永磁調(diào)速器

2016-12-26 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1結(jié)構組成編輯

調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)筒形永磁轉(zhuǎn)子與筒形導體轉(zhuǎn)子在軸線方向的相對位置,以改

永磁調(diào)速器CST電磁應用技術圖片1

變永磁轉(zhuǎn)子和導體轉(zhuǎn)子耦合的有效部分,即可改變兩者之間傳遞的扭矩能實現(xiàn)可重復的、可調(diào)整的、可控制的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)調(diào)速節(jié)能的目的。

永磁調(diào)速器主要由三個部件組成:永磁轉(zhuǎn)子、導體轉(zhuǎn)子、調(diào)速機構

2特點編輯

平滑無級調(diào)速,調(diào)速范圍0-98%,實現(xiàn)高效節(jié)能,節(jié)電率為10-50%

簡單、可靠,機械結(jié)構,無需外接電源

柔性啟動,減少電機的沖擊電流,延長設備使用壽命

隔離振動,無機械連接

安裝簡便,容忍較大的對中誤差

能適應各種惡劣環(huán)境,包括電網(wǎng)電壓波動大、諧波嚴重、易燃易爆、潮濕、粉塵等場所

延長傳動系統(tǒng)各主要部件(軸承,密封等)的使用壽命,降低維護成本

綠色環(huán)保,無諧波,無污染物、無EMI(電磁波)干擾問題

使用壽命長,可達30年

投資效益高,投資回收快。

可控啟動

對于大型帶式輸送機,其對驅(qū)動系統(tǒng)的要求主要體現(xiàn)在啟動、制動過程中能最大限度的降低系統(tǒng)的慣性力,并能實現(xiàn)過載保護和負載平衡,將帶式輸送機的加速、停車和運行時的膠帶張力減到最小。永磁調(diào)速器的性能完全滿足這些要求,使大型帶式輸送機的性能達到最好。而由傳統(tǒng)的電動機、減速器所組成的驅(qū)動裝置在啟動和停車過程當中輸送帶的帶速隨著電動機的轉(zhuǎn)速變化而快速變化,加劇了輸送機本身的振動,增大了系統(tǒng)的慣性力,特別是在輸送帶滿載情況下啟動更為困難,因此傳統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足長距離、大運量的大型帶式輸送機需求。

一條皮帶可以由一臺電動機及一套永磁調(diào)速器驅(qū)動,也可以由多臺電動機及多套永磁調(diào)速器驅(qū)動。驅(qū)動電動機在皮帶機啟動之前空載啟動,此時永磁調(diào)速器的輸出軸保持不動,當驅(qū)動電動機達到滿轉(zhuǎn)速時,控制系統(tǒng)逐漸減小每臺永磁調(diào)速器的氣隙,啟動皮帶機并逐漸加速到滿速度。這使得皮帶機在被加速至滿速度之前有一個緩慢而均勻的預拉伸過程。

加速時間可以根據(jù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)進行調(diào)整。啟動驅(qū)動電動機可以按順序空載啟動,所以電動機的沖擊電流非常小。由于驅(qū)動電動機可以根據(jù)運行負載進行選擇而不必根據(jù)啟動負載選擇,所以永磁調(diào)速器驅(qū)動系統(tǒng)可以選用功率較小的電動機。同樣控制皮帶機的停車過程中,永磁調(diào)速器也可以通過延長停車時間來降低對膠帶的動態(tài)沖擊力。

當驅(qū)動系統(tǒng)中有多臺永磁調(diào)速器時,控制系統(tǒng)可以確保每臺驅(qū)動電機分擔相同的負載。合理的功率平衡可以有效地延長整個驅(qū)動系統(tǒng)各部件的壽命。功率平衡是通過控制每臺永磁調(diào)速器的氣隙,并允許一臺或幾臺永磁調(diào)速器進行輕微滑差來實現(xiàn)的,系統(tǒng)中的任何負載的增加都引起永磁調(diào)速器產(chǎn)生滑差,這樣驅(qū)動系統(tǒng)的所有部件、軸承和齒輪等都將在沖擊或者過載時受到保護從而延長其使用壽命。

大功率電機系統(tǒng)的啟動問題一直困擾用戶的最大難題,因為電機系統(tǒng)在啟動時,基本上可以看作是滿載啟動,電機在合閘瞬間,啟動電流超出額定工作電流的十幾倍甚至幾十倍,使得變壓器、配電設備短期嚴重過載,造成電壓跌落(“黑電”)甚至啟動失敗,嚴重時還可能燒毀電機。電機啟動過程短的持續(xù)幾秒,長的達到幾十秒,電機線圈嚴重發(fā)熱,造成電機線圈提前老化,縮短電機使用壽命。

