永磁調速器

永磁調速（永磁傳動）是傳動史上的一場革命，其結構簡單、運行可靠、節能降耗的特點很好的套用於現代化工業中，其主要套用於石油、石化、電力、礦山、鋼鐵、化工、水泥等行業的電機拖動系統節能。

基本介紹

• 中文名：永磁調速器
• 類別：節能調速機械
• 組成：永磁轉子、導體轉子、調速機構
• 特點：簡單、可靠、節能

結構組成

調節器調節筒形永磁轉子與筒形導體轉子在軸線方向的相對位置，以改變永磁轉子和導體轉子耦合的有效部分，即可改變兩者之間傳遞的扭矩，能實現可重複的、可調整的、可控制的輸出扭矩和轉速，實現調速節能的目的。

永磁調速器主要由三個部件組成：永磁轉子、導體轉子、調速機構

技術特點

平滑無級調速，調速範圍0-98%，實現高效節能，節電率為10-50%

簡單、可靠，機械結構，無需外接電源

柔性啟動，減少電機的衝擊電流，延長設備使用壽命

隔離振動，無機械連線

安裝簡便，容忍較大的對中誤差

能適應各種惡劣環境，包括電網電壓波動大、諧波嚴重、易燃易爆、潮濕、粉塵等場所

延長傳動系統各主要部件（軸承，密封等）的使用壽命，降低維護成本

綠色環保，無諧波，無污染物、無EMI（電磁波）干擾問題

使用壽命長，可達30年

投資效益高，投資回收快。

柔性啟動

對於大型帶式輸送機，其對驅動系統的要求主要體現在啟動、制動過程中能最大限度的降低系統的慣性力，並能實現過載保護和負載平衡，將帶式輸送機的加速、停車和運行時的膠帶張力減到最小。永磁調速器的性能完全滿足這些要求，使大型帶式輸送機的性能達到最好。而由傳統的電動機、減速器所組成的驅動裝置在啟動和停車過程當中輸送帶的帶速隨著電動機的轉速變化而快速變化，加劇了輸送機本身的振動，增大了系統的慣性力，特別是在輸送帶滿載情況下啟動更為困難，因此傳統的驅動系統已經不能滿足長距離、大運量的大型帶式輸送機需求。

一條皮帶可以由一台電動機及一套永磁調速器驅動，也可以由多台電動機及多套永磁調速器驅動。驅動電動機在皮帶機啟動之前空載啟動，此時永磁調速器的輸出軸保持不動，當驅動電動機達到滿轉速時，控制系統逐漸減小每台永磁調速器的氣隙，啟動皮帶機並逐漸加速到滿速度。這使得皮帶機在被加速至滿速度之前有一個緩慢而均勻的預拉伸過程。

加速時間可以根據需要在規定範圍內進行調整。啟動驅動電動機可以按順序空載啟動，所以電動機的衝擊電流非常小。由於驅動電動機可以根據運行負載進行選擇而不必根據啟動負載選擇，所以永磁調速器驅動系統可以選用功率較小的電動機。同樣控制皮帶機的停車過程中，永磁調速器也可以通過延長停車時間來降低對膠帶的動態衝擊力。

當驅動系統中有多台永磁調速器時，控制系統可以確保每台驅動電機分擔相同的負載。合理的功率平衡可以有效地延長整個驅動系統各部件的壽命。功率平衡是通過控制每台永磁調速器的氣隙，並允許一台或幾台永磁調速器進行輕微滑差來實現的，系統中的任何負載的增加都引起永磁調速器產生滑差，這樣驅動系統的所有部件、軸承和齒輪等都將在衝擊或者過載時受到保護從而延長其使用壽命。

大功率電機系統的啟動問題一直困擾用戶的最大難題，因為電機系統在啟動時，基本上可以看作是滿載啟動，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(“黑電”)甚至啟動失敗，嚴重時還可能燒毀電機。電機啟動過程短的持續幾秒，長的達到幾十秒，電機線圈嚴重發熱，造成電機線圈提前老化，縮短電機使用壽命。

高可靠性

（l）永磁調速器在啟動負載之前驅動電機空載啟動，電機達到額定的速度之後，通過控制系統使每台永磁調速器氣隙逐漸縮小來緩慢、平穩地對輸送帶進行張緊，輸送帶平穩地加速到全速；使帶式輸送機在重載工況下可控制地逐步克服整個系統的慣性而平穩地啟動；使輸送帶的啟動非常平滑，速度由零逐漸緩慢上升，加速度為連續的，實現了無衝擊的軟啟動。

