永磁涡流柔性传动调速技术的应用分析

夏荣海

摘 要 本文介绍了永磁涡流柔性传动调速器的结构组成、工作原理、技术特点，并通过与其他调速方式优缺点的对比，证明了该技术的可行性。

关键词 永磁;涡流;柔性传动;调速;节能;可靠性

中图分类号：THl33 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0065-03

现阶段，泵、风机等转机设备为实现“变速”，通常使用“变频器”或“液力偶合器”，但安装变频器的综合成本较高，而使用液力偶合器的能耗损失较大。“永磁涡流柔性传动调速技术”是一种新型的变频传动技术，它是依靠改变“永磁涡流联轴器”磁场的大小来调节定频电机与负载设备之间的传动转速，这种技术最大的益处就是能耗低、可靠性强，早期它被应用在美国军舰上。

1 永磁涡流柔性传动技术的基本原理

永磁涡流柔性传动技术基本原理就是遵循磁感应基本定律，即：“楞次定律”。当定频电机带动导体盘旋转时与安装在负载端的永磁盘产生切割磁力线运动，进而在导体盘中产生涡流，该涡流在导体盘周围生成反感磁场，从而带动永磁盘旋转，实现能量的空中传递。技术原理见图1。

图1 永磁涡流柔性传动技术基本原理图

2 永磁涡流柔性传动调速器的结构及调速工作原理

1）永磁涡流柔性传动调速器（即永磁涡流联轴器）构成。

①永磁转子组件：内含稀土磁，与负载连接。

②导体转子组件：与电机连接。

③执行组件：由电动执行器及传动杠杆组成。电动执行器可接收控制系统（如DCS系统、PLC系统）发出的指令信号，通过传动杠杆执行定位永磁转子与导体转子之间的气隙间距。

④轮毂和缩紧盘：高强度锁紧盘将轮毂固定在电机轴和负载轴上。

执行组件外观图见图2，永磁涡流柔性传动调速器结构见

图3。

2）调速工作原理。

位于负载装置一侧的永磁盘（强力稀土磁）和位于传动装置一侧的导体盘产生的感应电流在交互作用下产生扭力。设备负载侧和传动侧之间无连接，扭力通过气隙从传动端（定频电机）传向负载端（泵或风机）。气隙的大小影响着感应扭力的大小，气隙越小则感应扭力越大，气隙越大则感应扭力越小，这样通过执行组件改变气隙间距就可以实现对扭力的精确控制，从而达到调节负载设备转速的目的。

图2 执行组件外观图

图3 永磁涡流柔性传动调速器结构图

3 永磁涡流柔性传动技术特点

1）节能、无极调速。自身不消耗电能，无需外接电源，实现高效节能，节电率为10-50%;无级调速，调速范围较广。

2）可靠性强。机械结构简单、可靠，维修率低，几乎是免维护产品。

3）柔性启动。柔性启动，减少电机的冲击电流，延长设备使用寿命。

4）减少振动传递。永磁涡流柔性传动技术采用气隙而不是采用硬机械连接传动扭矩，气隙能有效隔离振动的传递，最大限度地减小磨损，因此可以连接冲击负载。

5）能够在恶劣环境下运行。能适应各种恶劣环境，包括电网电压波动大、谐波严重、易燃易爆、潮湿、粉尘等场所。对环境友好，不产生污染物，不产生谐波。

6）具有过载保护功能。由于电机和负载轴没有直接的物理连接，对于冲击型负载及有堵转可能的设备具有缓冲和自动过载保护的功能，减少电机被烧损的概率，从而提高了整个系统的可靠性，完全消除了系统因过载而导致的设备损坏。

7）安装简便。对电机和负载的连接精度要求大大降低，允许有较大的安装对中误差（最大可为5 mm），大大简化了安装调试过程。设备体积小，安装简便。

4 与变频器成本对比

大唐国际王滩发电公司对安装永磁涡流柔性传动调速器与变频器进行了成本综合对比，数据如表1。

根据以上表内数据对比可以得出，虽然选用变频器的设备购置成本低于选用永磁涡流柔性传动调速器，但在设备运行10年的总成本（包括设备购置、安装、运营成本）上，选用变频器则远高于选用永磁涡流柔性传动调速器。因此从长久看，使用“永磁涡流传动设备”更节省资金。

