永磁调速器工作原理及特点

>>>永磁调速器(PMD)的工作原理及特点

2007年永磁耦合与调速驱动器从美国引进我国,在美国已大量应用于冶金、石化、采矿、发电、水泥、纸浆、海运、军舰等行业,国内现在应用案例主要有浙江嘉兴电厂,山东海化自备热电厂, 华电东华电厂, 华能南京电厂, 中石化北京燕山石化, 枣庄煤业集团蒋庄煤矿等大型企业集团。

永磁磁力驱动技术首先由美国MagnaDrive公司在1999年获得了突破性的发展。该驱动方式与传统的同步式永磁磁力驱动技术有很大的区别,其主要的贡献就是将永磁驱动技术的应用大大拓宽。它不解决密封的问题,但就是它解决了旋转负载系统的对中、软启动、减震、调速及过载保护等问题,并且使永磁磁力驱动的传动效率大大提高,可达到98、5%。该技术现已在各行各业获得了广泛的应用。该技术将对传统的传动技术带来了崭新的概念,必将为传动领域带来一场新的革命。

该产品已经通过美国海军最严格的9-G抗震试验。同时,该产品在美国获得17项专利技术,在全球共获得专利一百多项。目前,由MagnaDrive公司与美国西北能效协会组成专门小组对该技术设备进行商业化推广。由于该技术创新,使人们对节能概念有了全新的认识。在短短的几年中,MagnaDrive获得了很大的发展,现已经渗透到各行各业,在全球已超过6000套设备投入运行。

(一) 系统构成与工作原理

永磁磁力耦合调速驱动(PMD)就是通过铜导体与永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输。该技术实现了在驱动(电动机)与被驱动(负载)侧没有机械链接。其工作原理就是一端稀有金属氧化物硼铁钕永磁体与另一端感应磁场相互作用产生转矩,通过调节永磁体与导体之间的气隙就可以控制传递的转矩,从而实现负载速度调节。

由下图所示,PMD主要由导体转子、永磁转子与控制器三部分组成。导体转子固定在电动机轴上,永磁转子固定在负载转轴上,导体转子与永磁转子之间有间隙(称为气隙)。这样电动机与负载由原来的硬(机械)链接转变为软(磁)链接,通过调节永磁体与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。由上面的分析可以知道,通过调整气隙可以获得可调整的、可控制的、可以重复的负载转速。

磁感应原理就是通过磁体与导体之间的相对运动产生。也就就是说,PMD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,PMD的滑差在1% ~ 4%之间。

通过PMD,输入转矩总就是等于输出转矩,因此电动机只需要产生负载所需要的转矩。PMD传输能量与控制速度的能力不受电动机轴与负载轴之间由于安装未对准原因而产生的小角度或者小偏移的影响。排除了未对准而产生的震动问题,由于没有机械链接,即使电动机本身引起的震动也不会引起负载震动,使整个系统的震动问题得到有效降低。

PMD控制器通过处理各种信号实现对负载调速,包括压力、流量、皮带速度、位移等其它过程控制信号。PMD可以方便地对现有设备进行改造,不需要对现有电动机与供电电源进行任何改动,极少的现金与安装投入。安装PMD以后,对整个系统不产生电磁干扰。在大多数情况下,关闭或者拆除现有的过程控制硬件设备。负载将在最优化的速度运行,增加能源效率,减少运行与维护成本。

