离心泵永磁调速技术应用分析
离心泵的四种主流节能技术分析
离心泵的四种主流节能技术分析离心泵是一种常见的工业设备，广泛应用于农业、建筑、化工、石油、电力等行业。
考虑到能源的有限性和环境保护的需要，越来越多的工程师和研究人员开始探索离心泵的节能技术。
以下是四种主流的离心泵节能技术的详细分析。
1.变频调速技术变频调速技术是将传统的固定频率电动机改为可变频率电动机，通过调节电机的转速，控制离心泵的流量输出。
这种技术能够根据实际工况需求来灵活地调整泵的工作状态，从而提高泵的效率。
通过变频调速，能够在不同负荷下实现泵的精确控制和能耗优化。
2.高效永磁机技术高效永磁机技术是指将传统的感应电机改为采用永磁同步电机，这种电机具有高效、高可靠性等特点。
相对于传统电机，高效永磁机在耗能、效率和转速等方面更为出色，可以减少电能损耗并提高泵的效率。
高效永磁机技术在离心泵上的应用，不仅提高了泵的节能性能，还降低了维护成本。
3.先进控制算法技术采用先进的控制算法技术，如模糊控制、自适应控制、预测控制等，对离心泵的运行状态进行实时监测和调整，从而达到节能目的。
这种技术能够根据泵的运行数据和负荷变化等因素，实时调整泵的工作状态，确保泵在最佳运行点进行工作，提高泵的效率和节能性能。
4.多级串联技术通过多级串联技术，将多个离心泵按照一定的方式连接起来，实现泵的串联工作。
这种技术能够使泵的扬程得到增加，同样的流量输出情况下，泵的扬程下降，效率得到提高。
通过增加泵的级数，在不增加电机功率的情况下，达到提高泵的工作效率和节能目的。
总结起来，离心泵的节能技术主要包括变频调速技术、高效永磁机技术、先进控制算法技术和多级串联技术。
采用这些节能技术可以降低离心泵的能耗，提高泵的效率。
在实际应用中，工程师可以根据具体工况和需求选择适合的节能技术，并结合其他的优化策略来进一步提高离心泵的节能性能。
永磁调速装置在轴流风机增效节能改造方面的应用
永磁调速装置在轴流风机增效节能改造方面的应用摘要：石油化工企业内运行的大型冷却塔在春、秋、冬三季和夜间存在冷却能力过剩的问题，造成机械通风冷却塔电能的浪费。
本文结合某石化公司对轴流风机的节能改造案例，对永磁调速装置在节能增效方面的应用进行了论述。
关键词：大型冷却塔、节能增效、永磁调速1 石油化工企业中冷却水系统的重要性及运行中存在的问题循环水场在石油化工行业中有着至关重要的作用，在日常的生产过程中为各生产装置提供满足生产工艺要求的冷却用水，循环水冷却装置的平稳运行是各石油、化工及辅助生产装置安全、稳定运行的有力保障。
由于四季温差及昼夜温差导致的环境温度的变化，循环水冷却装置在满足夏季最不利情况冷却水供给的前提下，在春、秋、冬三季，夜间以及一些天气原因导致的环境温度骤变的情况时会出现冷却塔能力过剩的问题。
这种冷却能力的过剩造成了机械通风冷却塔电能的浪费。
2以某石化公司的循环水场运行情况为例某石化公司下设炼油部、烯烃部、化工部、热电部等，各部门共有10座循环水场，该石化公司各循环水场内的冷却塔包括自然通风冷却塔和机械通风冷却塔(包括小功率风机、大功率变频风机和大功率定频风机)。
在之前的管理和日常维护中该石化公司采取通过监控冷却水出水的温度，及时手动启、停风机、调整运行台数、调整风机叶片角度等措施来减少风量，从而达到节约电能的目的。
但这些措施对大型风机的调控仍然存在一些问题：1.无法精准的控制冷却水出水温度，水温的变化幅度大，影响生产；2.频繁的启、停冷却塔风机造成对设备（叶片、传动轴、齿轮、轴承）零部件的冲击，严重影响风机的使用寿命；3.频繁启动大功率设备，形成很大启动电流冲击，造成电能浪费、损坏电机、冲击电网。
目前化工1#循、烯烃1#循、2#循、3#循部分机械通风冷却塔采用了变频风机（低压变频），节电效果明显；炼油部1#循、2#循两座循环水场的冷却塔风机均为30KW的小功率风机，出水温度调节措施比较灵活，并且不容易产生冲击电流、不会对风机的使用寿命产生影响；热电1#循环水场为自然通风冷却塔无风机节能空间。
刍议离心泵中变频调速技术的应用及注意事项
垒
：
工 业 技 术
刍议 离心泵 中变频 调速 技术 的应用及 注意事项
黄 昕 （ 云南磷化 集团有 限公 司昆阳磷矿 ，云南 昆明 ６０ １ ） ５ ６ ２
摘 要 ：随 着 变频 技 术工 业应 用 的发 展 ， 变速调 节 不仅 方便 ， 且经 济上 也呈 现合 理 。 变频 器按 生 产要 求进行 调 节的新 一代 智 能泵 的 而 出现 ， 将 离心 泵的调 节带入 了现 代 化的模 式 ，许 多企 业 包括个 人都 在 积极地 、有深度 地促 进 着 它的发展 。 本文 结合 实 际针 对 变频技 术在 离心 泵上应 用方法作 出分析 ，并提 出变速调 节 时的 注意事 项 。 关键 词 ：变频技 术 ；调 整 ；节能 ；注 意事项 中图分类 号 ：Ｔ ４ Ｍ３ 文献标 识码 ：Ｂ
