永磁调速技术节能研究

2024-08-30

永磁调速技术节能研究（精选6篇）

永磁调速技术节能研究篇1

永磁调速器 (PMD) 具有高效节能, 高可靠性, 无刚性连接传递转矩, 可在恶劣环境下应用, 极大减少整体系统振动, 减少系统维护和延长系统使用寿命等特点。尤其是其不产生高次谐波且低速下不造成电动机发热的优良调速特性, 更使其成为风机及泵类设备节能技术改造的优选之一。

1 PMD的工作原理

从电机转速改变的三个因素:频率、极对数和滑差来看, 改变任何一个要素将导致电机转速改变。

现有的调速装置, 除永磁调速和液力调速技术外, 基本上都是通过改变电机本身的转速实现调速的。通常, 电机在运转过程中, 因电能消耗, 电机线圈、硅钢片、机械摩擦都会造成电机发热, 因此, 电机内部都设计了风叶用以冷却电机。采用改变电机转速的技术, 包括变频器、串级调速、双馈调速, 在电机低速旋转时, 电机的发热都很大, 有时不得不使用外部风扇帮助散热[1]。

变频器调速, 因为变频器产生的正弦波实际是由方波叠加而成, 高次谐波很多, 电流的趋肤效应导致电机线圈发热, 影响绝缘强度, 应该更换绝缘等级更高的电机, 如果不更换, 电机的可靠性将大大下降, 甚至造成绝缘击穿损坏, 采用永磁调速技术, 不会改变电机的输入电压、电流和频率, 因此不会要求改造原电机系统[2]。

PMD是透过气隙传递转矩的传动设备, 电动机与负载设备转轴之间无需机械连接, 电动机旋转时带动导磁盘在装有强力稀土磁铁的磁盘所产生的强磁场中切割磁力线, 在导磁盘中产生涡电流, 该涡电流在导磁盘上产生反向磁场, 拉动导磁盘与磁盘的相对运动, 从而实现了电动机与负载之间的转矩传输。执行器调节两个转体之间空气间隙的大小, 通过负载转矩的调节实现负载输出速度的控制, 电动机输出到PMD的转矩和PMD输出到负载转矩相等。根据负载实际运行过程中转矩的大小调整电动机输出端 (PMD输入端的转矩) 。PMD输入速度 (电动机端) 和输出速度 (负载端) 不一样, 原因是由于PMD两个转体之间的空气间隙的存在使得输出速度要比输入速度小, 即产生滑差, 滑差大小决定传递转矩的大小, 从而实现了电机与负载之间的转矩传输。

2 永磁调速器改造方案

由于电机转矩与转速的二次方成正比, 功率与转速的三次方成正比, 因此通过对输出负载转速的调节可以大幅降低负载功率。75 k W永磁耦合调速器就是利用对输出负载转速的调节降低负载输出功率, 同时通过逆变、滤波和变压器调压的手段重新将收集到的滑差功率输入到一个22 k W的负载水泵上, 实现节能。

(1) 系统组成。

A化工集团1#风机由电机控制室安装的变频器直接控制, 由于变频器频繁故障, 目前处于硬启动且全速工作状态, 急需进行节能改造。

75KW永磁耦合调速器由三个部分组成:永磁耦合器、调速控制器以及逆变变压器, 应用其对A化工集团1#风机进行节能改造安装示意图如图2。在原有电机控制基础上, 电机与负载之间安装永磁耦合器, 实现传动输出;在调速控制室安装调速控制器, 控制永磁耦合器转速输出;调速控制室与电机控制室通过控制电缆连接, 实现起动和停止信号的传输。

(2) 电气改造。

如图1所示, W3、W6电缆A集团目前已经存在, 不用更改。

W1电缆为连接调速控制器与永磁耦合器的电缆, 两头分别固定在控制器 (调速控制室) 和耦合器 (冷却塔) 上, 线长约100 m。W2电缆为调速控制器供电电缆, 需要连接380V交流电到设备上, 线长约10 m。W4电缆为调速控制器逆变电缆, 需要连接逆变变压器上, 线长约5 m。W5电缆为滑差功率逆变驱动负载水泵的连接电缆, 线长约20 m。W7为控制电缆, 连接电机高压控制柜 (电机控制室) 和调速控制器 (调速控制室) , 主要获取驱动电机高压柜里边的电机起动信号, 只有当调速控制器检测到驱动电机已经起动完毕后, 才能进行后续的起动和调速流程。同时, 当调速控制器检测到驱动电机已经停止或者调速控制器控制面板上输入了停止指令后, 调速控制器自动进入软停止流程, 控制电机和系统停止工作, 线长约200 m。

