华电昌热-永磁调速器在电厂转机变速调节上的应用展望-成志刚

华电昌热-永磁调速器在电厂转机变速调节上的应用展望-成志刚 2010年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 永磁调速器在电厂转机变速调节上的应用展望 新疆华电昌吉热电二期有限责任公司 成志刚 [摘 要] 永磁调速器采用无物理连接传递扭矩～可实现转速平滑调节～允许低负载启动～冲击电流小～减少了电机绕组、铁芯发热量～降低了电机及转机的振动～减轻了机封磨损～可延长电机本体、轴承及机械密封等部件的使用寿命。永磁调速器是比较先进的电机调速技术～能有效改善风机、泵类电机系统的调节方式～有进一步推广应用的价值。 [关键词] 永磁调速器,高效节能,无谐波 前言 泵与风机是火力发电厂重要的辅助设备，这些设备本身的安全可靠性不仅直接关系到整个火电厂的安全经济运行，而且其运行经济性即耗电量大小决定着电厂厂用电率的高低。由此可见，搞好泵与风机节能改造具有非常重要的意义。 永磁驱动技术是近年来国际上开发的一项突破性新技术，是专门针对风机、泵类离心负载调速节能的适用技术。它具有高效节能、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。尤其是其不产生高次谐波且低速下不造成电机发热，优良的调速特性更使其成为风机及泵类设备节能技术改造的首选。 在“关于印发“十一五”十大重点节能工程实施意见的通知(发改环资[2006]1457号)”中明确要求:提高电机系统效率，推广变频调速、永磁调速等先进电机调速技术，改善风机、泵类电机系统调节方式，逐步淘汰闸板、阀门等机械节流调节方式。重点对大中型变工况电机系统进行调速改造，合理匹配电机系统，消除“大马拉小车” 现象。 1永磁调速技术原理 永磁调速器的结构如图1所示，主 要由两部分组成，一部分是安装在负荷 侧的磁转子，另一部分安装在电动机侧 的铜转子，铜转子与电动机转速一致， 在运行过程中保持不变。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，磁 场通过气隙在铜转子上产生感应电流， 使铜转子在磁场中受到力的作用，在反 作用力的作用下磁转子沿着与铜转子 - 1 - 2010年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 相同的方向旋转，结果在负荷侧输出轴上产生扭矩，从而带动负荷做旋转运动。通过调节永磁体和 铜导体之间的气隙就可以控制传递扭矩的大小，从而获得可调整、可控制的负荷转速，实现负荷转 速的调节。 永磁调速器由四个部件组成，见下图。 .永磁转子:镶有永磁体(强力稀土磁铁)的铝盘与负载轴连接 .导磁转子:导磁体盘(铜或铝)与电机轴连接 .气隙执行机构:调整磁盘与导磁盘之间气隙的机构 .转轴连接壳与紧缩盘:以专利紧缩盘装置与电机及负载轴连结 永磁转子 转轴连接壳与紧缩盘 永磁调速器主要由导体转子、永磁转子气隙调整机构 (未显示执行器)和控制器三部分组成。导体转子固定在电动导磁体盘(铜或铝) 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)链接转变 为软(磁)链接，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。 磁感应原理是通过磁体和导体之间的 相对运动产生。也就是说永磁调速器的输出 转速始终都比输入转速小，转速差称为滑差。典型情况下，在电动机满转时，永磁调速器的滑差在 1%,3%之间。 2 永磁调速技术与其他变速调节技术的比较 - 2 - 2010年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 永磁调速器与变频器、液力耦合器相比具有更大的优势，三种调速器技术对比如下: 序描述 永磁调速 变频调速 液力耦合调速 号 总费用 最低 较高 最高 1 对中要求 最低(5mm) 2 激光对中 激光对中 不需要激光对中 减振效果 最好(降低50-85%) 较好 较好 3 维护工作量及成本 最小(接近免维护)，成4 很高 很高 本最低 过载保护 最可靠。完全排除了因5 过载造成的电机系统损可靠。异常停机恢复时可靠。异常停机恢复时 坏。将异常停机时间降间长。 间长。 低到最低。 对现有设备的影响 高次谐波易破坏电动机6 延长电动机系统现有设的绝缘，使电动机和负 备的寿命。特别是能够载的寿命降低，维护工 大大延长轴承和密封件作量增大。低速时，对联轴器磨损问题较大。 的寿命。 于内冷电机散热变差。 革命性地提高整个系统产生轴承电压和轴承电 的可靠性。 流，使轴承和密封件的 寿命缩短。 设计寿命 最长(20-30年) 较长(5-10年) 较长(10年) 7 电压波动对电机系影响大，可能导致变频8 影响最小 影响较小 统的影响 器工作异常或者停机 节能效果 节能效果与变频调速相9 损失较大，节能效果最当。在低速时，节能效最高 低; 果比变频器稍差。 软启动 电机和负载独立可以启10 动，启动性能最好，对性能较好。起动时间较性能较好，可以对电机电网电压影响最小，起长。有较大的热量产生。 和负载独立启动。 动时间最短，产生的热 量最小，最节能。 精度 很高。 最高 很低 11 设备价格 较高 较高 最低 12 调速范围 较大(0-98%) 最大(可超频) 最小 13 体积 最小 最大 较大 14 结构 最简单，元器件最少 最复杂 较复杂 15 对环境的影响 产生大量的谐波，同时16 对环境友好，可适用于电网的质量又影响变频各种恶劣环境。包括腐器的正常运行。对使用不产生谐波，液压油易蚀、爆炸、潮湿、粉尘环境有较高的要求，包污染环境。 含量高的环境。适应于括不能用在腐蚀、爆炸、各种异步电动机。 