Ｐ 比重， 一 为无量 纲量 。 每套 工艺装 置都 有许 多 离心 泵， 些泵 是 这 整个 系统 能够运 行起 来 的动力 ， 通 过调 节 并且 当—个 泵系统确定后通 常入 口起始压力 、 这些泵 的流 量 、扬程 ， 节整 个工 艺 系统 的 出 口末 端设 备背 压 和进 出 口液 位高 度 差都 是 来调 能力 。 基 本 不变 的 ；入 口管 系压力 降 、出 口管 系压 由于 工艺 装 置原 料 的多样 性 、工艺 技 术 力 降 会 随着 流量 变化 而 变化 ；出 口调 节 阀压 对 ０ ０ 的复 杂性 、上下 游装 置能 力 的变化 等原 因 ， 使 降 取一 定值 ， 于 １％ ～２％的流量 调节 范 围， 工艺装 置 中的每 台泵 都要 有一 定 的操作 范 围， 调 节 阀压降 通常 要取 １ ２ ａ。 ～ ｂｒ 通常 设置 正 常操 作工 况及 额定 工况 。 为 了保 为 了保 证 泵 在额 定 流量 下扬 程 也 能满 足 证 工艺 装置 操作 的弹 性， 的额 定流 量 通常 都 要 求， 的扬 程是 按额 定 流量 来计 算 的 。在 正 泵 泵 设定 得 比正 常工 况 大 １％ ～２％， 泵 还 会 常 流 量 下 ， 出 口管 线 管道 阻力 下 降 ， 艺 需 ０ ０ 个别 进 工 更多 。 要 的 扬程 比额定 流量 下 需要 的扬 程应 该低 。 在 以往 的应 用 中， 泵 的流量 调 节基 本 但 在 转 速 不 变 的情 况 下 ， 离心 随着 流 量 变 小 ， 的 泵 上都 是通 过泵 出 口调 节 阀及 最小 流 量旁 路 来 曲线是 连续 上升 的， 泵 在正 常工 况下 的扬 程 使 实现 的， 少采用 变频 调速 的方 法 。为 什么 这 反 到 比额定 工况 下 的扬 程高 ， 出 的这 部分 扬 很 高 么多年 、这 么多 离心 泵在 应用 ， 少 采用 变 程 ， 过 调 节 阀 白 白地 消耗 掉 ；另 外 ， 正 常 却很 通 在 频技 术 呢？ 不好 用还 是 根本 就 不 能用 ？ 用 工 况 下 ， 用 调 节 阀 调 节泵 的工 况 时 ， 的 效 是 要 采 泵 的话如 何用 ？ 文就 一一来 解答 这些 问题 。 下 率 比在 额定 工况 下泵 的效 率 低很 多， 上不 同 加 １ 响离 心泵 功耗 的 因素 影 功 率时 电机 本身 的效 率 差别 ， 常操 作时 的 使正 下 式为 离心 泵的功 率计 算公 式： 能 耗提 高 ；当工 艺需 要 的流 量 小 于泵 的最 小 流 量 时 ， 了泵 的 稳定 运 行 ， 为 需要 打开 最 小 流 Ｎ Ｑ ／６ ＝ Ｈ Ｐ ３ ７— （ １ ） 式 中： ＿ 泵 的流量 ， ； ｃ一 ｝ ｍ／ １ １ 量 旁 路 阀 ， 部 分 流量 回流 ， 是 很 浪 费 能 使 这也 Ｈ 泵 的扬程 ．ｉ； 一 ｎ 量 的地方 ；更 有甚 者， 了节省投 资 ， 加泵 的 为 增 Ｐ 介质 比重 ，无 量纲 ； — 可 靠性 ， 专利 商或 工 程公 司设 置一 个常 开 很多 泵 的效率 ，取 小数 。 的最小 流量 旁路 管 线 ， 始终 有 ３％左 右 的 使泵 ０ 从 式 １ 以看 出， 可 离心 泵 的 功率 是 由泵 的 最 小流 量一 直处 于 回流状 态 ， 管线 的设 置 这根 流量 、扬 程 、介质 比重 和泵 的效 率决定 的 。 还 使泵 原来 的 额定 流 量增 加３ ％左 右， 而 大 ０ 从 ２ 心泵 扬程 的组成 离 大地 浪 费了能 源 。 对 一 个泵 系统 ， 的扬 程 （ ） 由 人 口起 ‘ 例 如 在 一个 １０ ｋ／Ｉ 艺装 置 中部 分 离 泵 Ｈ是 ００ｔ ａ 始压 力 （１、人 口管系 压力 降 （ １、出 口管 心泵 在 不 同工 况 下的 流 量 、扬程 、效 率 、功 Ｐ） ＡＰ ） 系压力 降（ Ｐ ） ／ ２、出 口调节 阀压 降（ ３、出 ｘ ＡＰ １ 率 等 参 数 。 额定 流量 是 正 常流 量 的 １０ 、 ％ １ 人 口液位 高 度 差（ 一 和 出 口末 端设 备 背 １５ Ｈ２ Ｈ１ ） １％、 １５ ２ ％不 等 ， 别 的为 １０ 各 ３ ％、 １０ 甚 ５ ％， 压旺 ） ， 决定 的， 图 １ ２ 见 。 至 １０ 这 都 是 为 了满 足 特 殊条 件 下 工 艺操 ８ ％， 作 的需要 ， 大部 分情 况下 还是 要在 正常 流量 但 下操 作 。额 定 工况 虽 然 只是 一种 安全 备 用措 施 或 临时 措施 ， 但也 是必 不可 少 的。 由 于化 工装 置 中物 料 流速 通 常都 设 计得 比较 小 （ 径大 ） 质 粘度 也都 不 大， 以虽然 管 ， 介 所 流量差 异较 大 ， 管道 阻力 带来 的扬程 差 异却 但
永磁调速器介绍
永磁调速器介绍
