盘式、筒式和带变频的永磁调速器技术分析

盘式、筒式和带变频的永磁调速器技术分析

2020-05-09 08:53:48 925

永磁调速器在2007年国内套应用至今已经接近10年时间,主流结构采用的是盘式结构,少见的也有筒式结构的产品,近2年以来还出现了带变频的永磁调速技术。

盘式已为主流业主厂家所认同,比如迈格钠、沃弗等大厂产品,技术和实践业绩均很成熟。而筒式和带变频的这两种技术面世不久,其运行安全可靠性到底如何,本文将作对比分析。

盘式与筒式对比

盘式及筒式的永磁调速器虽然都是永磁调速产品。但这两种产品在应用时间、结构、安全性、散热原理和散热效果是完全不同的。本文就筒式和盘式两种结构的永磁调速器进行了一个全面的对比分析。

01 应用时间和专利上不同

盘式永磁调速器是目前永磁调速产品广泛、采用的结构形式。盘式结构永磁调速器从发明到应用,经历了各行业各种实践的运用,其运行的安全可靠性,散热性能已经得到用户普遍的认同。

筒式结构的永磁调速器,是为了避开盘式结构的专利另辟蹊径的一种结构。从理论论证到产品生产时间短,其运行安全可靠性还没有得到充分的时间和实践验证。

02 结构及调速原理不同

盘式结构的永磁调速器,调速是采用调整导体盘和永磁体的间隙,而改变永磁涡流的强弱来调整转速的。

筒式永磁调速器是靠移动导磁筒和永磁筒的调速耦合面积,改变永磁涡流的强弱来调整转速的。也就是说盘式结构在调速过程中是改变了导磁体和永磁体的间隙,而筒式结构导磁筒和永磁筒的间隙没有改变,只是改变了导磁筒和永磁筒产生磁涡流的面积(就是减少磁钢参与磁感应的数量)。所以,筒式结构的永磁调速器产品目前限于需要调速传动工况,产品单一。而盘式结构的永磁调速器有标准型(恒转速工况)、限力矩型(需要过载保护工况)等结构。

03 散热效果不同

盘式结构的永磁调速器,导体盘和永磁体在间隙小时,导体盘几乎不产生热量。只有在导体盘和永磁体拉开到一定间隙时(即滑差产生时),导体盘会有热量产生。由于属于开式的结构形式,外部加装高效散热片,并且设备处高速的运行状态,所以导体盘产生的热量不易传递给永磁体。并且导体盘和永磁体拉开的间隙更有利于设备的散热。

筒式结构的永磁调速器在调速过程中,导磁筒和永磁筒的间隙没有改变,并且属于闭式的结构形式,所以运行时导磁筒产生的热量更容易传递给永磁筒,从而威胁到永磁筒内的磁钢的使用寿命。所以盘式结构比筒式结构的磁力调速器更利于散热,从而提高了设备整体的可靠性、安全性。

安徽淮南矿业顾桥电厂1套机组配置的互为备用的二台280kW闭式泵,分别采用盘式和筒式结构,筒式结构导体运行温度达到280℃,盘式结构导体运行温度为75℃。

04 安装要求及使用寿命上不同

盘式结构的永磁调速器的安装允差比较大,轴对中小于5mm,角度0.5度即可。

筒形永磁调速器的允差较小,对安装精度相对要求很高,轴心允差0.5mm ,角度0度,内外套筒安装须准直,一旦发生偏差(无论是安装引起的,还是运行磨损造成的),则会发生扫膛现象(与电机的转子、定子发生摩擦故障类似),造成永磁体迅速发热,超过磁铁的居里温度点,则导致磁钢失磁,造成设备报废,筒形结构的永磁调速器,能否保证长时间设计寿命,还需要更多的实践和理论论证。

05 调速性能对比

从多年的运行案例来说,盘式结构由于可以采用多种材料的导体材质,所以其调速特性曲线(T-N)平稳,调速稳定。

筒式结构由于其散热性能较差,导体和卷筒式钢盘结构特点,多数采用铜结构作为导体材质,非常单一,尤其大功率在调速的在50~80%的区间段无法稳定,例如某300kW水泵的压头为5kg,筒式结构很难调节到4Kg,会在3.5~4.5之间直接跳过,无法实现4kg的恒压控制。

06 安全性

盘式结构的永磁调速器的永磁体安装在磁盘中,磁盘转动时永磁体的离心力由刚性金属盘克服,永磁体与磁盘边缘超过10cm,安全性有保障。

筒式结构的永磁调速器的永磁体安装在转筒表面,一般用螺栓固定,存在安全隐患,曾发生过永磁体甩出事故。

盘式永磁调速器产品的应用,通过在电厂、水泥厂、钢厂﹑煤矿等恶劣环境下的运行,产品在研发、设计、制造中都积累了较丰富的经验。

带变频的永磁调速器

带变频的永磁调速器是在筒式永磁结构上再加碳刷收集电流,通过变频器回馈到电网,环节很多,结构复杂。而筒式结构,正如上文介绍主要是为了避免盘式专利保护而发明的,带变频的永磁调速器则是在筒式结构上进一步变化导致复杂化。一般的主流盘式永磁调速器,采用调整导体盘和永磁体的间隙,而改变永磁涡流的强弱来调整转速的,非常简单。

01 特点分析

1、这种技术很难称之为永磁调速器技术,只能说是筒式永磁调速器+变频的结合。

2、还没有进过市场的验证,在2000KW以上的很难找到成功案例,离产品成熟还有3~5年的验证期。

3、结构环节太多,综合了机械和变频的缺点,没有突出单一的优点。例如机械产品的优点是寿命长,结构简单可靠,环节少,整体安全性高,但是调节精度不高。电子的特点是调速精度高,但是寿命短,易出现故障等。

02 变频的弊端

1、应用变频会增加系统的故障点,背离了永磁调速器结构简单的初衷。

2、变频器一但损坏,由于永磁调速器是靠变频器散热的,直接导致永磁调速器热量快速上升,无法有效保护从而导致系统崩溃,出现重大事故。

3、电网回馈会成为败笔,很容易引起谐波,降低功率因素,同时变频器的任何一个部件损坏,永磁调速器由于无法散热从而烧毁。

4、有碳刷结构也会是一个败笔,市场上已经有无碳刷结构的励磁方式,会增加系统的不可靠性,技术落后,且后期运维成本较高。

小结

永磁调速技术经过多年发展,其简单可靠、少维护的特性也为越来越多有调速节能需求的工业大功率电机业主所认同,盘式结构用多年的实践业绩验证了其技术成熟性。而筒式结构或带变频的永磁调速技术还需进一步观察,待其成熟时可尝试改造,但不能盲目上大项目。