3 系统工作过程

记冷却水泵功率为P1=75 k W, 负载水泵为P2=22 k W, 控制柜全速输出功率为P3, 电机控制室电能表输出Q1, 调速控制室电能表输出Q2, 则

(1) 负载功率=P1+P2; (2) 输入功率=Q1+Q2; (3) 节约功率=负载功率-输入功率; (4) 逆变功率=22KW- (Q2-P3) 。

系统工作过程如下: (1) 给驱动电机加电, 实现电机的空载启动; (2) 调速控制器“起动”按钮可实现系统的软启动控制, 并控制系统进入全速工作状态; (3) 调速控制器进入调速模式, 控制系统调速, 实现输出功率的调节; (4) 调速控制器逆变模块工作, 将收集到的滑差功率逆变为与输入电源匹配的交流电; (5) 逆变变压器将逆变后的滑差功率变压为380 V电流电, 并供应一个22 k W的负载水泵工作, 实现电能的回收; (6) 调速控制器“停止”按钮可实现驱动电机和永磁耦合器和停止控制。

4 结语

永磁调速技术在A化工集团1#风机中的改造应用, 效果是显著的, 其改造后的系统具有以下优点: (1) 节电降耗:根据电机运行的实际工况, 通过现场控制实现转速调节, 以满足工艺的各种工况需求。改变传统的调节模式, 节约电能;

(2) 解决了电机振动等造成的相关问题, 大大降低了系统的故障率, 延长了电机和负载的寿命。主要是可以显著地延长轴承和密封件的寿命, 大大减少了系统的备品备件消耗和降低维护费用; (3) 具有软启动/软停机功能:可有效降低电机的启动电流, 负载可有选择启动/停止, 大大提高系统启、停性能。

永磁调速器具有较好的节能减排效果, 可产生巨大的社会效益。在炼化企业具有较好的应用前景和推广价值。

摘要：永磁调速是非机械硬连接无级调速技术, 具有结构简单、运行可靠、环境适应性好等特点, 在石油化工领域有着广泛的应用。该研究简要介绍了永磁调速器 (PMD) 的工作原理, 比较了其与变频器的优势, 该方案所涉及的75k W永磁耦合调速器是专为A化工集团1#风机进行调速控制, 实现节能减排的设备, 它具有平滑无级调速、高功率因素、高调速精度以及滑差功率逆变回收等特点。

关键词：永磁调速,风机,改造,节能

参考文献

[1]吴顺根.永磁调速装置的节能性能试验[J].上海电力学院学报, 2009, 25 (3) :261-263.

[2]赵国祥, 马文静, 曹永刚.永磁调速驱动器在闭式冷却水泵上的节能改造[J].节能, 2010, 29 (4) :41-44.

永磁调速技术节能研究篇2

我司设有2 台锅炉,每台锅炉在甲乙两侧各配备一台280Kw离心式鼓风机为锅炉供风。由于季节及生产工艺需求的变化,各阶段锅炉负荷量会有所不同,随之所需求的供风量也会有所变化,为满足使用要求同时达到节能的目的曾为各风机系统加装变频器,但变频器存在易受电压波动及雷雨天气影响而跳闸的问题,对生产稳定性造成影响。

二、系统现状

为保障锅炉系统稳定运行,现已将各变频器停用,采用传统的风门对风量进行调节,但风门调节使系统存在以下突出问题:

1. 系统能源浪费量较大,各风机并非常年满负荷运行,供风量减小时,风门调节并不能使系统节能。

2. 电机及风机的振动值较高,由于电机及风机一直在额定转速下运行,加之风门的节流作用,使电机及风机的振动值较大。

3. 系统噪音较大,由于对风量进行调节,风门很少打到全开位,风门、风机及风流相互作用产生较大的噪音,影响现场工作环境。

鉴于以上情况,考虑在保障锅炉系统稳定运行的前提下,能改善风机系统的运行工况,可节能降耗、减小系统振动及噪音、提高系统运行稳定性的措施对风机系统进行改造,而根据风量需求进行调速运行是达到预期效果的最佳方式。经过技术调研与项目考察,发现永磁调速技术可很好的满足上述要求且具有变频调速不可比拟的优势,并决定在2# 锅炉的两台风机上进行永磁调速技术改造。