5 应用分析

2014年3月，大唐国际唐山热电公司2号机组A热网循环泵安装了永磁涡流柔性传动调速器。现场安装照片如图4。

3月14日，唐热公司对2号机A热网循环泵进行了试运，试运前热网系统运行工况如下：1号机A热网循环泵，2号机D热网循环泵满负荷运行。热网母管压力0.87MPa，原热网母管流量6977t/h，扩供母管流量2642t/h。永磁涡流调速器冷却水流量控制在7.5～8.0m3/h，冷却水压力0.135～0.14MPa。启动2号机A热网循环泵，该泵配套为额定转速989r/min的定频电机，泵的初始转速设定为10%，就地显示330r/min，随后迅速带满负荷运行，泵转速设定为100%，就地显示977r/min，电机电流为150A，经过半小时满负荷运行后，发出逐渐降低永磁涡流调速器负载端设备转速的指令。测量结果如表2。

图4 安装永磁涡流柔性传动调速器的水泵

表2 试运数据表

为了便于图表显示，按泵出、入口压力，热网母管压力均放大100倍，热网总流量缩小100倍，制作热网循环泵转速指令与电机流量、泵出入口压力、供热母管压力、供热母管流量对应参数曲线如图5。

从以上试运数据表及参数曲线图可知：1）永磁涡流柔性传动调速器在65%～58%转速指令范围内，热网循环泵电机电流变化显著，原因分析是泵的流量在此区间变化幅度很大。2）转速指令、泵的实际转速、泵流量和电机电流四者之间并不是完美的线性对应关系：在100%～65%转速指令区间，随着指令的下降，泵的转速、电机电流和泵流量下降幅度较小;在65%～55%转速指令区间，随着指令的下降，泵转速、泵流量和电机电流快速下降;在54%～38%转速指令区间，随着指令的下降，泵转速、泵流量和电机电流变化幅度再次减小。3）在38%以下转速指令区间，泵的转速基本维持在初始转速，不受转速指令控制;转速指令为“0”时，并不能停泵，泵的转速仍维持在277r/min，只有在电机停运时，泵才能完全停止运行。4）泵的转速始终小于电机的对应转速。

图5 热网循环泵运行参数曲线图

6 结论

永磁涡流柔性传动调速器的节能效果比液力偶合器好，购置、安装、运营的总成本比变频器低。它的结构简单，可靠性强，柔性传动，减振性好，能够在恶劣环境下运行，安装简便，使用寿命长，不产生谐波，可与DCS等系统配合实现远控。但该调速器的转速指令百分数与负载设备的转速、介质流量、电机电流不能很好的线性对应，也就是说不能精准地调节负载设备的转速和介质流量;实现转速的无极调节也只能是在一定范围内，不能使负载设备完全达到“0”转速，只有在电机停运后，负载设备才能完全停止运转;而且在不加装升速变速箱情况下，负载设备的转速永远小于传动端定频电机的对应转速。故永磁涡流柔性传动调速技术适合应用在只需粗略调节转速或流量的负载设备上，如：水泵、风机、皮带机、磨煤机等。永磁传动技术的最大特点是能耗低、可靠性强，所以它在电力行业的应用前景还是十分广泛的。

参考文献

[1]G6.6-0.78（8）型汽轮机说明书[M].东方汽轮机厂，2002.

[2]谢天宇.火电厂汽轮机运行调试检修与维护手册[M].银声音像出版社，2004.

[3]何建民.电业应用文书写作[M].中国电力出版社，2001.

[4]ROBERT SMOCK.新技术用于改进现役汽轮机[J].Power Engineering，1989（5）.