1.高效性能：永磁调速器采用了先进的调制技术，能够提供较高的效率，减少能源的浪费，并且降低了设备的散热和损耗。
2.宽范围的调速性能：永磁调速器可以实现广泛的转速范围调节，从低速到高速，甚至超高速都可以实现精确的控制。
3.高动态性能：永磁调速器响应速度快，能够实现快速加速和减速，非常适用于需要频繁改变转速的工况。
4.系统可靠性高：永磁调速器采用了先进的控制算法和保护机制，可以实现稳定的运行和保护电机免受过载、短路等故障的影响。
5.高精度的控制：永磁调速器通过电流和电压的调节，可以实现非常精确的转速控制，满足各种工艺要求。
在机械制造领域，永磁调速器被广泛应用于机床、印刷机、包装机等设备中，可以实现高效、精确的工作，提高产品质量和生产效率。
在能源行业，永磁调速器被用于发电设备，可以根据电网的需求调整发电机的转速，实现电能的稳定输出。
在冶金行业，永磁调速器被应用于轧钢机、连铸机等设备中，可以实现精确的轧制和冷却过程，降低产品的能耗和生产成本。
在石油化工行业，永磁调速器被用于泵、风机等设备中，可以根据实际需要调整流量和压力，提高设备的运行效率和系统的稳定性。
在交通运输领域，永磁调速器被广泛应用于电动车辆、电梯、飞机等设备中，可以实现高效的动力输出和精确的控制。
总之，永磁调速器作为一种先进的电动机控制设备，具有高效、精确、可靠和灵活的特点，在各个行业中得到广泛应用，并为工业生产和社会发
展带来了巨大的效益。
永磁水泵的应用以及效果讲解
永磁水泵的应用以及效果讲解随着科技的进步和环保意识的增强，人们希望能够利用更加高效、节能的设备来满足生产和生活的需求。
永磁水泵作为一种代表性的高效节能设备，近年来得到了广泛的应用和重视。
本文将从永磁水泵的工作原理、应用领域、优势以及效果等方面来详细讲解。
1. 永磁水泵工作原理永磁水泵是利用永磁体和电动机相结合的技术原理，将驱动电机和水泵泵体紧密耦合在一起，通过磁力耦合来传递动力，实现水的流动。
具体而言，永磁体和泵体之间通过气隙相互作用，在泵体内部形成一个磁力场，将驱动电机输出的动力传递给泵体，从而能够实现将水或其他液体输送到所需的位置。
与传统的电动水泵相比，永磁水泵的磁力耦合技术有效降低了机械转动过程中的能量损失，提高了效率。
同时，也消除了传统水泵中由于密封问题所产生的泄漏现象，大大增强了泵体的稳定性和耐用性。
2. 永磁水泵应用领域由于永磁水泵具有节能、高效、稳定等优点，同时又无需油脂润滑，因此广泛应用于各个领域的液体输送中，如：1.工业领域：永磁水泵可用于输送各类工业液体，如化学品、溶剂、酸碱液等。
它的密封性好、耐腐蚀、稳定性高、泵体结构简单等特点，使得它在工业领域中有着很广泛的应用。
2.农业领域：农业生产需要进行大量的灌溉、排水、供水等工作，永磁水泵可以很好地满足这些需求，并且能够适应不同的水源与用水方式；3.生活领域：永磁水泵也可以被应用于生活领域中，如家用取水、清洗等。
3. 永磁水泵的优势相较于传统的机械水泵，永磁水泵具有以下优势：1.节能高效：永磁水泵采用磁力耦合技术，能够有效地降低能量损失，提高电能利用率，因此节能效果显著。
2.可控性强：永磁水泵可以根据液体的需要来控制其流量和压力，较为灵活，便于应对不同需求；3.稳定性高：磁力耦合技术使得永磁水泵的内部结构更为简单，在运转时稳定性和耐久性都有着比较好的表现。
4. 永磁水泵的效果永磁水泵广泛应用于各个领域，其优势和效果也是显而易见的。
永磁潜油电机的发展现状与应用分析
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·152·2020年第19期文章编号：2095－6835（2020）19－0152－02永磁潜油电机的发展现状与应用分析张東星（贵州装备制造职业学院，贵州贵阳551400）摘要：针对在油田的开采过程中应用异步潜油电机广泛存在着效率低、故障率高等问题，通过对永磁潜油电机在结构、效率、性能等方面与异步潜油电机进行分析比较，指出永磁潜油电机在降低采油成本、节能等方面具有显著的效果。
分析了永磁潜油电机在国内外的发展现状以及在实际应用中存在的技术难点，并给出了相应的解决办法与建议，对永磁潜油电机的应用发展具有一定的参考价值和指导意义。
关键词：永磁潜油电机；异步潜油电机；节能；应用分析中图分类号：TM351文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2020.19.065现阶段，中国经济正处于经济飞速发展期，石油也成了急缺的资源，然而各大油田都已经或即将步入高含水的中后期，潜油电泵采油作为目前国内外各大油田的主要采油方式，是石油稳产高产的重要保证。
然而传统采油系统所用的电机为异步潜油电机，大多都处于较低的功率因数下运行，尤其在异常工况时系统的运行效率更低，因此如何改善潜油电机的性能以提高运行效率，是潜油电机未来发展的一个重要方向。