永磁磁力耦合调速的特点

1.总成本最低。

2.维护工作量小,几乎为免维护产品,维护费用极低。

3.容忍较大的安装对中误差。大大简化了安装调试过程。

4.过载保护功能。提高了整个电机驱动系统的可靠性,完全消除

了系统因过载而导致的损害现象。

5.带缓冲的软启动/软制动(刹车)。

6.节能效果显着。节电率达到25%--66%。

7.使用寿命长,设计寿命30年。美国海军品质。

8.过程控制精确高。

9.减震效果好。

10.结构简单,适应各种恶劣环境。对环境友好,不产生污染物,不

产生谐波。

11.体积小,安装方便,可方便地对现有系统进行改造或用在新建

系统。

12.应用现场多,已成功应用6000套。

(二) 永磁调速器之卓越特点

I、可控过程启动

对于大型带式输送机,其对驱动系统的要求主要体现在启动、制动过程中能最大限度的降低系统的惯性力,并能实现过载保护与负载平衡,将带式输送机的加速、停车与运行时的胶带张力减到最小。永磁磁力耦合调速驱动(PMD)的性能完全满足这些要求,使大型带

式输送机的性能达到最好。而由传统的电动机、减速器所组成的驱动装置在启动与停车过程当中输送带的带速随着电动机的转速变化而快速变化,加剧了输送机本身的振动,增大了系统的惯性力,特别就是在输送带满载情况下启动更为困难,因此传统的驱动系统已经不能满足长距离、大运量的大型带式输送机需求

一条皮带可以由一台电动机及一套PMD驱动,也可以由多台电动机及多套PMD驱动。驱动电动机在皮带机启动之前空载启动,此时PMD的输出轴保持不动,当驱动电动机达到满转速时,控制系统逐渐减小每台PMD的气隙,启动皮带机并逐渐加速到满速度。这使得皮带机在被加速至满速度之前有一个缓慢而均匀的预拉伸过程。

加速时间可以根据需要在规定范围内进行调整。启动驱动电动机可以按顺序空载启动,所以电动机的冲击电流非常小。由于驱动电动机可以根据运行负载进行选择而不必根据启动负载选择,所以PMD驱动系统可以选用功率较小的电动机。同样PMD 也可以象控制皮带机的启动那样控制皮带机的停车,通过延长停车时间可以降低对胶带的动态冲击力。

当驱动系统中有多台PMD时,控制系统可以确保每台驱动电机分担相同的负载。合理的功率平衡可以有效地延长整个驱动系统各部件的寿命。功率平衡就是通过控制每台PMD的气隙,并允许一台或几台PMD 进行轻微滑差来实现的,系统中的任何负载的增加都引起PMD产生滑差,这样驱动系统的所有部件、轴承与齿轮等都将在冲击或者过载时受到保护从而延长其使用寿命。

大功率电机系统的启动问题一直就是困惑用户的难题,因为电机系统在启动时,基本上可以瞧作就是满载启动,电机在合闸瞬间,启动电流超出额定工作电流的十几倍甚至几十倍,使得变压器、配电设备短期严重过载,造成电压跌落(“黑电”)甚至启动失败,严重时还可能烧毁电机。电机启动过程短的持续几秒,长的达到几十秒,电机线圈严重发热,造成电机线圈提前老化,缩短电机使用寿命。

II、高可靠性

(l)PMD在启动负载之前驱动电机空载启动,电机达到额定的速度之后,通过控制系统使每台PMD气隙逐渐缩小来缓慢、平稳地对输送带进行张紧,输送带平稳地加速到全速;使带式输送机在重载工况下可控制地逐步克服整个系统的惯性而平稳地启动;使输送带的启动非常平滑,速度由零逐渐缓慢上升,加速度为连续的,实现了无冲击的软启动。

(2)PMD不仅降低了电动机的启动电流与减小对电动机的热冲击负荷及对电网的影响,从而节约电能并延长电动机的工作寿命,而且极为有效地减小了启动时传动系统对输送胶带的破坏性张力,消除了输送机启动时产生的振荡,还能大幅度减轻传动系统本身所受到的启动冲击,延长胶带、托辊等关键部件的使用寿命,保证了设备的安全可靠运行,有效地降低了设备维修及故障时间成本。

(3)使用PMD时,因电机的选择就是基于运动条件而不就是启动条件,因而使电机的功率及尺寸可减小到最小,也能够减少不必要的设备投资与运行电费。