潮湿、粉尘较高的场合。 - 3 - 2010年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 同时对电机也有较高的 要求。 安装调试 允许较大的安装对中误17 差，不需要激光对中安 装。大的安装误差不影需要专门的房间，安装安装调试，复杂。 响系统效率，不产生震调试复杂，周期长。 动。 安装调试简单，方便。 日常维护 工作量小，不需要专门18 的技能和专有维护平工作量大，由于震动问 台。由于减少了系统震需要专门的技能和维护题，轴承磨损大，更换 动问题，使得系统磨损平台，对维护人员要求周期短。同时还存在漏 小，发热少。每年对轴较高。 油现象。不需要专门的 承抹点润滑油，每三年技能和维护平台。 更换一次轴承。 从以上对比可以看出:永磁调速器完全可以满足电厂的高可靠性，低停机率的严格要求。 3 永磁调速的显著优点 3.1高效节能 采用永磁调速器技术，可以通过调节气隙实现流量和/或压力的连续控制，取代原系统中控制流量和/或压力的阀门或风门挡板，在电机转速不变的情况下，调节风机或水泵的转速。 风机水泵等离心负载符合相似定律: 流量变化与转速变化成正比: Qn11,Qn22 压力变化与转速变化的平方成正比: 2pn11,，，pn22 负载功率变化与转速变化的立方成 正比: 3Pn11，，, Pn22 2n1，，1,n2永磁调速器节能效果= 永磁调速器可在0,98%的范围内对 负载进行无级调速。因此，在工况许可的 条件下较之变频调速可有更深的调速深 度，从而节能率更高。 - 4 - 2010年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 3.2空载启动 永磁调速器可以通过调整气隙，让电机空载启动，当电机达到额定转速后，调节气隙，使负载稳定逐步加速到所需转速，可以大大降低启动过程中的电流冲击、电机线圈发热、流量急剧变化等问题造成的影响。 3.3容忍对中误差 永磁调速器因采用气隙而不采用硬机械连接来传递扭矩，因而对电机和负载设备连接精度要求大大降低。硬机械连接对联轴器的对中要求很高，根据转速的大小，对中精度的要求也不同，具体要求见表“联轴器找正允许偏差值”。从表中可以看出，硬机械连接对中精度最小为0.02mm，而永磁调速器对中精度最小为5mm，两者相差250倍。 联轴器找正允许偏差值(单位:mm) 转速 挠性 半挠性 刚性 r/min 圆周 端面 圆周 端面 圆周 端面 ?3000 0.04 0.05 0.03 0.05 0.02 0.02 ,3000 0.05 0.06 0.05 0.06 0.04 0.04 ,1500 0.08 0.08 0.07 0.08 0.06 0.06 ,750 0.10 0.10 0.08 0.10 0.08 0.08 ,500 0.15 0.15 0.10 0.12 0.10 0.08 3.4减少振动 除永磁调速器外所有调节流量或调速装置，因为机械安装要求，必须对电机、风机或泵进行精密轴校准。否则在系统安装后，会因为轴不同心，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，增加维护维修成本。 永磁调速器因为采用气隙而不采用硬机械连接来传递扭矩，因而对电机和负载设备的连接精度要求大大降低，除安装时不需要激光轴校准外，因为无硬机械连接，连接精度所造成的机械振动和 - 5 - 2010年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 噪音大大降低，实践证明，这种连接方式，可降低振动80%左右。 3.5无谐波 变频器干扰主要有:一是变频器中普遍使用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生传导干扰，引起电网电压畸变(电压畸变率用THDv表示，变频器产生谐波引起的THDv在10,40%左右)，影响电网的供电质量;二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器的正常工作。 “GB/T 14549-93 电能质量 公用电网谐波”中规定，公用电网谐波电压(相电压)限值为380V (220V)电网电压总THDv为5%，各次谐波电压含有率奇次为4%，偶次为2%。 如下图所示，永磁调速器没有被测试到它对其它与之相连的设备会产生谐波。永磁调速器只是一个简单的机械装置，它对周围系统的功效均没有影影响。 - 6 - 2010年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 4 永磁调速器的工艺特点 输出功率 10,2500kW 转速: 0,3600rpm 功率 冷却方式 安装方式 小于300kW 空冷 水平或垂直 大于300kW 水冷 水平或垂直 空气冷却永磁调速器适用于7,400kW电机功率范围。水冷永磁调速器应用于400kW以上的电机功率范围，以及磁转子和导体的旋转速度低到不能充分满足对这些部件的空气冷却要求的使用状态。 水平安装(水冷却的)完全密封 垂直安装(空气冷却的) 5 结论 通过上述，与高压变频器相比，永磁调速器具有结构简单、性能可靠等优点，是不产生谐 - 7 - 2010年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文 波、电磁干扰更小的绿色节能产品，具有更好的隔振效果，能够很好地适应湿度大、粉尘含量高的环境，相信在不久的将来，永磁调速器必将在各行各业得到广泛的应用。 参考文献: [1]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.电力设备，2008(10):34-36. [2]中大电通.永磁调速器产品说明. - 8 -