三、改造方案

1. 改造前系统工况

改造前各风机系统中的电机与风机均用普通刚性联轴器相连接,电机与风机都用地脚螺栓统一固定于同一混凝土基础上,电机后部基础余量约为300mm,容许电机后移尺寸有限。

进行永磁调速技术改造时,将现有系统的联轴器拆下,在电机与风机间加装永磁调速器。

2. 基础的改造

为将永磁调速器加装到电机和风机之间,需将电机后移一定尺寸,由于现有系统电机后面基础余量较小,仅为300mm,若选用其他结构的永磁调速器,电机后移尺寸要求较大,需重新浇筑基础,带来改造量大、耗时长、费用高等不利因素,而所采用的青双筒式永磁调速器仅需电机后移270mm即可,不需重新浇筑基础,改造量小,施工方便,费用低,整个基础改造过程如下:

(1)将电机吊离基础,联轴器拆下,将现有基础电机侧的二次灌浆部分打掉约200mm,原电机地脚螺栓预留70mm。

(2)根据电机重量、转速等参数及振动要求加工一钢架结构基础,将钢架基础置于现有基础电机侧,使其上表面与原电机基础上表面高度一致,将预留的原电机地脚螺栓重新攻丝,配合螺母用来固定新制钢架基础。

至此,整个基础改造完成,由上述改造过程可以看出,这一改造方案简单、作业量小,不影响周边设施,最大可能的保持了整个基础的原貌。

3. 永磁调速器的安装

双筒式永磁调速器各转子部件与电机轴、负载轴间采用胀紧连接方式,设备安装方便、快捷,调试简单。整个安装过程如下:

(1)永磁转子的安装,将永磁转子安装到风机轴上,永磁转子中负载轴套与风机轴相配合,用胀紧套将两者固定在一起。

(2)导体转子的安装,将导体转子连同调速机构安装到电机轴上,导体转子中电机轴套与电机轴相配合,用胀紧套将两者固定在一起。

(3)电机位置的调整,将电机连同导体转子吊装到钢架基础上,调整电机位置使导体转子与永磁转子配合到最佳状态,由于两转子无机械接触,电机轴与负载轴对中精度要求不高,只需肉眼观察两转子的配合间隙均匀即可,然后用螺栓将电机固定到钢架基础上,整个调整过程简单易行。

(4)安装执行器支架及执行器,将执行器支架安装到系统中,固定于钢架基础上,将执行器安装到支架上。

至此,整个永磁调速器主体部分安装完成,为执行器接上电源线及信号线,为主体部分加装上防护罩及其他传感部件,风机系统永磁调速技术改造完成。改造后系统现场情况如图3—1 所示。

从上述改造方案来看,整个方案现有系统改动量较小,电机后移距离短,无需增加电缆长度及耐压试验等工作,永磁调速系统与风机系统亦吻合良好,基本保持了系统的原貌。

四、改造效果分析

1. 振动分析

改造前,由于对中误差,电机与风机均存在不同程度的过约束,使电机和风机运行振动值较高,同时,刚性联轴器使电机与风机间的振动相互传递,更加剧了这一现象,导致甲乙两侧风机系统中电机的振动值:垂直方向约0.03mm左右, 水平方向约0.04mm左右;风机振动值:垂直方向约0.02mm左右, 水平方向约0.03mm左右。整个系统运行工况不佳,使用寿命受到影响。

进行永磁调速技术改造后,消除了电机和风机的过约束情况,隔离了电机和风机间的振动,大大的改善了系统的运行工况。甲乙两侧风机系统具体的运行振动数据如表4—1、表4—2 所示:

通过上表可以看出,甲乙两侧风机系统中,电机和风机的垂直与水平振动值均有大幅下降,使电机和风机得以在最佳状态下运行,保护了电机、风机,延长了系统的使用寿命。

2. 噪音分析

改造前,由于风门一直处于非全开位,风机叶轮又一直在满速下运行,风流在风门的节流作用下发出强烈又尖锐的噪音,噪音值可达140 分贝左右,严重影响了周边环境。

进行永磁调速技术改造后,风门达到全开位,根据供风需求调节风机转速,使风机叶轮转速降低,风流顺畅,大大的降低了噪音,目前系统的噪音值在75 分贝左右,有效的改善了周边环境。

