速器廠家對永磁調(diào)速器的工作原理、磁路結構以及磁力傳遞轉(zhuǎn)矩的原理進行了深入系統(tǒng)地研究，這些研究工作對永磁調(diào)速器的產(chǎn)品化有著重要意義。

      永磁調(diào)速器的工作原理
      永磁調(diào)速器的導體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子可以自由的獨立旋轉(zhuǎn)；當電機帶動導體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，導體盤切割永磁轉(zhuǎn)子中永磁體的磁力線，在導體表面產(chǎn)生渦流，進而形成了感應磁場；根據(jù)異性相吸、同性相斥的原理，相鄰感應磁場對永磁體產(chǎn)生耦合力，即相鄰感應磁場對永磁體的吸力與斥力；這兩種力在旋轉(zhuǎn)方向相疊加，從而帶動永磁轉(zhuǎn)子沿著與導體轉(zhuǎn)子相同的方向轉(zhuǎn)動，結果在負載側(cè)輸出軸上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而帶動負載做旋轉(zhuǎn)運動。
      氣隙調(diào)節(jié)裝置通過調(diào)節(jié)永磁體和導體之間的氣隙，控制傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而獲得可調(diào)整的、可控制的、可重復的負載轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)負載速度調(diào)節(jié)；氣隙調(diào)節(jié)裝置除了能夠?qū)崿F(xiàn)基本的手動控制外，還能實現(xiàn)閉環(huán)電氣控制，該裝置的手輪可以與步進/伺服電機相連，工控裝置通過控制步進/伺服電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，驅(qū)動手輪調(diào)節(jié)氣隙，從而控制永磁調(diào)速器的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，達到負載調(diào)速的目的。
      永磁調(diào)速器的磁路設計
      永磁調(diào)速器作為一種變功率調(diào)速設備，可根據(jù)負載需求手動/電氣控制輸出的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)真正的綠色節(jié)能，是節(jié)能調(diào)速領域中的重大技術創(chuàng)新。但是由于永磁材料的價格昂貴，使永磁調(diào)速器在使用方面受到了一定的限制，因此在永磁調(diào)速器的設計中，對磁力傳動部分的磁路設計，進行認真的研究分析，制造出性能好、成本低，適用于各種不同工作條件下的永磁調(diào)速器是十分重要的。永磁調(diào)速器的磁路部分是指由導電體、工作氣隙、永磁體以及軟磁體等所組成的部件。由于磁路的設計任務和要求在于建立保證工作氣隙中具有設計確定的磁場強度，即保證設備工作時所需要的磁力或磁轉(zhuǎn)矩達到要求的前提下，力求得到一個具有最高的磁穩(wěn)定性和最小磁路體積的永磁調(diào)速器。因此選擇最佳的磁路形式、配置性能優(yōu)越的永磁材料，確定最佳的磁路尺寸和具有良好的結構性能及滿足一定機械強度要求的材料選擇和結構件，就成為永磁調(diào)速器磁路設計中應當考慮的重要問題。
      永磁調(diào)速器磁路結構配置時應考慮如下問題：
     （1） 保證氣隙中按設計要求所給出的磁力及磁轉(zhuǎn)矩，提供一個最佳的磁場強度；
     （2） 耦合運動磁場的穩(wěn)定性好，磁路體積??；
     （3） 選定良好的材質(zhì)和足夠的機械強度。
     進行磁路結構方式的最佳配置，選擇最理想的磁路形貌，通過永磁體之間的規(guī)律性排列組成一個磁通量近于密閉的磁路，營造出磁路中能夠滿足設計要求的耦合運動磁場，是永磁調(diào)速器設計中一個極為重要的環(huán)節(jié)。
      風機或泵類負載中永磁調(diào)速器的應用
      通常風機或水泵在啟動過程中，加速度很大，造成流量或壓力沖擊。電機在合閘瞬間，啟動電流超出額定工作電流的十幾倍甚至幾十倍，使得變壓器、配電設備短期嚴重過載，造成電壓跌落甚至啟動失敗，嚴重時還可能燒毀電機。由于啟動過程扭矩變化大，使得電機和風機或水泵的軸承及油封承受很大的徑向和軸向沖擊，增加了軸承和油封的磨損，使維修頻度增加，維護成本提高。
      永磁調(diào)速器可以實現(xiàn)軟啟動，即在初始位置時調(diào)速器兩端氣隙處在最大狀態(tài)，電機啟動后，與電機連接的導體盤很快達到電機的額定轉(zhuǎn)速，這樣導體盤與永磁體之間有相對的速度差，逐漸減小兩者之間的間隙，產(chǎn)生的磁感應力將帶動永磁體轉(zhuǎn)動。隨著間隙減小，與負載連接的永磁體轉(zhuǎn)動速度逐漸加快，傳遞的扭矩逐漸增大，直至等于負載轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)定速轉(zhuǎn)動。此外，永磁調(diào)速器還可以在一定范圍內(nèi)通過調(diào)整導體與永磁體之間氣隙的距離，實現(xiàn)調(diào)速功能。
      永磁調(diào)速器在全速運行時傳遞效率可達98%左右。與其它調(diào)速節(jié)能技術相比，輸出轉(zhuǎn)速為輸入轉(zhuǎn)速的80%以上時，永磁調(diào)速器的傳遞效率最高，小于80%時，僅次于變頻器。但它有很多性能優(yōu)于變頻器，與變頻調(diào)速相比，永磁調(diào)速器調(diào)速依靠磁場，使電機與負載完全隔離，隔絕沖擊和振動的效果好。另外，變頻設備易產(chǎn)生諧波，對環(huán)境要求高，故障率高，維護費用高，而永磁調(diào)速器調(diào)速過程不會造成電流諧波和電磁干擾，其功率因數(shù)取決于電機本身，無需高成本的有源濾波器進行補償，很容易達到電網(wǎng)功率因數(shù)的要求，其他的優(yōu)點還有設備壽命延長、維修率下降、運行負擔的減少、可在嚴酷條件下運行等等。