由于永磁同步电机具有诸多的优点，且已在交通、医疗等多个领域得到广泛应用。
因此，永磁潜油电机的研制就具有一定的科研应用价值。
本文就永磁潜油电机和传统异步潜油电机的性能做对比分析，并通过分析国内外永磁潜油电机的研究现状及应用中存在的问题，提出相应解决办法，为永磁潜油电机的进一步研发与应用提供理论参考。
1两种潜油电机的对比分析传统的异步潜油电机为立式悬挂结构，其定子、转子为等长度多级串联式，并且定子与转子间充满着电机油，起润滑、散热、绝缘作用。
而永磁潜油电机是在异步潜油电机的基本结构特点的基础上尽量利用已有的配件，从而保证原有的加工工艺、原材料等基本不变，它们最大的差别就是转子结构的变化，即永磁潜油电机转子开二极永磁体镶嵌槽，镶嵌永磁磁条，压装工艺与成型工艺不变。
某电厂永磁调速改造方案及实施结果
某电厂永磁调速改造方案及实施结果摘要:永磁调速器是利用永磁耦合技术来达到驱动与调速目的的一种调速装置，可以实现电动机和负载间无机械连接并且可以使负载高效运转。
本文通过电厂的一次电机永磁调速改造，介绍了改造过程中的具体实施流程和方法，指出了新兴永磁调速技术的特点。
同时讨论了该设备运行中存在的问题，包括噪音、执行机构的后期维护、滑差问题、动态响应、调速机构的惯性问题等，并针对这些问题提出了相应的对策。
关键词：节能降耗永磁调速1.改造背景电厂化学水处理车间除盐水泵、中间水泵、预脱盐水泵采用工频运行方式，设计参数偏大，出口压力偏大、流量偏高。
由于水泵容量本身有较大裕量，原水泵在工频运行方式下，无法根据现场工艺要求自动调整流量和压力，因为除盐水供水流量较小，只有20~30 M3/h，远小于额定流量的30%，如果除盐水泵长期投入工频运行，会造成气蚀甚至烧泵的风险；预脱盐水泵和中间水泵分别供阳床和阴床制水，且每台泵对应2台床，工频启动时压力和流量较大，经常造成刚投入的阳床或阴床震动、法兰漏水；且由于电机和水泵为刚性连接，易造成轴承的磨损，水泵电动机非软启动，启动瞬间冲击电流大，对电机绝缘造成一定损伤，缩短电机使用寿命。
为了解决以上问题，电厂尝试新技术，对化学车间里的化学除盐水泵、中间水泵、预脱盐水泵进行了永磁涡流柔性传动调速改造。
2. 水泵永磁调速改造具体情况2.1 工程中的能耗设备情况（1）改造前的水泵、电机参数见表1、表2。
表1 水泵参数2.2 使用的工艺情况永磁传动调速技术作为一项新的技术，有别于传统的变频器节能改造，相比变频器改造，永磁调速改造更加简单方便，只需要将永磁调速装置安装在电机与水泵之间，改造内容如下：（1）电机基础改造和配置情况：电机基础水平后移495mm，在水泵和电机中间安装下永磁调速装置，在永磁体执行臂的平行位置上安装一套控制执行器，执行器由1根220V、100W控制电源线、3根控制信号线通过镀锌管铺设接至三期化学PLC室控制柜。
电厂工业水泵永磁调速改造
且国内目前尚无同样的案例，具有一定的风险性。 下调的话，将能使节能效果达到 ３ ０ ％ ～４ ０ ％ 。且改
加装中间刚性支撑的话，没有上述的风险，但 造后，同时使用 Ｂ ／ Ｃ 泵时，由于水泵转速改变了，
是工作量和投资额较大。由于原有空间不够，需要 水泵不再憋压运行，气蚀现象得到大大缓解。■
2010.No.6·月刊
图 １ 永磁调速原理图
气隙
到了使用状态和寿命。 而永磁磁力驱动技术是以现代磁学的基本理论，应用
导体转子
气隙控制器
永磁材料所产生的磁力作用，来实现力或者力矩（功率）无
接触传递的一种新技术。实现这一技术的装置称为永磁磁
力驱动器，或称为永磁磁力传动器、永磁磁力耦合器、永 磁磁力联轴器等。目前全球永磁调速设备已成功应用约
（２ ）中间刚性支撑与泵的中心找正的问题。在
节
（８ ）维护工作量小，几乎为免维护产品，维护 找正的过程中，我们发现一个现象：永磁调速装置
能
与
费用近于零。
出力由 ０ ％ 调到 １ ０ ０ ％ 时，也即导体转子和磁转子间
环
隙变化时，中间刚性支撑与泵中心的数值是变化
保
２ 永磁调速改造实施及分析
的。由于在这个过程中泵轴没有动过，那么也就是
无几。
中间刚性支撑与泵的中心找正提出了较高要求。
（２ ）构造简单，占地面积小，本身无需电源即 谨慎起见，我们选取了方案二，加装中间刚性
可工作，可在高温、低温、潮湿、肮脏、易燃易爆、 支撑的方案（如图 ３ 所示）。
电压不稳及雷电等各种恶劣环境下工作。 （３ ）体积小，容易安装。
刚性支撑地脚螺栓 电机钢底座地脚螺栓
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基于水泵出力平衡以及满足运行方式的要求， 说在这个过程中，中间刚性支撑轴的位置发生了变
关于离心泵泵效调节的几点认识
关于离心泵泵效调节的几点认识摘要：针对以往文献中定义的叶片泵的各分效率及总效率进行分析，指出了其中的不足之处，并对叶片泵的各效率提出了新的定义。
对影响离心泵效率的原因进行了分析，并提出了提高泵组效率的措施。
