永磁线圈调速与永磁涡流调速技术性能对比

曾庆峰（中国石油天然气股份有限公司规划总院）

永磁线圈调速与永磁涡流调速技术性能对比

曾庆峰（中国石油天然气股份有限公司规划总院）

永磁调速是近年来电动机调速系统中发展起来的突破性新技术，调速措施对提高机泵运行效率、降低电耗具有重要意义。介绍了永磁涡流调速技术与永磁线圈调速技术的原理、特点、应用效果，分析了永磁涡流调速技术的优势、实际应用中存在的不足以及永磁线圈调速技术升级改进，并对比分析了两种永磁调速技术的主要性能，旨在增进对新技术的认识，为企业选择相关技术提供参考。

永磁涡流调速技术；永磁线圈调速技术；温升

引言

离心式负载是石油石化行业中应用最广泛的负载类型，例如循环水泵、引风机等，是电能消耗的重点设备之一。据统计，炼油厂离心机泵电耗为全厂耗电的55%[1]。大部分离心式机泵额定参数大于实际需求，且常年处于恒速运行状态，早期通常都是以阀门或风门挡板调节所需流量与压力，节流损失大，效率低。根据离心泵的比例定律[2]可知，流量与转速成正比，功率与转速的立方成正比；因此，为提高机泵运行效率、降低电耗，采取调速措施具有重要意义。目前，机泵调速主要有变频调速、液力耦合调速、永磁调速三种方式。永磁调速是近年来电动机调速系统中发展起来的突破性新技术，克服了变频调速易产生谐波干扰等先天不足，具有运行可靠、机械磨损少等优点，对生产平稳运行和节能降耗具有积极促进意义[3]。

目前，永磁调速技术主要有永磁涡流调速和永磁线圈调速两类。永磁涡流调速技术在国内石油石化、电力等行业得到了推广应用，取得了较好的效果；但由于转差功率消耗在导体上，存在损耗功率使导体发热导致调速器温度升高等问题，需通过水冷或油冷等冷却措施降温。山东某企业开发的永磁线圈调速技术彻底解决了永磁涡流调速技术“温升”问题，不但具有永磁涡流调速技术的优点，而且还具有重载启动，大范围调速、效率高、恒扭矩传动等功能，扩展了永磁调速技术应用范围。

1 永磁涡流调速技术

永磁涡流调速器主要由安装在电动机轴上的导体转子、负载轴上的永磁转子及控制器三部分组成。其中，导体转子和磁转子可以自由地独立旋转，控制器是指调整磁盘与铜盘之间气隙的执行机构（图1）。

图1 永磁涡流调速器结构示意

永磁调速基本原理遵循楞次定律。当电动机带动导体转子旋转时，永磁转子与其产生相对运动，导体转子在磁场中作切割磁力线运动，交变磁场通过气隙在导体转子上产生涡流，涡流又在其上产生反感应磁场。永磁涡流调速技术原理是通过涡流产生的感应磁场与永磁场的相互作用，带动永磁转子沿着与导体转子相同的方向旋转，进而在负载侧输出轴上产生扭矩，带动负载做旋转运动，从而实现电动机与负载之间的无接触转矩传输[4]。这种转矩传输运动是不同步的，即与负载相连的永磁转子转速永远小于与电动机轴相联的导体转子转速，转速差称为滑差。

永磁涡流调速技术与变频调速相比，节能效果基本相当（大于80%转速时，效率最高；低速运行时，节能效果比变频器差）；由于永磁涡流调速技术的无机械连接、磁场传递扭矩的工作原理，具有无谐波干扰、维护运行成本低、性能可靠、使用寿命长、系统减震效果好、占用空间小、电动机-泵对准精度要求低、安装容易且安装施工费用低等优势。

1）运行维护简单，故障率低。永磁涡流调速装置运行中基本没有特殊维护要求，备件更换率非常低，远远比同类调速产品（液力耦合器、变频器）的故障率低、备件更换费用少，可减少企业的维护运行费用和非计划停机损失。

2）解决了风机振动等造成的相关问题，大大降低了系统故障率。因为机械安装要求，传统的传动或调速装置必须对电动机和水泵进行精密轴对中校准，否则系统安装后，易因轴不同心引起强烈的机械振动和噪音，并会造成轴承、油封等部件的加速磨损，增加维修成本。永磁涡流调速装置通过气隙传递扭矩，可有效隔离80%振动，延长电动机和负载寿命，可容忍较大的安装对中误差，最大偏差可达5 mm左右。