（2）永磁調速器不僅降低了電動機的啟動電流，減小了電動機的熱衝擊負荷及對電網的影響，從而節約電能並延長電動機的工作壽命，而且極為有效地減小了啟動時傳動系統對輸送膠帶的破壞性張力，消除了輸送機啟動時產生的振盪，還能大幅度減輕傳動系統本身所受到的啟動衝擊，延長膠帶、托輥等關鍵部件的使用壽命，保證了設備的安全可靠運行，有效地降低了設備維修及故障時間成本。

（3）使用永磁調速器時，因電機的選擇是基於運動條件而不是啟動條件，因而可使電機的功率及尺寸減小到最小，也能夠減少不必要的設備投資和運行電費。

（4）使用永磁調速器系統，可防止輸入到帶式輸送機的功率及力矩超過安全限度，以保證帶式輸送機過載時不能運行，從而保護該系統的其他部件；

（5）永磁調速器啟動係數為1左右，所選擇膠帶的強度可降低30%左右。

環境適應力強

（1）室外惡劣環境

永磁調速器的主要元件為銅盤和永磁碟，永磁材料能在惡劣的環境溫度下保持強磁場特性，在地球上的極限環境溫度不會超過±100℃，永磁調速器可以在這種環境溫度下工作。

而一些電子裝備，如變頻器，為了降低設備故障率，必須保證溫度和濕度恆定在某個範圍，因而需要使用專門的房間，防靜電、安裝精密空調等，增加了安裝成本，增加了電能消耗，增加了維護需求和成本。

（2）骯髒的環境

永磁調速器是無直接機械連線的調速裝置，最小氣隙為3mm，一般能在空氣中飛揚的塵粒直徑不會大於該尺寸，所以，它可以用於空氣中粉塵較高的環境，如水泥廠、礦山等；當粉塵厚度導致機械摩擦時，可用高壓水槍沖洗。而電子或電氣式的調速裝置必須在潔淨環境工作，因此對機房環境防塵要求很高。

（3）易燃易爆環境

永磁調速器是機械式的、無摩擦傳遞扭矩的調速裝置，除執行機構使用較弱電力需要採用防爆結構外，主功率部分絕不會產生火花或靜電，因而在易燃易爆環境下使用較為安全。適合於煤礦、油田、油船、軍械庫、化工、礦井、高濃度粉塵工廠等使用的皮帶機、破碎機、水泵、風機、鼓風機、油泵等設備。電子或電氣式設備，工作過程中易產生靜電，火花甚至燃燒，不能在易燃易爆環境下使用，否則帶來安全隱患。

（4）高可靠要求環境

因為永磁調速器元件數量少，可靠性高，因而可用於對可靠性要求高的環境，如消防、遠洋輪船、海軍艦船、潛艇等。複雜的電子或電氣裝置不適宜於對可靠性要求高的使用環境。美國海軍在油輪、潛艇和航母上使用永磁耦合器。

無電磁干擾

通常通過電子或電氣實現調速的裝置，基本都要通過改變電機輸入的電流頻率或波形來實現，如大功率或高壓變頻器一般採取可控矽整流輸入，通過PWM直流斬波實現輸出頻率變換，因此有很大的諧波電流。電力諧波是電力網的嚴重污染，按照國家電力質量標準，用電設備對電網造成的總諧波電壓不得超過5%，諧波電流對每次都有嚴格的限值，等效為總諧波電流也在5%~8%左右，如果超過標準規定，將需要加裝高成本的有源諧波濾波器，否則將會受到電力部門的處罰，從而大幅增加安裝總成本。

諧波電流電壓，因為有高於50Hz基本分量，能造成電器元件的發熱損耗，嚴重者能造成設備誤動作，造成功率因素補償電容燒毀、熔斷器熔斷、空氣或斷路器開關跳閘。

大家知道，電動機負載是感性負載，而永磁調速器為機械式調速裝置，與電性能無關，因而，調速過程不會造成電流諧波，其功率因素取決於電機本身，這種功率因素問題僅利用配電系統中的電容補償櫃就可以補償，不增加額外的成本。