关键词：效率原因泵效调节一、关于泵效定义问题的分析1.问题的提出另外，由于泵内各种损失的产生没有严格的先后次序，如果将机械损失、容积损失及水力损失的次序不按图的次序排列，这时虽然总的损失大小一样，总效率相同，但各分效率及损失则不相同，这容易使人引起误解，特别是在泵性能曲线预测时，产生各分效率不是唯一值的结论。
由以上分析可知，泵效率的定义方法存在如下的问题：（1）机械损失、容积损失和水力损失并不是依次产生的，在容积损失产生的前后均有水力损失产生（如图2）；由定义“损失之后的液体的功率和未经损失的液体的功率之比”将无法求出泵的各效率。
（2）能量平衡图中的各项能量损失值需修正。
根据以上的分析，对泵的能量平衡图进行修改得到新的能量平衡图2.提出新的定义很明显该种效率的定义概念清晰、物理意义明显，损失产生的次序将对各分效率的计算没有影响，该种定义方法能很好地弥补传统定义方法中存在的缺陷。
通过对泵效计算公式的重新定义，我们可以从中认识到从哪些方面去调节泵效。
二、泵效降低的因素分析在实际生产中造成离心泵组效率低的因素主要有以下几个”1.泵本身效率是最根本的影响，同样工作条件下的泵效率可能相差15%以上。
2.离心泵的运行工况低于泵的额定工况，泵效低，耗能高。
3.电机效率在运用中基本保持不变，因此选择一台高效率电机致关重要。
4.机械效率的影响主要与设计及制造质量有关。
泵选定后，后期管理影响较小。
5.水力损失包括水力摩擦和局部阻力损失。
泵运行一定时间后，不可避免地造成叶轮及导叶等部件表面磨损，水力损失增大，水力效率降低。
6.泵的容积损失又称泄漏损失，包括叶轮密封环、级间、轴向力平衡机构三种泄漏损失[3]。
容积效率的高低不仅与设计制造有关，更与后期管理有关。
永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析
2021年第49卷第3期D设计分析esign and analysis 程献会等 永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析17 收稿日期:2020-11-24基金项目:山西省自然基金(2013011035-1);中国博士后科学基金(2018M640250)永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析程献会,王淑红(太原理工大学电气与动力工程学院,太原030024)摘 要:根据内嵌式调速永磁同步电动机的弱磁控制特点,以弱磁扩速倍数为优化目标,利用有限元仿真软件,分析了内嵌式调速永磁同步电动机矩形和V 形永磁体尺寸和位置对电机参数和调速范围的影响,通过优化永磁体的位置和尺寸扩大了电机弱磁调速范围㊂计算了优化后电机的参数,对比了优化前后电机调速的范围㊂为内嵌式调速永磁同步电动机的优化和参数计算提供一定的参考㊂关键词:内嵌式调速永磁同步电动机;永磁体尺寸;调速范围;有限元分析中图分类号:TM351 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2021)03-0017-04Optimization and Performance Analysis of Speed Control Range of Permanent Magnet Synchronous MotorCHENG Xian -hui ,WANG Shu -hong(School of Electrical and Power Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)Abstract :According to the embedded control weak magnetic control characteristics of permanent magnet synchronousmotor,with weak magnetic speed ratio as the optimization goal,and using finite element simulation software,embedded speed permanent magnet synchronous motor was analyzed rectangle and V the size and position of permanent magnet motor parameters and the influence of the speed range,through optimizing the position and size of the permanent magnet motor weak magnetic speed range had expanded.The parameters