3. 节能分析

锅炉鼓风机系统进行永磁调速技术改造后,将风机的风门打到全开位,根据锅炉负荷情况通过永磁调速器调整风机的转速来改变风机的供风量,改变了以往的电机常年满负荷运行工况,降低了电机的运行电流,起到了良好的节能效果。根据运行情况,甲乙两侧风机中永磁调速器开度在30% 到80% 范围内即可满足不同负荷下2# 锅炉的供风要求。两侧风机在不同开度及供风量下电机的运行电流及节电情况详见表4—3、表4—4。

通过以上统计情况可以得出,甲侧风机平均节电率约29.2%;乙侧风机平均节电率约为28.7%。

若年平均运行时间按8000h,每k Wh电价按0.5 元,则甲乙两侧风机年节电总量约为:

结语

2# 锅炉鼓风机系统进行永磁调速技术改造后,在保障生产需求的前提下,有效的降低了系统的能耗,起到良好的节能效果,同时,其先进的传动方式大大的降低了系统中风机、电机的振动值,有效的提高了系统的运行状况,延长了设备的使用寿命,并降低了系统噪音,改善了周边环境。

摘要：永磁调速是工业传动及调速领域一场革命性的技术飞跃。本文结合用户2#锅炉鼓风机系统永磁调速技术改造一例,简要介绍了永磁调速技术的原理、特点及双筒式永磁调速器在同类产品中的优势,对永磁技术改造过程进行了详细说明,并对该风机系统改造前存在的问题及改造后的使用效果进行了分析比较。

关键词：永磁调速,磁力驱动,双筒型永磁调速器,鼓风机系统,永磁技术改造

参考文献

[1]张云峰梁寒光.永磁调速与变频调速的技术、经济比较[J].中国科技信息,2014,(7):201-202.

[2]谢明,宋顺一.新型电机调速方式——永磁耦合驱动调速[J].科协论坛,2012,(10):50-51.

[3]刘国华,王向东.永磁调速器在电厂灰浆泵系统中的应用及节能分析[J].电力设备,2008,9(10):31-36.

[4]何秀民,王峰.永磁调速器在锅炉引风机改造上的应用分析[J].煤炭科技,2012,(3):71-72.

永磁调速技术节能研究篇3

1 工作原理

永磁调速装置通过空隙从电动机向负载传输扭力。在外输泵上加装1套永磁调速装置,可以使电动机根据泵的需要供电,使泵达到理想的运行状态。

永磁调速装置主要由导体转子、永磁转子和控制器3部分组成。导体转子固定在电动机轴上,永磁转子固定在负载转轴上,导体转子和永磁转子之间有间隙(称为气隙)。这样,电动机和负载由原来的硬(机械)连接转变为软(磁)连接,通过调节永磁体和导体之间的气隙就可实现负载轴上的输出转矩变化,从而实现负载转速变化[1]。

当永磁调速装置接到一个控制信号后,如压力、温度、流量、液面高度等信号传到永磁调速装置的控制器,控制器对信号进行识别和转换后,产生一个机械操作指令,来调节导磁体和永磁体之间的间隙大小;然而,根据适时的负载输入扭矩的要求,调节永磁调速装置输入端的扭矩,最终改变电动机输出功率,实现电动机节能和提高电动机工作效率。

2 现场实施情况及效果

目前,分别在聚杏九污水站2号外输水泵、杏六三元污水站1号外输水泵及杏十联2号污水泵上安装永磁调速装置3套,应用后泵运行平稳,可以根据水量的变化实行调节,耗电量大幅下降。聚杏九污水站2号外输水泵泵压由改造前的0.6 MPa下降至0.08 MPa,输水单耗由0.36 kWh/m3下降至0.104 kWh/m3,节电率71.1%;杏六三元污水站1号外输水泵泵压由改造前的0.83 MPa下降至0.04MPa,输水单耗由0.41 kWh/m3下降至0.143 kWh/m3,节电率65.12%;杏十联2号污水泵从试验初期的运行情况来看,节能效果较好,泵压由改造前的0.57MPa下降到0.20 MPa左右,电流由148 A下降到62A,耗电量由2 070 kWh下降到1 080 kWh,单耗由0.26 kWh/m3下降到0.14 kWh/m3。改造前后数据对比见表1。

由试验应用的3台永磁调速装置使用效果来看,节电率水平不一,主要是由于各泵的运行工况不同。永磁调速装置的节能原理是使电动机根据泵的需要供电,如果泵的运行工况变化幅度越大、越频繁,则节能效果越明显。