[5]潘怀德.汽轮机本体检修[M].中国电力出版社，2008.endprint

摘 要 本文介绍了永磁涡流柔性传动调速器的结构组成、工作原理、技术特点，并通过与其他调速方式优缺点的对比，证明了该技术的可行性。

关键词 永磁;涡流;柔性传动;调速;节能;可靠性

中图分类号：THl33 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0065-03

现阶段，泵、风机等转机设备为实现“变速”，通常使用“变频器”或“液力偶合器”，但安装变频器的综合成本较高，而使用液力偶合器的能耗损失较大。“永磁涡流柔性传动调速技术”是一种新型的变频传动技术，它是依靠改变“永磁涡流联轴器”磁场的大小来调节定频电机与负载设备之间的传动转速，这种技术最大的益处就是能耗低、可靠性强，早期它被应用在美国军舰上。

1 永磁涡流柔性传动技术的基本原理

永磁涡流柔性传动技术基本原理就是遵循磁感应基本定律，即：“楞次定律”。当定频电机带动导体盘旋转时与安装在负载端的永磁盘产生切割磁力线运动，进而在导体盘中产生涡流，该涡流在导体盘周围生成反感磁场，从而带动永磁盘旋转，实现能量的空中传递。技术原理见图1。

图1 永磁涡流柔性传动技术基本原理图

2 永磁涡流柔性传动调速器的结构及调速工作原理

1）永磁涡流柔性传动调速器（即永磁涡流联轴器）构成。

①永磁转子组件：内含稀土磁，与负载连接。

②导体转子组件：与电机连接。

③执行组件：由电动执行器及传动杠杆组成。电动执行器可接收控制系统（如DCS系统、PLC系统）发出的指令信号，通过传动杠杆执行定位永磁转子与导体转子之间的气隙间距。

④轮毂和缩紧盘：高强度锁紧盘将轮毂固定在电机轴和负载轴上。

执行组件外观图见图2，永磁涡流柔性传动调速器结构见

图3。

2）调速工作原理。

位于负载装置一侧的永磁盘（强力稀土磁）和位于传动装置一侧的导体盘产生的感应电流在交互作用下产生扭力。设备负载侧和传动侧之间无连接，扭力通过气隙从传动端（定频电机）传向负载端（泵或风机）。气隙的大小影响着感应扭力的大小，气隙越小则感应扭力越大，气隙越大则感应扭力越小，这样通过执行组件改变气隙间距就可以实现对扭力的精确控制，从而达到调节负载设备转速的目的。

图2 执行组件外观图

图3 永磁涡流柔性传动调速器结构图

3 永磁涡流柔性传动技术特点

1）节能、无极调速。自身不消耗电能，无需外接电源，实现高效节能，节电率为10-50%;无级调速，调速范围较广。

2）可靠性强。机械结构简单、可靠，维修率低，几乎是免维护产品。

3）柔性启动。柔性启动，减少电机的冲击电流，延长设备使用寿命。

4）减少振动传递。永磁涡流柔性传动技术采用气隙而不是采用硬机械连接传动扭矩，气隙能有效隔离振动的传递，最大限度地减小磨损，因此可以连接冲击负载。

5）能够在恶劣环境下运行。能适应各种恶劣环境，包括电网电压波动大、谐波严重、易燃易爆、潮湿、粉尘等场所。对环境友好，不产生污染物，不产生谐波。

6）具有过载保护功能。由于电机和负载轴没有直接的物理连接，对于冲击型负载及有堵转可能的设备具有缓冲和自动过载保护的功能，减少电机被烧损的概率，从而提高了整个系统的可靠性，完全消除了系统因过载而导致的设备损坏。

7）安装简便。对电机和负载的连接精度要求大大降低，允许有较大的安装对中误差（最大可为5 mm），大大简化了安装调试过程。设备体积小，安装简便。

4 与变频器成本对比

大唐国际王滩发电公司对安装永磁涡流柔性传动调速器与变频器进行了成本综合对比，数据如表1。

根据以上表内数据对比可以得出，虽然选用变频器的设备购置成本低于选用永磁涡流柔性传动调速器，但在设备运行10年的总成本（包括设备购置、安装、运营成本）上，选用变频器则远高于选用永磁涡流柔性传动调速器。因此从长久看，使用“永磁涡流传动设备”更节省资金。