3）永磁涡流调速装置对电网没有谐波干扰，不损伤电动机，不影响电网功率因数。

4）可空载启动或软启动，电动机启动电流小、时间短，对电网无冲击。

5）可靠性高，使用寿命长，主体部件设计寿命达20年。

目前，永磁涡流调速技术已经在上海石化、燕山石化、镇海炼化、大庆炼化、广西石化等40多个炼化企业进行了应用，取得了较好的节能效果。例如，上海石化烯烃部2号乙烯装置裂解炉风机采用永磁调速技术改造后，运行平稳，节能率31%。

由于转差功率消耗在导体上，永磁涡流调速装置存在损耗功率使导体发热导致调速器温度升高等问题，需通过水冷或油冷等冷却措施降温；不适合重载启动，速差大时损耗大,传递扭矩小。

2 永磁线圈调速技术

永磁线圈调速装置由永磁转子、线圈转子及控制器三部分组成。

永磁线圈调速与永磁涡流调速技术原理相似，均为滑差调速。其中，线圈转子相当于永磁涡流调速装置中的导体转子。通过接通（断开）线圈，形成电流回路，使线圈中电流产生（不产生）的电磁场与原永磁场相互作用传递扭矩，则离合器合（离合器离）；通过控制线圈中电流大小，控制传递扭矩大小，达到调速目的；线圈中产生转差功率可引出反馈回供电端，达到节电效果，并保证线圈温升始终处于电动机正常工作的温升范围。对短时间软启动调速或小功率的传动，用户不需节电，可将引出的转差功率消耗在控制柜内电阻上。

永磁线圈调速技术解决了涡流永磁调速技术瓶颈“温升”难题，还将永磁涡流调速技术中原本发热的涡流能量转变成电能回馈供电端，更加节电（比变频器节电3%左右），无需水冷、油冷等附加冷却装置，无需间隙调节执行机构。

表1 主要调速技术性能对比

◇重载启动功能强大，启动转矩达200%以上；

◇无温升，综合节电性能高，比变频器高2%～4%；

◇对电网无谐波污染（转差功率不反馈时），或者谐波污染小、冲击小（转差功率反馈时）。

永磁线圈调速、永磁涡流调速、变频调速及液力耦合技术性能对比见表1。

目前，永磁线圈调速技术已经在电力、煤炭、钢铁、石化等行业进行应用，取得了显著的节能效果，同时促进了生产的平稳运行。例如，某煤炭企业额定功率2500 kW的除尘风机采用永磁线圈调速器取代液力耦合器后，整体系统大为简化，运行平稳，年节电600×104kWh，节电率约29%；某石化企业循环泵采用永磁线圈调速技术进行改造，省去了永磁涡流调速技术所需采用的水冷系统，运行平稳，节电率约30%。

3 总结

近年来，永磁涡流调速技术在国内进行了推广应用，在节能增效、促进设备长周期运行等方面取得了显著效果，但由于转差功率消耗在导体上，存在损耗功率使导体发热导致调速器温度升高等问题。永磁线圈调速器与永磁涡流调速器技术原理相似，是其升级换代技术，具有后者技术优势；同时解决了“温升”瓶颈，简化了运行系统，还可将原本发热的涡流能量转变成电能回馈供电端，具有更好的节电效果，在石油石化行业具有良好的应用前景。

[1]李贵贤，范宗良，毛丽萍.化工节能技术问答[M].北京：化学工业出版社，2009：116．

[2]薛敦松.石油化工厂设备检修手册（泵）[M].北京：中国石化出版社，2007：16．

[3]赵晓坤，戴鑫，段洪涛，等.永磁调速技术在火力发电厂电动机领域的应用与研究[J].内蒙古石油化工，2011（23）：112-113．

[4]王洪滨，刘文华，杜江，等.永磁调速节能技术在大功率循环水泵上的应用[J].节能技术，2014，32（2）：178-180．

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.006

2017-02-20
（编辑 张兴平）

曾庆峰，工程师，2010年毕业于中国石油大学（北京），从事石油石化节能节水技术研究工作，E-mail：zengqingfeng@petrochina. com.cn，地址：北京市海淀区志新西路3号，100083。