of the optimized motor were calculated,and the range of motor speed before and after optimization was compared.It provided a certain basis for the optimization and parameter calculationof the built-in speed-regulating permanent magnet synchronous motor.Key words :built-in speed-regulating permanent magnet synchronous motor,permanent magnet size,speed regulatingrange,finite element analysis0 引 言永磁同步电动机具有结构简单㊁运行可靠㊁效率高等显著优点,其应用范围较为广泛,在航空㊁国防㊁工业生产和日常生活中都可以看到它的身影[1-2]㊂已有许多专家学者对永磁同步电动机进行过优化设计,从而使电机性能更优越,使用更广泛㊂文献[3]采用田口法,以电机的效率和磁钢用量作为优化目标,对内嵌式永磁电动机进行优化设计;文献[4]同样采用田口法对铁耗和转矩脉动进行了优化㊂文献[5-6]对电动汽车用永磁同步电动机进行了电磁设计和弱磁调速分析;文献[7]中搭建了凸极式永磁同步电动机弱磁调速的控制系统;文献[8]从内置式永磁同步电动机的数学模型及弱磁控制方式入手,采用数值计算方法,分析了不同参数对电机弱磁调速的影响;文献[9]讨论了永磁体分段对永磁同步电动机参数和调速范围的影响;文献[10]设置了一种分段Halbach 结构的表贴式永磁同步电动机以降低涡流损耗等;文献[11]对V 形异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩进行了优化;文献[12]采用多目标遗传算法对不同类型的电机结构进行优化㊂对于调速永磁同步电动机,在传统的控制方法下,电机受到电源电压和电流的限制,基速以上很难有较大的调速范围㊂为了扩大电机的调速范围,并确保电机的恒功率运行范围和电机性能,不仅要采用带有弱磁控制模块的控制系统,电机本体参数也应与控制系统有较好的配合,满足弱磁调速策略对电机参数的要求㊂永磁同步电动机的励磁由电机转子上的永磁体提供,永磁体在电机制作时已放置好,励磁无法根据实际需要进行调节,所以在电机设计时应考虑永磁体的尺寸和位置,为弱磁调速控制提供合理的永磁体磁链及交直轴电感参数㊂本文在电机设计过程中,以弱磁调速的倍数为电机永磁体尺寸的优化目标,使用有限元仿真软件,对两种不同形状的永磁体电机进行参数化仿真,确定电机永磁体的位置和尺寸对电机调速范围的影响㊂分析了矩形永磁体和V 形永磁体在不同尺寸和位置,对电机参数的影响,给出永磁体的尺寸,完 D设计分析esign and analysis 2021年第49卷第3期 程献会等 永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析 18 成对电机调速范围的优化并分析电机性能㊂1 永磁同步电动机弱磁调速的基本原理1.1 永磁同步电动机的数学模型在三相电流对称㊁电机稳定运行且忽略定子绕组电阻㊁铁心饱和㊁铁耗的情况下,永磁同步电动机在d,q坐标轴下的数学模型如式(1)㊁式(2)㊂电压方程:u=u2d+u2q= ω(L q i q)2+(L d i d+ψf)2(1)电磁转矩方程:T em=32p[ψf i q+(L d-L q)i d i q](2)由电压方程可得出:ω=u(L q i q)2+(L d i d+ψf)2(3)式中:p为电机的极对数;L q,L d分别为电机定子的交直轴电感;i q,i d分为电机定子的交直轴电流;ψf 是电机的永磁体磁链;ω为电机角频率㊂由式(3)可以看出,当电机的端电压和电流达到极限值,且电流全部为直轴去磁电流时,电机可以达到理想最大转速:ωmax=u limψf-L d i lim(4) 调速永磁同步电动机的电压和电流的极限值取决于控制系统的逆变器,如果需要更高的转速范围,需要减小永磁体的磁链和增加直轴电感㊂但过小的永磁体磁链会造成电机转矩的下降,在电机优化时应综合考虑,不应为了单纯提高调速范围而牺牲太多的转矩㊂1.2 基于最大转矩电流比控制的弱磁调速性能分析凸极永磁同步电动机采用最大转矩电流比控制时,电机的电流矢量应满足:∂(T em/i s)∂i d=0∂(T em/i s)∂i q=üþýïïïï(5) 定子电流矢量轨迹如图1所示,当电机的端电图1 定子电流矢量轨迹压和电流达到极限值时,经过公式推导可得出此时的转折速度:ωb=u lim(L q i lim)2+ψ2f+(L d+L q)C2+8ψf L d C16(L d-L