由于各泵运行工况不一,平均节电量按35%计算,预计可实现年节电267.0×104 kWh,年节能量折合标准煤0.09×104t。

3 结语

根据生产实际情况,认真分析问题的关键,通过各种节能技术的适用性分析、筛选,最终确定应用最合理的节能技术,确保节能技术改造达到预定的节能效果。

永磁调速装置可使电动机适时地根据泵的需求供电,适应了油田生产用泵工况不稳定的需求,节电率可达20%～25%。另外,采用软连接方式,可以消除电动机和负载之间的振动传递,延长电动机寿命,同时对电网无谐波危害。

参考文献

永磁调速技术节能研究篇4

钢铁行业循环水系统由于水循环量大, 电机一般为大功率电机, 电耗巨大, 而且循环水泵一般为定速运行, 运行效率却很低, 存在“大马拉小车”问题, 所以有必要对循环水泵进行节能改造, 为提高水泵的运行效率, 需对水泵进行变速调节提高水泵的调速性能。目前, 因永磁调速器具有结构简单、体积小、重量轻、调速范围大等优点, 故水泵节能改造一般采用永磁调速技术, 此项技术是近年来国际上开发的一项突破性新技术, 专门针对风机、泵类离心负载调速节能的适用技术, 具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩、可在恶劣环境下应用、极大减少整体系统振动、减少系统维护和延长系统使用寿命等特点。

2 永磁调速技术的工作原理

永磁调速技术是通过气隙传递转矩的传动设备, 一般适用于水泵风机类设备, 它具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩等特点。电机与负载设备转轴之间不需要机械连接, 电机旋转时带动导磁盘在装有强力稀土磁铁的磁盘所产生的强磁场中切割磁力线, 从而在导磁盘中产生涡电流, 该涡电流在导磁盘上产生反感磁场, 驱动导磁盘与磁盘的相对运动, 从而实现了电机与负载之间的转矩传输。调速器是通过气隙磁场传递扭矩, 气隙大小不同, 则传递转速大小不同, 两者成反比。所以通过改变气隙大小, 即可实现调速功能。永磁调速器控制原理如图1。

将永磁调速器MAC-D安装于系统中, 其控制系统可接收和处理压力、流量、液位, 或其它过程控制信号, 然后提供到MAC-D的执行器。该执行器调整气隙, 从而调整负载端速度以满足控制要求。它具有以下功能:

(1) 可基于流量/压力/温度传感器检测信号进行调速控制, 可通过人机界面设定负载端输出量。

(2) 整个控制系统为全自动, 当自动系统故障时, 可通过执行器手动调节。

可通过人机界面或集中控制系统实现远程遥控。

3 在大功率水泵上的应用

3.1 水系统现状简介

某钢管厂2009年底建成投用一套水处理系统, 系统中的高压泵是主要耗电设施, 热轧高压泵组的用户属于间隙性用水, 运行时系统流量变化较大, 但系统中无调速设施, 泵组不能根据冷却流量需求自动调节, 引起运行能耗增加, 造成能源浪费。

3.2 节能潜力及改进措施

热轧高压泵组由3台单级双吸离心泵组成, 正常情况下每年有3400h为1用2备运行。电压常年稳定在10k V左右。系统实际运行数据如表1所示:

该系统高能耗的主要原因是用水对象是典型的变流量用水, 泵组无调速机构, 靠回流泄压;泵组输出能力和管路系统不匹配。考虑对该系统采用永磁调速节能改造。

3.3 效果及效益

原热轧旋流池泵组的系统运行能耗可由电机运行电流和运行电压, 由电机耗电功率公式√3UIcosφ计算得到。其中的电压U暂按额定电压计算, I为实际运行电流, 功率因数cosφ暂按额定功率因数计算, 根据上述公式可得到改造前泵组的电耗情况如表2所示:

通过对热轧旋流池泵组的设备情况和实际运行情况进行研究分析, 初步确定节能改造后, 可以达到如表3经济效果:

注:1) 节电率 (%) = (技改前泵组年耗电量-技改后泵组年耗电量) /技改前泵组年耗电量。

4 结束语

钢管厂水循环系统对于大功率高压泵进行了永磁调速节能改造后后运行情况良好, 达到了预期的目的, 投运6个月来没有发生任何缺陷和故障, 节能效果明显。永磁调速技术是一种先进的电机调速、节能技术, 具有节能效果显著、结构简单、性能可靠、后期维护成本低、使用寿命长, 可在恶劣的环境条件下长期安全使用等优点。通过实际应用证明, 永磁调速技术在大功率循环水泵节能方面具有较广阔应用前景。