5 应用分析

2014年3月，大唐国际唐山热电公司2号机组A热网循环泵安装了永磁涡流柔性传动调速器。现场安装照片如图4。

3月14日，唐热公司对2号机A热网循环泵进行了试运，试运前热网系统运行工况如下：1号机A热网循环泵，2号机D热网循环泵满负荷运行。热网母管压力0.87MPa，原热网母管流量6977t/h，扩供母管流量2642t/h。永磁涡流调速器冷却水流量控制在7.5～8.0m3/h，冷却水压力0.135～0.14MPa。启动2号机A热网循环泵，该泵配套为额定转速989r/min的定频电机，泵的初始转速设定为10%，就地显示330r/min，随后迅速带满负荷运行，泵转速设定为100%，就地显示977r/min，电机电流为150A，经过半小时满负荷运行后，发出逐渐降低永磁涡流调速器负载端设备转速的指令。测量结果如表2。

图4 安装永磁涡流柔性传动调速器的水泵

表2 试运数据表

为了便于图表显示，按泵出、入口压力，热网母管压力均放大100倍，热网总流量缩小100倍，制作热网循环泵转速指令与电机流量、泵出入口压力、供热母管压力、供热母管流量对应参数曲线如图5。

从以上试运数据表及参数曲线图可知：1）永磁涡流柔性传动调速器在65%～58%转速指令范围内，热网循环泵电机电流变化显著，原因分析是泵的流量在此区间变化幅度很大。2）转速指令、泵的实际转速、泵流量和电机电流四者之间并不是完美的线性对应关系：在100%～65%转速指令区间，随着指令的下降，泵的转速、电机电流和泵流量下降幅度较小;在65%～55%转速指令区间，随着指令的下降，泵转速、泵流量和电机电流快速下降;在54%～38%转速指令区间，随着指令的下降，泵转速、泵流量和电机电流变化幅度再次减小。3）在38%以下转速指令区间，泵的转速基本维持在初始转速，不受转速指令控制;转速指令为“0”时，并不能停泵，泵的转速仍维持在277r/min，只有在电机停运时，泵才能完全停止运行。4）泵的转速始终小于电机的对应转速。

图5 热网循环泵运行参数曲线图

6 结论

永磁涡流柔性传动调速器的节能效果比液力偶合器好，购置、安装、运营的总成本比变频器低。它的结构简单，可靠性强，柔性传动，减振性好，能够在恶劣环境下运行，安装简便，使用寿命长，不产生谐波，可与DCS等系统配合实现远控。但该调速器的转速指令百分数与负载设备的转速、介质流量、电机电流不能很好的线性对应，也就是说不能精准地调节负载设备的转速和介质流量;实现转速的无极调节也只能是在一定范围内，不能使负载设备完全达到“0”转速，只有在电机停运后，负载设备才能完全停止运转;而且在不加装升速变速箱情况下，负载设备的转速永远小于传动端定频电机的对应转速。故永磁涡流柔性传动调速技术适合应用在只需粗略调节转速或流量的负载设备上，如：水泵、风机、皮带机、磨煤机等。永磁传动技术的最大特点是能耗低、可靠性强，所以它在电力行业的应用前景还是十分广泛的。

参考文献

[1]G6.6-0.78（8）型汽轮机说明书[M].东方汽轮机厂，2002.

[2]谢天宇.火电厂汽轮机运行调试检修与维护手册[M].银声音像出版社，2004.

[3]何建民.电业应用文书写作[M].中国电力出版社，2001.

[4]ROBERT SMOCK.新技术用于改进现役汽轮机[J].Power Engineering，1989（5）.