q)(6)式中:C=-ψf+ψ2f+8(L d-L q)2i2lim㊂ 定义电机的弱磁扩速倍数:k=ωmaxωb(7) 将弱磁率ξ=L d i sψf和凸极率ρ=L qL d代入到式(7)中,可得:k=ωmaxωb= 1+(ρξ)2+116(1-ρ)[(1+ρ)C2f+8C f]1-ξ(8)式中:C f=-1+1+8(1-ρ)2ξ2㊂根据式(8)可得如图2所示的凸极永磁同步电动机弱磁扩速倍数随凸极率和弱磁率的变化曲线,可以看出,电机的弱磁扩速倍数随凸极率和弱磁率的增加而增加㊂对永磁同步电动机的凸极率和弱磁率进行优化,便可以影响电机的扩速范围㊂图2 弱磁扩速倍数k与ξ,ρ的关系2 永磁同步电动机优化分别对原功率为2.2kW,永磁体为矩形和V形的两台内置式永磁同步电动机进行优化,以弱磁率和凸极率为优化目标,使其满足两倍以上的调速范围㊂2.1 建立电机的物理模型样机的基本参数如表1所示,电机的物理模型如图3㊁图4所示㊂在电机基本结构尺寸不变的情况下,对电机的永磁体尺寸㊁位置进行优化,永磁体尺寸主要有永磁体宽度b m,永磁体磁化方向长度h m㊂矩形永磁体的位置主要靠轴心距确定,就是永磁体下边缘距离电机中心的距离,即o2㊂轴心距越大,永磁体离气隙越近,离电机转轴的中心则越远㊂V形永磁体的位置还要依靠永磁体旋转角度来确 2021年第49卷第3期 D设计分析esign and analysis 程献会等 永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析19 定,旋转角为θ㊂表1 电机的基本参数参数值参数值定子外径Φso /mm 155定子槽数36定子内径Φsi /mm 98极对数2转子内径Φri /mm 38额定转速n /(r㊃min -1)1500气隙长度δ/mm0.6轴向长度l /mm105图3 矩形永磁体电机模型图4 V 形永磁体电机模型2.2 电机的优化在初步确定电机额定电流的情况下,对永磁体的尺寸范围进行优化设计㊂利用Maxwell 软件,分别建立两种永磁同步电动机的2D 模型,并设置永磁体宽度㊁磁化方向长度和轴心距为参数化变量,求解不同情况下的凸极率和弱磁率,参数化范围如表2㊁表3所示㊂表2 矩形永磁体参数矩形参数范围步长宽度b m /mm30~502磁化方向长度h m /mm4~5.50.5轴心距o 2/mm33~351表3 V 形永磁体参数V 形参数范围步长单片宽度b m /mm 15~242磁化方向长度h m /mm4~70.5轴心距o 2/mm30~351 对在此范围内的所有不同组合进行参数化扫描仿真,并进行最优化求解,最优化算法采用默认的拟牛顿算法,它是求解非线性优化问题最有效的方法之一,收敛速度快㊂最优化求解的目标为ρ≥1.5,ξ≥0.5,由图2可以看出,理论上满足3倍的调速范围㊂经过Maxwell的最优化求解,可得出永磁体宽度㊁永磁体磁化方向长度和轴心距的初选结果㊂2.2.1 永磁体的尺寸确定经过分析和有限元软件的计算,可得到ρ和ξ随电机永磁体尺寸的参数变化规律㊂矩形永磁体和V 形永磁体的变化规律都是随着电机永磁体厚度和磁化方向的增加,ρ增加且ξ下降;永磁体宽度对两个参数的影响更明显,如图5㊁图6所示㊂(a)矩形永磁体电机(b)V 形永磁体电机图5 凸极率和弱磁率随永磁体宽度的变化(a)矩形永磁体电机(b)V 形永磁体电机图6 凸极率和弱磁率随永磁体磁化方向长度的变化两个优化参数变化趋势并不相同,在有限元优化求解给出的结果下,要想达到优化目标,并考虑制作工艺难度㊂最后确定矩形永磁体尺寸确定为宽42mm,厚4mm;V 形永磁体尺寸确定为单片永磁体宽20mm,厚4mm㊂2.2.2 永磁体的位置确定在永磁体尺寸确定的情况下,随着轴心距的增加,如图7所示,矩形永磁体电机的ρ会增加,ξ会下降;V 形永磁体电机的ρ和ξ呈相同变化规律,凸极率增加,弱磁率下降㊂(a)矩形永磁体电机(b)V 形永磁体电机图7 凸极率和弱磁率随轴心距的变化经过优化求解,矩形永磁体电机轴心距选择35mm;V 形永磁体电机轴心距选择33mm㊂V 形永磁体不仅要考虑轴心距,还要考虑永磁体旋转的角度θ对交直轴电感的影响㊂如图8所示,随着旋转角度的增加,凸极率上升,弱磁率下降,最终旋转角选择23°㊂图8 凸极率和弱磁率随旋转角度的变化3 电机参数分析与对比3.1 矩形永磁体电机在永磁体尺寸和位置确定之后,对电机模型进行有限元仿真,电机的直轴电感为0.074H,交轴电感为0.143H,磁链为0.608Wb,仿真得出凸极率为1.93,弱磁率为0.597,满足求解目标㊂ D设计分析esign and analysis 2021年第49卷第3期 程献会等 永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析 20 