高可靠性

(l)永磁調(diào)速器在啟動負載之前驅(qū)動電機空載啟動,電機達到額定的速度之后,通過控制系統(tǒng)使每臺永磁調(diào)速器氣隙逐漸縮小來緩慢、平穩(wěn)地對輸送帶進行張緊,輸送帶平穩(wěn)地加速到全速;使帶式輸送機在重載工況下可控制地逐步克服整個系統(tǒng)的慣性而平穩(wěn)地啟動;使輸送帶的啟動非常平滑,速度由零逐漸緩慢上升,加速度為連續(xù)的,實現(xiàn)了無沖擊的軟啟動。

(2)永磁調(diào)速器不僅降低了電動機的啟動電流,減小了電動機的熱沖擊負荷及對電網(wǎng)的影響,從而節(jié)約電能并延長電動機的工作壽命,而且極為有效地減小了啟動時傳動系統(tǒng)對輸送膠帶的破壞性張力,消除了輸送機啟動時產(chǎn)生的振蕩,還能大幅度減輕傳動系統(tǒng)本身所受到的啟動沖擊,延長膠帶、托輥等關鍵部件的使用壽命,保證了設備的安全可靠運行,有效地降低了設備維修及故障時間成本。

(3)使用永磁調(diào)速器時,因電機的選擇是基于運動條件而不是啟動條件,因而可使電機的功率及尺寸減小到最小,也能夠減少不必要的設備投資和運行電費。

(4)使用永磁調(diào)速器系統(tǒng),可防止輸入到帶式輸送機的功率及力矩超過安全限度,以保證帶式輸送機過載時不能運行,從而保護該系統(tǒng)的其他部件;

(5)永磁調(diào)速器啟動系數(shù)為1左右,所選擇膠帶的強度可降低30%左右。

環(huán)境適應

(1)室外惡劣環(huán)境

永磁調(diào)速器的主要元件為銅盤和永磁盤,永磁材料能在惡劣的環(huán)境溫度下保持強磁場特性,在地球上的極限環(huán)境溫度不會超過±100℃,永磁調(diào)速器可以在這種環(huán)境溫度下工作。

而一些電子裝備,如變頻器,為了降低設備故障率,必須保證溫度和濕度恒定在某個范圍,因而需要使用專門的房間,防靜電、安裝精密空調(diào)等,增加了安裝成本,增加了電能消耗,增加了維護需求和成本。

(2)骯臟的環(huán)境

永磁調(diào)速器是無直接機械連接的調(diào)速裝置,最小氣隙為3mm,一般能在空氣中飛揚的塵粒直徑不會大于該尺寸,所以,它可以用于空氣中粉塵較高的環(huán)境,如水泥廠、礦山等;當粉塵厚度導致機械摩擦時,可用高壓水槍沖洗。而電子或電氣式的調(diào)速裝置必須在潔凈環(huán)境工作,因此對機房環(huán)境防塵要求很高。

(3)易燃易爆環(huán)境

永磁調(diào)速器是機械式的、無摩擦傳遞扭矩的調(diào)速裝置,除執(zhí)行機構使用較弱電力需要采用防爆結(jié)構外,主功率部分絕不會產(chǎn)生火花或靜電,因而在易燃易爆環(huán)境下使用較為安全。適合于煤礦、油田、油船、軍械庫、化工、礦井、高濃度粉塵工廠等使用的皮帶機、破碎機、水泵、風機、鼓風機、油泵等設備。電子或電氣式設備,工作過程中易產(chǎn)生靜電,火花甚至燃燒,不能在易燃易爆環(huán)境下使用,否則帶來安全隱患。

(4)高可靠要求環(huán)境

因為永磁調(diào)速器元件數(shù)量少,可靠性高,因而可用于對可靠性要求高的環(huán)境,如消防、遠洋輪船、海軍艦船、潛艇等。復雜的電子或電氣裝置不適宜于對可靠性要求高的使用環(huán)境。美國海軍在油輪、潛艇和航母上使用永磁耦合器。