[5]潘怀德.汽轮机本体检修[M].中国电力出版社，2008.endprint

摘 要 本文介绍了永磁涡流柔性传动调速器的结构组成、工作原理、技术特点，并通过与其他调速方式优缺点的对比，证明了该技术的可行性。

关键词 永磁;涡流;柔性传动;调速;节能;可靠性

中图分类号：THl33 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0065-03

现阶段，泵、风机等转机设备为实现“变速”，通常使用“变频器”或“液力偶合器”，但安装变频器的综合成本较高，而使用液力偶合器的能耗损失较大。“永磁涡流柔性传动调速技术”是一种新型的变频传动技术，它是依靠改变“永磁涡流联轴器”磁场的大小来调节定频电机与负载设备之间的传动转速，这种技术最大的益处就是能耗低、可靠性强，早期它被应用在美国军舰上。

1 永磁涡流柔性传动技术的基本原理

永磁涡流柔性传动技术基本原理就是遵循磁感应基本定律，即：“楞次定律”。当定频电机带动导体盘旋转时与安装在负载端的永磁盘产生切割磁力线运动，进而在导体盘中产生涡流，该涡流在导体盘周围生成反感磁场，从而带动永磁盘旋转，实现能量的空中传递。技术原理见图1。

图1 永磁涡流柔性传动技术基本原理图

2 永磁涡流柔性传动调速器的结构及调速工作原理

1）永磁涡流柔性传动调速器（即永磁涡流联轴器）构成。

①永磁转子组件：内含稀土磁，与负载连接。

②导体转子组件：与电机连接。

③执行组件：由电动执行器及传动杠杆组成。电动执行器可接收控制系统（如DCS系统、PLC系统）发出的指令信号，通过传动杠杆执行定位永磁转子与导体转子之间的气隙间距。

④轮毂和缩紧盘：高强度锁紧盘将轮毂固定在电机轴和负载轴上。

执行组件外观图见图2，永磁涡流柔性传动调速器结构见

图3。

2）调速工作原理。

位于负载装置一侧的永磁盘（强力稀土磁）和位于传动装置一侧的导体盘产生的感应电流在交互作用下产生扭力。设备负载侧和传动侧之间无连接，扭力通过气隙从传动端（定频电机）传向负载端（泵或风机）。气隙的大小影响着感应扭力的大小，气隙越小则感应扭力越大，气隙越大则感应扭力越小，这样通过执行组件改变气隙间距就可以实现对扭力的精确控制，从而达到调节负载设备转速的目的。

图2 执行组件外观图

图3 永磁涡流柔性传动调速器结构图

3 永磁涡流柔性传动技术特点

1）节能、无极调速。自身不消耗电能，无需外接电源，实现高效节能，节电率为10-50%;无级调速，调速范围较广。

2）可靠性强。机械结构简单、可靠，维修率低，几乎是免维护产品。

3）柔性启动。柔性启动，减少电机的冲击电流，延长设备使用寿命。

4）减少振动传递。永磁涡流柔性传动技术采用气隙而不是采用硬机械连接传动扭矩，气隙能有效隔离振动的传递，最大限度地减小磨损，因此可以连接冲击负载。

5）能够在恶劣环境下运行。能适应各种恶劣环境，包括电网电压波动大、谐波严重、易燃易爆、潮湿、粉尘等场所。对环境友好，不产生污染物，不产生谐波。

6）具有过载保护功能。由于电机和负载轴没有直接的物理连接，对于冲击型负载及有堵转可能的设备具有缓冲和自动过载保护的功能，减少电机被烧损的概率，从而提高了整个系统的可靠性，完全消除了系统因过载而导致的设备损坏。

7）安装简便。对电机和负载的连接精度要求大大降低，允许有较大的安装对中误差（最大可为5 mm），大大简化了安装调试过程。设备体积小，安装简便。

4 与变频器成本对比

大唐国际王滩发电公司对安装永磁涡流柔性传动调速器与变频器进行了成本综合对比，数据如表1。

根据以上表内数据对比可以得出，虽然选用变频器的设备购置成本低于选用永磁涡流柔性传动调速器，但在设备运行10年的总成本（包括设备购置、安装、运营成本）上，选用变频器则远高于选用永磁涡流柔性传动调速器。因此从长久看，使用“永磁涡流传动设备”更节省资金。