摘要：目前, 人类赖以生存的环境逐步恶化、能源日渐枯竭, 节能减排形势日益严峻。据统计, 钢管厂大功率循环水泵电耗为全厂电耗的35%, 因此, 降低大功率水泵的能源消耗对节能工作意义重大。永磁调速作为一种新兴的节能技术, 在大功率循环水泵上应用, 节能效果好、运行可靠度高。

永磁调速技术节能研究篇5

南通天生港发电有限公司一车间2台330MW机组辅机冷却水系统采用闭式循环冷却方式运行, 系统采用2台闭式冷却水泵与3台闭冷器为用户提供冷却水。系统的运行方式为:2台闭式冷却水泵一用一备, 秋冬季节2台闭冷器运行, 春夏季节3台闭冷器运行。水泵的运行流量随季节和系统负荷的变化而变化, 目前采用闭式冷却水泵出口阀门开度来控制水泵的流量。这种流量控制方式存在的问题是管网的阻力损失大, 阀门节流损失大。为了减少阀门节流损失, 减少电能消耗, 目前广泛采用的方法是给水泵电机加装变频器, 采用变频调节的方式实现流量的控制, 从而达到节能的目的。南通天生港发电有限公司通过深入调研后, 决定采用加装永磁调速驱动器的方法实现节能目的。

1 永磁调速驱动器概述

1.1 永磁磁力驱动技术

永磁磁力驱动技术是以现代磁学的基本理论为基础, 应用永磁材料所产生的磁力作用来实现力或者力矩 (功率) 无接触传递的一种新技术。实现这一技术的装置称为永磁磁力驱动器, 或称为永磁磁力传动器、永磁磁力耦合器、永磁磁力联轴器等。

1940年, 英国人Charles和Geoffrey Hwward首次解决了具有危险性介质化工泵的泄漏问题, 解决的方法是用磁力驱动泵。在此后30多年里永磁传动技术由于磁性材料的原因进步十分缓慢。1983年高性能钕铁硼 (NdFeB) 永磁材料的问世, 为磁力驱动泵的快速发展提供了关键部件的材料。近年来永磁驱动技术已从泵类向其他密封机械扩展, 技术上集中于提高设备的可靠性、抗介质腐蚀新材料的研究, 流体技术及制造装配的精度。磁力泵代表着一个国家制造技术的水平, 近年来工业发达国家的磁力泵在效率、寿命、制造周期、成本、可靠性等方面有了突破性的进展。

1999年, 美国Magna Drive公司对永磁传动研究实现了突破, 实现了对风机水泵旋转负载进行调速, 大大地提高了永磁传动的传动效率, 全面提高了电机系统的可靠性, 并将传递的功率大大提高, 最大功率可达5000kW。

1.2 永磁调速驱动器原理

Magna Drive永磁调速驱动器是通过铜导体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输, 即驱动 (电动机) 和被驱动 (负载) 之间无机械连接。永磁调速驱动器结构如图1所示。

永磁调速器主要由铜转子、永磁转子和气隙控制器三部分组成, 其中铜转子固定安装在电动机轴上, 永磁转子固定安装在负载转轴上, 铜转子和永磁转子之间的间隙称为气隙, 气隙控制器用于调节永磁转子与铜转子之间气隙的大小。

这样电动机和负载由原来的硬 (机械) 链接转变为软 (磁) 链接, 通过调节永磁体和铜导体之间的气隙就可实现负载轴上的输出转矩变化, 从而实现对负载转速的调节。

永磁调速驱动器工作原理如图2所示。铜转子和磁转子可以自由地独立旋转, 当铜转子旋转时, 铜转子与磁转子产生相对运动, 交变磁场通过气隙在铜转子上产生涡流, 同时涡流产生的感应磁场与永磁场相互作用, 带动磁转子沿着与铜转子相同的方向旋转, 结果在负载侧输出轴上产生扭矩, 从而带动负载做旋转运动。通过调节永磁体和铜导体之间的气隙控制传递扭矩的大小, 从而获得可调、可控的负载转速。

