永磁涡流调速技术在风机水泵调速中的适用性分析

漆复兴



永磁涡流调速技术在风机水泵调速中的适用性分析

漆复兴

（江苏磁谷科技股份有限公司，江苏镇江 212009）

本文分析了永磁涡流调速技术应用在风机水泵类负载中，滑差功率损耗与转速的关系。推导出永磁涡流调速装置啮合长度与临界转差率、最大转矩的公式。通过对比分析风机水泵类负载的特性曲线与永磁涡流调速传动装置的转矩-转速特性曲线，得出了永磁涡流调速装置使用时会产生转速突变，传递的转矩不能满足风机水泵负载的要求。

永磁涡流 调速 滑差功率 转矩-转速特性曲线 转速突变

0 引言

永磁涡流调速技术是最近十几年来兴起的一种传动技术，该产品的典型代表为来自于美国的麦格纳公司（MagnaDrive），产品由永磁转子、导体转子和执行机构构成，其工作原理为：由原动机驱动导体转子在永磁转子产生的磁场中切割磁力线产生感应涡流，进而产生感应磁场，该磁场与永磁转子磁场相互作用驱动负载，从而实现转矩的传递[1]。其调速原理如图1：永磁体按N、S极交替布置，导电体通常为紫铜。通过执行机构来调节导体转子的左右移动来调节啮合长度δ，从而改变两转子间传递转矩的大小来达到调速的目的。

图1 调速原理图

1-永磁转子；2-永磁体；3-导电体；4-导体转子；5-输出轴；6-输入轴；

1 永磁涡流调速技术存在滑差功率损耗

输入轴的轴功率为：

输出轴的轴功率为：

引入电机学里转差率s为：

则式（3）可变换为：

则对应极值点的解有两个：=0；= 2/3

也就是说，永磁涡流调速装置应用在风机水泵类负载中，其最大滑差功率损耗为额定功率的0.14815，且出现在额定转速的2/3处。

2 永磁涡流调速技术应用在风机水泵类负载中转速突变的分析

2.1 函数分析

通常，永磁涡流调速装置为隐极设计，可以认为X=X，则式（11）和式（12）可简化为：

对于临界转差率s，从式（13）可以看出影响其大小的因素是导体转子的电阻1、以及电抗X，当图1装置调节啮合长度时，1和X同步变大或变小，R/X的比值是恒定的，因此s的值不会发生改变。

对于最大转矩T，可以看出，其大小主要与空载电动势0有关，且与02成正比，而0与永磁体产生的每极磁通成正比。减小导致下降，因而最大转矩T也变小。

2.2 图表分析

永磁涡流调速传动装置的转矩—转速特性曲线如图2所示。

图2 调速传动装置的转矩-转速特性曲线

图2中，横座标为输出轴的转速，纵座标为传递的转矩。假定输入轴的转速为1=1485r/min，永磁涡流调速传动装置有一个临界转差率s、最大转矩点T和起动转矩点。

在图2中增加了风机水泵负载的特性曲线如图3所示：

图3 调速时转矩转速及风机水泵负载曲线

另外图3中，除了工作点外，风机水泵类负载的特性曲线与永磁涡流调速传动装置的转矩-转速特性曲线还有两个交点A和B，这就是导致永磁涡流调速技术应用在风机水泵类负载中产生转速突变的原因。

如图4所示，是通过执行机构减小两转子的啮合长度δ时的曲线（调速状态）：

图4 调速时转矩-转速及风机水泵负载曲线

图4中，调小后工作点在C点，相比图3的工作点，转速略有下降，此时系统仍是处于稳定运行状态，可以看出，当再减小啮合长度δ，输出转矩下降后，则转速会迅速滑到D点，产生转速突变，C点到D点的区间，永磁涡流调速装置传递的转矩不能满足风机水泵转矩的要求，直到在D点形成新的转矩平衡，达到稳定运行状态。

3 结语

虽然永磁涡流调速技术的调速效率不高，但在风机水泵类负载中应用，其损耗只占额定功率的0.14815，只要做好充分有效的散热处理，还是可以得到很好的应用，同时还需注意，设计时要根据调速范围将临界转差率s的值设计大一些，千万不能让调速装置过了临界转差点来工作。

[1] 张宏. 新型节能调速设备永磁磁力耦合调速器的原理及应用[J]. 中国电力教育. 2009: 552-553.

[2] 阎德志. 一种调速型液力偶合器传递功率的能力和效率的计算方法[J]. 发电设备. 2005(4).

[3] 段晓伟, 王向东. 大功率风机水泵调速节能方法对比分析[J]. 节能, 2012(5): 28-31.

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[5] 王秀和. 异步起动永磁同步电动机—理论、设计与测试[M]. 机械工业出版社,2009.

Applicability Analysis of Permanent Magnet Eddy Current Speed Regulation Technology in Fan and Pump Speed Regulation

Qi Fuxing

(Jiangsu Magnet Valley Technology Co., Ltd, Jiangsu 212009, Zhenjiang, China)

TM612

A

1003-4862（2019）05-0007-03

2018-04-19

漆复兴（1965-），男，高级工程师。研究方向：电机设计。E-mail: 13871110369@163.com