5 应用分析

2014年3月，大唐国际唐山热电公司2号机组A热网循环泵安装了永磁涡流柔性传动调速器。现场安装照片如图4。

3月14日，唐热公司对2号机A热网循环泵进行了试运，试运前热网系统运行工况如下：1号机A热网循环泵，2号机D热网循环泵满负荷运行。热网母管压力0.87MPa，原热网母管流量6977t/h，扩供母管流量2642t/h。永磁涡流调速器冷却水流量控制在7.5～8.0m3/h，冷却水压力0.135～0.14MPa。启动2号机A热网循环泵，该泵配套为额定转速989r/min的定频电机，泵的初始转速设定为10%，就地显示330r/min，随后迅速带满负荷运行，泵转速设定为100%，就地显示977r/min，电机电流为150A，经过半小时满负荷运行后，发出逐渐降低永磁涡流调速器负载端设备转速的指令。测量结果如表2。

图4 安装永磁涡流柔性传动调速器的水泵

表2 试运数据表

为了便于图表显示，按泵出、入口压力，热网母管压力均放大100倍，热网总流量缩小100倍，制作热网循环泵转速指令与电机流量、泵出入口压力、供热母管压力、供热母管流量对应参数曲线如图5。

从以上试运数据表及参数曲线图可知：1）永磁涡流柔性传动调速器在65%～58%转速指令范围内，热网循环泵电机电流变化显著，原因分析是泵的流量在此区间变化幅度很大。2）转速指令、泵的实际转速、泵流量和电机电流四者之间并不是完美的线性对应关系：在100%～65%转速指令区间，随着指令的下降，泵的转速、电机电流和泵流量下降幅度较小;在65%～55%转速指令区间，随着指令的下降，泵转速、泵流量和电机电流快速下降;在54%～38%转速指令区间，随着指令的下降，泵转速、泵流量和电机电流变化幅度再次减小。3）在38%以下转速指令区间，泵的转速基本维持在初始转速，不受转速指令控制;转速指令为“0”时，并不能停泵，泵的转速仍维持在277r/min，只有在电机停运时，泵才能完全停止运行。4）泵的转速始终小于电机的对应转速。

图5 热网循环泵运行参数曲线图

6 结论

永磁涡流柔性传动调速器的节能效果比液力偶合器好，购置、安装、运营的总成本比变频器低。它的结构简单，可靠性强，柔性传动，减振性好，能够在恶劣环境下运行，安装简便，使用寿命长，不产生谐波，可与DCS等系统配合实现远控。但该调速器的转速指令百分数与负载设备的转速、介质流量、电机电流不能很好的线性对应，也就是说不能精准地调节负载设备的转速和介质流量;实现转速的无极调节也只能是在一定范围内，不能使负载设备完全达到“0”转速，只有在电机停运后，负载设备才能完全停止运转;而且在不加装升速变速箱情况下，负载设备的转速永远小于传动端定频电机的对应转速。故永磁涡流柔性传动调速技术适合应用在只需粗略调节转速或流量的负载设备上，如：水泵、风机、皮带机、磨煤机等。永磁传动技术的最大特点是能耗低、可靠性强，所以它在电力行业的应用前景还是十分广泛的。

参考文献

[1]G6.6-0.78（8）型汽轮机说明书[M].东方汽轮机厂，2002.

[2]谢天宇.火电厂汽轮机运行调试检修与维护手册[M].银声音像出版社，2004.

[3]何建民.电业应用文书写作[M].中国电力出版社，2001.

[4]ROBERT SMOCK.新技术用于改进现役汽轮机[J].Power Engineering，1989（5）.

[5]潘怀德.汽轮机本体检修[M].中国电力出版社，2008.endprint