1.3 永磁调速驱动器的特点

永磁调速驱动器作为一种较新的机械节能调速装置, 可靠性高, 维护成本低, 安装简单, 对电网无污染, 使用寿命可达25年。

据统计, 超过80%的旋转设备的故障是由于振动引起, 振动缩短密封件和轴承的寿命, 并且使设备温度升高。而永磁调速驱动器传输能量和控制速度的能力不受电动机轴和负载轴之间由于安装未对准原因而产生的小角度或者小偏移的影响, 排除了未对准而产生的振动问题。由于没有机械链接, 即使电动机本身引起的振动也不会引起负载振动, 使整个系统的振动问题得到有效降低。永磁调速装置减振的关键在于通过空气间隙传递扭矩, 而没有直接的物理连接, 其空气间隙最小为1.6mm。永磁调速驱动器突出优点表现在可以方便地对现有设备进行改造, 不需要对现有电动机和供电电源进行任何改动。安装后, 对整个系统不产生电磁干扰。负载将在最优化的速度运行, 增加能源效率, 减少运行和维护成本。与变频器相比, 永磁调速驱动器更具优势 (见表1) 。

涡流式永磁磁力耦合调速也存在不足, 包括:在低速时节电效果比同等功率的变频器差;对于改造项目, 安装时需要移动电动机;只能以一控一方式运行, 而变频器可以一控多。

2 闭式冷却水泵电机加装永磁调速驱动器改造方案

永磁调速驱动器通过永磁铁的磁力耦合调节, 是纯机械装置, 设备简单, 可靠性较高。改造时, 只要将电机外移, 在电机和泵之间加永磁调速驱动器。嘉兴电厂已在1台DN300-60×4高压冲灰水泵上使用了1年多, 从使用情况看:平时的维护工作较少;电机可实现空载启动;减少了电机与泵之间传动轴串影响, 使得振动降低;对工作环境要求低, 调节效果较好, 调速平稳、连续, 可以达到0～97%的调节范围。嘉兴电厂的高压冲灰水泵改永磁调速驱动后节电达33%。南通天生港有限公司330MW机组辅机冷却水流量1500t/h左右, 闭冷泵存在一定的余量且电机选型偏大, 决定对1#机组A闭冷水泵加装永磁调速驱动器。

2.1 闭式冷却水泵的改造

由于闭式冷却水泵的轴比较细, 也比较长, 不能很好地支撑永磁调速器, 需要对水泵轴切割掉70mm或重新加工一根短轴。

2.2 电机基础的改造

(1) 电机需要向后移动至电机的轴端与切割后的水泵轴端间的距离为470mm, 所以电机基础需要增加400mm。

(2) 由于在安装永磁调速器过程中, 需要微调电机位置。在固定电机的槽钢支架上开U型槽, 并焊接微调螺栓 (见图3) 。至少预留12mm的向水泵移动的距离。U型槽的直径依电机的固定螺栓孔径定。

(3) 电机的基础及槽钢支架依电机向后移动的距离做相应的增加。

2.3 永磁驱动调速器调节方式的实现

目前闭式冷却水泵流量的控制方式是:测量闭式冷却水泵出口阀处的压力, 并根据压力调节阀门开度实现流量的控制。永磁调速节能改造后将闭式冷却水泵出口阀开足, 测量闭式冷却水泵出口阀处的压力, 将此压力反馈给加装的一套执行机构, 通过执行机构调节永磁体和铜导体之间的气隙来调节水泵转速, 从而达到控制闭式冷却水泵流量的目的。

2.4 闭式冷却水泵及电机参数 (见表2) 。

3 永磁调速节能改造经济分析

3.1 永磁调速节能效果分析

改造之前, 夏季工况下闭冷泵出口阀开足, 电机电流在35A左右, 电机额定电压为6kV。水泵轴功率计算式为:

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式中:P—水泵轴功率, kW;

U—电机额定电压, U=6kV;

I—电机电流, I=35A;

cosϕ—电机功率因数, cosϕ=0.884;

η—水泵效率, η=0.8。

代入数据, 得P=257kW。

式中:ρ—水的密度, ρ=1kg/m3;

g—重力加速度, g=9.8N/kg;

Q—水泵流量, m3/s;

h—水泵扬程, h=45m。

则水泵流量Q=P/ (ρ×g×h) =0.58m3/s。

在春秋冬季工况下, 闭冷泵出口阀节流, 电流在31A左右, 则水泵轴功率:undefinedkW。而春秋冬季工况下水泵出口阀门节流, 造成水泵运行工况偏离设计值, 根据实际运行参数可知此工况下水表扬程达到60m, 则水泵流量为Q=P/ (ρ×g×h) =0.387m3/s。