無電磁干擾

通常通過電子或電氣實現(xiàn)調(diào)速的裝置,基本都要通過改變電機輸入的電流頻率或波形來實現(xiàn),如大功率或高壓變頻器一般采取可控硅整流輸入,通過PWM直流斬波實現(xiàn)輸出頻率變換,因此有很大的諧波電流,見下圖。電力諧波是電力網(wǎng)的嚴重污染,按照國家電力質(zhì)量標準,用電設備對電網(wǎng)造成的總諧波電壓不得超過5%,諧波電流對每次都有嚴格的限值,等效為總諧波電流也在5%~8%左右,如果超過標準規(guī)定,將需要加裝高成本的有源諧波濾波器,否則將會受到電力部門的處罰,從而大幅增加安裝總成本。

諧波電流電壓,因為有高于50Hz基本分量,能造成電器元件的發(fā)熱損耗,嚴重者能造成設備誤動作,造成功率因素補償電容燒毀、熔斷器熔斷、空氣或斷路器開關跳閘。

大家知道,電動機負載是感性負載,而永磁調(diào)速器為機械式調(diào)速裝置,與電性能無關,因而,調(diào)速過程不會造成電流諧波,其功率因素取決于電機本身,這種功率因素問題僅利用配電系統(tǒng)中的電容補償柜就可以補償,不增加額外的成本。

電子產(chǎn)品或多或少都會產(chǎn)生電磁干擾,通常變頻器的電磁干擾比較嚴重,在電磁兼容環(huán)境要求高的地方,為此需要巨大投資進行電磁兼容治理。永磁調(diào)速器不會產(chǎn)生電磁干擾。

電機不會過熱,也不需更換和改造電機

從電機轉(zhuǎn)速改變的三個因素:頻率、極對數(shù)和滑差來看,改變?nèi)魏我粋€要素將導致電機轉(zhuǎn)速改變。

現(xiàn)有的調(diào)速裝置,除永磁調(diào)速和液力調(diào)速技術外,基本上都是通過改變電機本身的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)調(diào)速的。我們知道,電機在運轉(zhuǎn)過程中,因電能消耗,電機線圈、硅鋼片、機械摩擦都會造成電機發(fā)熱,因此,電機內(nèi)部都設計了風葉用以冷卻電機。采用改變電機轉(zhuǎn)速的技術,包括變頻器、串級調(diào)速、雙饋調(diào)速,在電機低速旋轉(zhuǎn)時,電機的發(fā)熱都很大,有時不得不使用外部風扇幫助散熱。

永磁調(diào)速器是通過改變電機與負載之間的滑差實現(xiàn)調(diào)速的,也就是說,電機轉(zhuǎn)速始終維持設計轉(zhuǎn)速,因此不會因為電機轉(zhuǎn)速下降導致電機過熱。

變頻器調(diào)速,因為變頻器產(chǎn)生的正弦波實際是由方波疊加而成,高次諧波很多,電流的趨膚效應導致電機線圈發(fā)熱,影響絕緣強度,應該更換絕緣等級更高的電機,如果不更換,電機的可靠性將大大下降,甚至造成絕緣擊穿損壞,采用永磁調(diào)速技術,不會改變電機的輸入電壓、電流和頻率,因此不會要求改造原電機系統(tǒng)。

降低維護成本延長系統(tǒng)設備壽命

電機系統(tǒng)的故障主要原因是振動,振動會導致軸承、油封等的加速磨損,也會導致基座、管道接頭、緊固件等松動或斷裂或破損,振動還會導致產(chǎn)生強烈的噪聲。

振動的產(chǎn)生,主要由于以下因素:

1.電機與負載設備連接時,軸不同心或有一定角度誤差;

2.減速機, 皮帶機運行發(fā)生的振動;

3.機械設備的固有頻率的共振等等。

除永磁調(diào)速器外其他的調(diào)速或調(diào)節(jié)裝置,如CST、變頻器、等,因為不改變電機與負載設備的連接,因此在安裝過程中必須保證其軸的同心度,這種誤差會直接影響電機系統(tǒng)的振動。

永磁調(diào)速器因為采用氣隙傳遞扭矩,電機與負載設備之間沒有剛性連接,且在機械沖擊過程中具有通過滑差實現(xiàn)緩沖,因此極大減小了振動和噪音。[1]