電子產品或多或少都會產生電磁干擾，通常變頻器的電磁干擾比較嚴重，在電磁兼容環境要求高的地方，為此需要巨大投資進行電磁兼容治理。永磁調速器不會產生電磁干擾。

電機不會過熱，也不需更換和改造電機

從電機轉速改變的三個因素：頻率、極對數和滑差來看，改變任何一個要素將導致電機轉速改變。

現有的調速裝置，除永磁調速和液力調速技術外，基本上都是通過改變電機本身的轉速實現調速的。我們知道，電機在運轉過程中，因電能消耗，電機線圈、矽鋼片、機械摩擦都會造成電機發熱，因此，電機內部都設計了風葉用以冷卻電機。採用改變電機轉速的技術，包括變頻器、串級調速、雙饋調速，在電機低速旋轉時，電機的發熱都很大，有時不得不使用外部風扇幫助散熱。

永磁調速器是通過改變電機與負載之間的滑差實現調速的，也就是說，電機轉速始終維持設計轉速，因此不會因為電機轉速下降導致電機過熱。

變頻器調速，因為變頻器產生的正弦波實際是由方波疊加而成，高次諧波很多，電流的趨膚效應導致電機線圈發熱，影響絕緣強度，應該更換絕緣等級更高的電機，如果不更換，電機的可靠性將大大下降，甚至造成絕緣擊穿損壞，採用永磁調速技術，不會改變電機的輸入電壓、電流和頻率，因此不會要求改造原電機系統。

降低維護成本延長系統設備壽命

電機系統的故障主要原因是振動，振動會導致軸承、油封等的加速磨損，也會導致基座、管道接頭、緊固件等鬆動或斷裂或破損，振動還會導致產生強烈的噪聲。

降低振動噪音

1.電機與負載設備連線時，軸不同心或有一定角度誤差；

2.減速機, 皮帶機運行發生的振動；

3.機械設備的固有頻率的共振等等。

除永磁調速器外其他的調速或調節裝置，如CST、變頻器、等，因為不改變電機與負載設備的連線，因此在安裝過程中必須保證其軸的同心度，這種誤差會直接影響電機系統的振動。

永磁調速器因為採用氣隙傳遞扭矩，電機與負載設備之間沒有剛性連線，且在機械衝擊過程中具有通過滑差實現緩衝，因此極大減小了振動和噪音。

功率範圍

截止2016年底整個永磁驅動行業，風冷型永磁調速器最大功率設備可做710kW、1000r/min；水冷型永磁調速器最大功率設備可做3000kW、1500r/min。

對比

優勢對比

永磁調速器調速範圍0-98%；變頻器不能在低速下運行。永磁調速器結構簡單、可靠，主體部分為機械結構，無需外接電源；變頻器結構複雜，是純粹的電器設備。永磁調速器使電機和負載分開，無機械連線，隔離振動；變頻器無此功能。永磁調速器安裝簡便，容忍較大的對中誤差，占用空間小；變頻器需要大的安裝空間，並且對環境要求高。永磁調速器能適應各種惡劣環境，包括電網電壓波動大、諧波嚴重、易燃易爆、潮濕、粉塵等場所；變頻器不能用於上述環境。永磁調速器能延長傳動系統各主要部件（軸承、密封等）的使用壽命，降低維護成本；變頻器無此功能。永磁調速器綠色環保，無諧波，無污染物、無EMI（電磁波）干擾問題，變頻器製造諧波，污染電網。永磁調速器使用壽命長，可達30年；變頻器的壽命約為8年，且隨著使用年限的增加，故障率逐年提高。永磁調速器維護保養工作量極小，運行成本低；變頻器運行維護費高，配件貴，維護保養難度大。

產品的對比

同等功率條件下，筒形產品比盤式產品重量輕，體積小，轉動慣量小，效率更高； 筒形產品磁力方向為徑向，所以允許有較大的軸向竄動，而盤式結構磁力方向為軸向，所以對軸向竄動要求很嚴；該特點對大功率高壓電機很重要。

風冷型和冷型

風冷型產品利用風流自動散熱降溫；水冷型產品需要外接水源冷卻，水源要求必須為清潔水源，通常為電廠鍋爐用除鹽水。也需要有循環系統（水箱、泵）、冷卻系統（換熱器）、外部水冷卻系統（泵）控制系統、反饋系統等等。風冷型、水冷型永磁調速器沒有運行成本，維護成本低。