根据功率与流量的三次方式正比关系, 春秋冬季工况下水泵出口阀门节流轴功率仅为76.3kW, 水泵出口阀门节流损失达为227.8-76.3=151.5kW。

南通天生港发电有限公司1#机组A闭冷水泵加装永磁调速装置于2009年9月在机组B级检修中完成。闭冷水泵投运后发现在相似负荷的情况下, 电机电流由原来的31A下降到16A, 即电流下降15A左右, 根据电机功率undefined可知, 每小时用电比以前减少137.8kW, 与节能预测相差不大, 节能效果达到48%左右。按照机组年运行300d计算, 除去夏季90d, 春秋冬季210d节约用电大约69.5万kWh, 电价按0.43元/kWh计算, 年节约费用29.9万元。

3.2 永磁调速节能改造投资成本

此次闭式冷却水泵加装永磁调速驱动器的总投资预算为85万元, 包括永磁调速驱动器、主辅材料费、工程费、调试费等费用。因此闭式冷却水泵加装永磁调速驱动器预计通过3年收回投资成本。

4 结语

目前, 各发电企业主要采用加装变频器的方法实现泵与风机的节能调节, 然而变频器对环境要求比较高;使用寿命一般只有10年左右;变频器电气元器件非常多, 使用几年后故障率比较高;从目前使用的情况来看, 变频器投运后存在一些问题, 造成变频器跳闸, 影响机组的安全稳定运行。采用永磁调速驱动器对闭冷水泵进行节能改造, 目的是通过此项目的实施, 了解节能新技术在实际工业应用中的优缺点和节能效果, 积累经验, 为今后节能改造提供更多的选择。

摘要：永磁调速驱动器通过调整永磁体与铜导体之间的气隙控制传递扭矩的大小, 是非接触机械联接, 振动小, 维护成本低, 对电机无要求, 与变频控制相比具有明显的技术优势。某发电公司闭式冷却水泵上应用永磁调速驱动器进行流量控制, 投运后, 电机电流下降, 节能达48%。改造工程简单, 总投资85万元, 3年可回收投资成本。

永磁调速技术节能研究篇6

关键词：永磁调速器,水泵,绿色节能

1 引言

环境污染与能源短缺是当前人类面临的严峻问题, 节能环保设备和技术的应用也受到普遍的重视, 特别是在电厂, 化工等重点耗能行业。永磁调速器 (PMD) 是近几年来国际上节能技术上的一个创新, 主要应用于风机, 泵类等离心负载调速节能方面, 通过节流阀门或挡板调节, 损失大, 效率低;阀门调节磨损或变形严重, 导致系统故障率高, 维护成本高。通过永磁调速器新技术的应用, 实现降低生产运行成本和提高设备使用效率。

2 PMD的原理及结构

永磁调速器是透过气隙传递转矩的传动设备[1]。电机与负载转轴之间无需机械连接, 电机旋转时带动导体盘在装有强力稀土磁铁所产生的强磁场中切割磁力线, 因而在导体盘产生涡电流, 该涡电流在导体盘上产生反向感应磁场, 形成磁扭矩, 拉动导体盘与永磁盘相对运动, 从而实现了电机与负载之间的转矩传输[2]。

3 和其他节能设备的比较 (变频调速器、液力耦合器)

4 PMD在水泵中的应用及节能分析

4.1 永磁调速的改造实施及测试

周口隆达发电公司#1冲洗水泵, 用调节阀调节流量大小, 能耗高且效率低。此次在#1冲洗水泵与电机之间安装永磁调速器, 根据流量需求自动调节电机输入功率, 达到节能降耗的目的。

本次测试计量装置采用威胜集团有限公司生产的DSZ331型三相三线智能电能表, 对#1冲洗水泵电机安装永磁调速器改造前后一段周期内 (前后各12个月) ,

在#1冲洗水泵电机上加装电能表对用电情况进行统计, 测试结果如下。

4.2 节能测算分析

改造前, 2010年8月—2011年7月份, #1冲洗水泵电机耗电466207.9kWh, 机组发电量6840.34万k Wh;改造后, 2011年11月—2012年10月份, #1冲洗水泵电机耗电302547.9kWh, 机组发电量7068.28万kWh。如表4所示。

改造后机组负荷比改造前偏高一些, 需修正至同工况下, 即把改造后发电量修正到和改造前一样, 由计算可知:

#1冲洗水泵电机消耗电力=302547.9*6840.34/7068.28=292791k Wh。