永磁調(diào)速器與變頻器的優(yōu)勢對比

永磁調(diào)速器調(diào)速范圍0-98%;變頻器不能在低速下運行。永磁調(diào)速器結(jié)構簡單、可靠,主體部分為機械結(jié)構,無需外接電源;變頻器結(jié)構復雜,是純粹的電器設備。永磁調(diào)速器使電機和負載分開,無機械連接,隔離振動;變頻器無此功能。永磁調(diào)速器安裝簡便,容忍較大的對中誤差,占用空間小;變頻器需要大的安裝空間,并且對環(huán)境要求高。永磁調(diào)速器能適應各種惡劣環(huán)境,包括電網(wǎng)電壓波動大、諧波嚴重、易燃易爆、潮濕、粉塵等場所;變頻器不能用于上述環(huán)境。永磁調(diào)速器能延長傳動系統(tǒng)各主要部件(軸承、密封等)的使用壽命,降低維護成本;變頻器無此功能。永磁調(diào)速器綠色環(huán)保,無諧波,無污染物、無EMI(電磁波)干擾問題,變頻器制造諧波,污染電網(wǎng)。永磁調(diào)速器使用壽命長,可達30年;變頻器的壽命約為8年,且隨著使用年限的增加,故障率逐年提高。永磁調(diào)速器維護保養(yǎng)工作量極小,運行成本低;變頻器運行維護費高,配件貴,維護保養(yǎng)難度大。

筒形永磁耦合器與盤式永磁耦合器的區(qū)別

同等功率條件下,筒形產(chǎn)品比盤式產(chǎn)品重量輕,體積小,轉(zhuǎn)動慣量小,效率更高; 筒形產(chǎn)品磁力方向為徑向,所以允許有較大的軸向竄動,而盤式結(jié)構磁力方向為軸向,所以對軸向竄動要求很嚴;該特點對大功率高壓電機很重要,因為大功率高壓電機多為軸瓦結(jié)構,允許在軸向有一定量的竄動,盤式產(chǎn)品無法應用。

筒形永磁調(diào)速器與盤式永磁調(diào)速器的區(qū)別

筒形產(chǎn)品的重量輕、體積小,轉(zhuǎn)動慣量小,對系統(tǒng)的影響小。筒形產(chǎn)品結(jié)構更簡單,軸向力小,調(diào)速更容易,調(diào)速機構重量輕,可靠性高。筒形結(jié)構磁力方向為徑向,軸向力很小,所以允許軸向有一定量竄動,對電機和負載軸承沒有影響;盤式結(jié)構磁力方向為軸向,很難做到軸向力完全平衡,要靠電機和負載的軸承來承受,對軸承壽命有一定影響,嚴重時,會出現(xiàn)擦盤現(xiàn)象,毀損設備。筒形結(jié)構占用軸向空間小,盤式結(jié)構占用軸向空間大。斯普瑞公司筒形永磁調(diào)速器散熱結(jié)構設計更佳,可做到更大的空冷型產(chǎn)品。

內(nèi)外筒形與單筒式永磁調(diào)速器的區(qū)別

內(nèi)外筒形產(chǎn)品為內(nèi)外兩層結(jié)構,分別對應永磁體的N、S極,充分利用永磁體的磁性;單筒式結(jié)構只能利用永磁體的單極,另一極只能采取封閉磁場的手段。同等條件下,內(nèi)外筒形產(chǎn)品磁性利用充分,重量更輕,扭力更大。同等條件下,內(nèi)外筒形產(chǎn)品散熱面積大,更有利于制造大功率風冷型產(chǎn)品。

風冷型和水冷型永磁調(diào)速器的區(qū)別

風冷型產(chǎn)品結(jié)構簡單,水冷型產(chǎn)品結(jié)構復雜。風冷型產(chǎn)品只需有敞開的環(huán)境,自身利用風流散熱降溫,要求低;水冷型產(chǎn)品需要外接水源冷卻,水源要求必須為清潔水源,水質(zhì)、水量、水溫都有很高的要求,具體分析如下:冷卻水質(zhì)的要求通常為電廠鍋爐用除鹽水,很多地方無法提供該等級的純凈水。水路設計復雜,需要有循環(huán)系統(tǒng)(水箱、泵)、冷卻系統(tǒng)(換熱器)、外部水冷卻系統(tǒng)(泵)控制系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)等等,系統(tǒng)復雜,故障點多。風冷型產(chǎn)品幾乎沒有運行成本,維護成本低;水冷型產(chǎn)品水冷系統(tǒng)運行成本高,維護成本高。綜上所述,斯普瑞產(chǎn)品具有筒形、內(nèi)外筒結(jié)構、風冷型產(chǎn)品功率更大的特點,在與其他類型產(chǎn)品對比中,結(jié)構獨特,優(yōu)勢明顯。