各類風機和泵在高耗能企業中大量應用。風機和泵選型均以系統的最大流量或壓力需求來設計,考慮到跑冒滴漏、還會留有一定的設計余量。常用的調節方式是通過調節擋板或閥門的開度來調節流量或壓力,不僅導致嚴重的節流損失,也會使風機水泵的運行工況點偏離最佳效率點,造成電能浪費。因此調速技術獲得了廣泛的應用,例如傳統的液力耦合調速、目前應用最廣的變頻調速等。這些年高壓變頻大面積使用,也逐漸暴露了一些新的問題:首先產生大量的諧波,污染電網;其次比較嬌氣、難維護(易受溫度、濕度、粉塵、諧波等影響);再次故障不可預測,元器件壽命短,等等。
永磁調速技術是近幾年發展起來并趨于成熟的一種調速技術。永磁調速是電氣原理機械實現,通過機械手段調節切割磁力線的多少,從而實現對負載的調速,屬于機械調速。其本質是扭矩控制系統,轉速下降扭矩隨之變小,因此不適合恒扭矩負載調速。由于其簡單可靠、免維護特性,永磁調速受到越來越廣泛的歡迎。這些年永磁調速也出現了許多不同的結構型式,無論哪種結構型式,永磁調速器均由導體轉子、永磁轉子和調節器三部分組成。目前主流的結構型式為套筒式和圓盤式兩種結構,如下圖所示,下面分別做簡單介紹。
圖(從左至右分別為):套筒式 圓盤式
套筒式永磁調速器由外導體轉子、內永磁轉子和調節機構三部分組成 ,外導體切割磁力線產生感應磁場,感應磁場與永磁場嚙合產生扭矩,通過調節永磁場與導體之間的嚙合面積就可以實現傳遞扭矩的大小,從而實現負載轉速變化。
圓盤式永磁調速由外面左右兩個銅盤形成的籠狀導體轉子、內部兩個永磁轉子和調節機構三部分組成,通過調節兩邊的氣隙大小就可以實現負載調速。
無論哪種結構型式都實現了電機和負載之間的能量進行無機械接觸傳遞,這樣好處是簡單、可靠、減振。下面針對這兩種結構的優缺點進行比較,方便大家選擇。
1、結構復雜程度:由上圖剖面圖可以看出,圓盤式永磁調速器結構復雜,比套筒式永磁調速的零件多,特別是多了3組齒輪齒條結構,齒輪齒條需要潤滑,屬于易損件。
2、調節力大小:由于圓盤式永磁調速永磁轉子移動方向沿磁力線平行方向,調節力大,超過400kW后需要放杠桿才能拉動;而套筒式永磁調速的調節方向沿著磁場的切線方向,調節力小,不需要推力軸承,也不需要放杠桿。因此套筒式永磁調速器的調節機構比盤式永磁調速器結構簡單。
3、散熱結構:針對大功率而言,盤式永磁調速冷卻需要將冷卻介質(水/油)引入發熱面導體轉子內,高速旋轉后通過離心力向外甩出,經過加速后的介質高速沖刷兩導體盤之間的連接桿,因此該連接桿為易損件,定期更換。而套筒式永磁轉子沒有該零件,水直接通過氣隙甩出。
4、安裝維護:圓盤式永磁調速器結構復雜,特別是導體盤和用磁盤之間的吸引力很大,導致軸向對中很難,對不好就會產生很大的軸向力,軸向力會越來越大,最終會導致擦盤(擦盤是常見故障,也就是永磁盤與銅盤接觸上了)因此其任何故障均需要需要返廠進行處理。而套筒式結構簡單、維修容易,可現場維護。
5、冷卻介質:由于圓盤式的齒輪齒條需要潤滑、兩導體盤之間的連接桿有沖刷力(相當于水刀)、蝸輪蝸桿需要潤滑等等這些技術難題,用水冷很難解決,因此國內仿造圓盤式永磁調速器的廠家基本上都采用油冷。油冷本身并沒有什么技術,做水冷的只需要換一下介質就可以變油冷,而做油冷的換不了水;同時水冷的可以做開式冷卻,系統更簡單。而套筒式永磁調速器由于沒有齒輪齒條、沒有蝸輪蝸桿、沒有被高速沖刷的連接桿,因此優先推薦水冷。油冷的現場麻煩,運行成本稍高。
6、體積:圓盤式永磁調速器的功率增加,只能是通過增大直徑和磁路優化兩種辦法;而套筒式永磁調速器除了增大直徑和磁路優化外,還可以增加軸向長度。因此套筒式永磁調速器更容易實現更大功率,同等功率體積相對較小。
7、調節的線性度:永磁調速的調節性能均是非線性的,但是套筒式永磁調速的線性度比圓盤式好。當然這樣也會導致套筒式永磁調速器設備軸向長度比圓盤式稍長。
道家老子告訴我們:大道至簡。至簡永磁調速--套筒式永磁調速,越簡單越好用!
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