对优化后的电机进行MATLAB仿真分析,采用基于最大转矩电流比的弱磁控制方式,控制框图如图9所示㊂在空载及负载条件下进行仿真分析,对比优化前后电机的调速范围,结果如表4㊁图10所示㊂可以看出,优化后空载条件下调速范围可以达到两倍以上,负载下调速范围也明显提高,达到了优化的目的㊂图9 弱磁控制框图表4 矩形永磁体电机最高转速对比转矩T/(N㊃m)优化前n f/(r㊃min-1)优化后n a/(r㊃min-1)仿真实验仿真020001900310010185018002400(a)空载下电机转速(b)负载下电机转速图10 矩形永磁体电机转速优化3.2 V形永磁体电机对确定永磁体位置和尺寸的电机模型进行有限元仿真,电机的直轴电感为0.073H,交轴电感为0.142H,磁链为0.635Wb,凸极率为1.96,弱磁率为0.56,满足求解要求㊂对优化后的V形永磁体电机,进行基于最大转矩电流比的弱磁调速控制下的空载及负载仿真,结果如表5所示㊂空载可以达到两倍左右的调速范围,负载下速度也有所提高,满足优化目标,如图11所示㊂表5 V形永磁体电机最高转速对比转矩T/(N㊃m)转速n/(r㊃min-1)优化前优化后022003000 1020002450(a)空载下电机转速(b)负载下电机转速图11 V形永磁体电机转速优化4 结 语本文借助有限元仿真软件,以内嵌式永磁同步电动机的调速范围为优化目标,讨论了矩形和V形永磁体不同尺寸和位置对电机参数的影响,结合对调速范围的影响,确定了电机永磁体的尺寸和位置,完成了电机的优化设计㊂以优化完成的电机尺寸,对其进行参数分析和对比,较之前的电机有了明显的转速范围的提升,达到了本次优化的目的㊂优化过程和结果对内嵌式永磁同步电动机的设计和参数提供了一定的参考㊂参考文献[1] 唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京:机械工业出版社,2015.[2] 王秀和.永磁电机[M].北京:中国电力出版社,2011.[3] 贾金信,杨向宇,曹江华.基于田口法的内嵌式永磁电动机的优化设计[J].微电机,2013,46(6):1-4.[4] 王艾萌,温云.田口法在内置式永磁同步电机优化设计中的应用[J].华北电力大学学报(自然科学版),2016,43(3):39-44.[5] 陈晨.纯电动汽车用永磁同步电动机设计及弱磁扩速分析[D].天津:天津大学,2010.[6] 解志霖.电动大巴车用永磁电机设计[D].沈阳:沈阳工业大学,2017.[7] 郭殿林,陈康,包兵.电动汽车凸极式永磁同步电机弱磁调速的研究[J].煤矿机械,2016,37(7):58-60.[8] 皮秀,王善铭.弱磁调速的永磁同步电机参数的分析设计[J].中国科技论文在线,2010,5(8):585-591.[9] 孙慧芳,高琳,李计亮,等.弱磁调速用永磁同步电机设计分析[J].微电机,2010,43(12):16-20.[10] 高锋阳,齐晓东,李晓峰,等.部分分段Halbach永磁同步电机优化设计[J/OL].电工技术学报:1-14[2021-02-04].ht⁃tp:///10.19595/ki.1000-6753.tces.191554..[11] 李晓峰,高锋阳,齐晓东,等.对称V型异步起动永磁同步电机齿槽转矩优化[J/OL].电力系统及其自动化学报:1-9[2021-02-04]./10.19635/ki.csu-epsa.000497.[12] 刘晓宇,袁彬,戴太阳,等.基于自适应网格及响应面模型的永磁电机多目标优化[J].微特电机,2020,48(7):24-27,30.作者简介:程献会(1995 ),女,硕士研究生,研究方向为电机与电器㊂。
火电厂凝结水泵永磁调速器节能改造分析
53中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2018.08 （下）鸿电2A、2B 凝泵变频在35~40Hz 之间振动大，凝泵变频实际未起作用，大大影响了凝泵设计变频控制的节能降耗作用。
还有一重要原因是鸿电立式凝结水泵电机（一用一备）目前采用的是变频器（一拖二）方式进行调速节能控制，变频器为一拖二的模式，变频全年处于工作状态，这就加速了变频器的老化速度，增加了变频器的维护量和维护费用。
因此鸿电为了降低厂用电，降低维护成本，深入调研决定对2A 凝结水泵加装永磁调速器改造。
1 设备概况（如表1）2 永磁调速器的工作原理永磁调速器是透过气隙传递转矩的传动设备。
电机与负载设备转轴之间无需机械连结，电机旋转时带动导磁盘在装有强力稀土磁铁的磁盘所产生的强磁场中切割磁力线，因而在导磁盘中产生涡电流，该涡电流在导磁盘上产生反感磁场，拉动导磁盘与磁盘的相对运动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。
其主要由四个部件组成：内转子（与负载轴连接的永磁体盘）、外转子（与电机轴连接导磁体盘）、执行机构（调整磁盘与导磁盘之间耦合面积的机构）、转轴连接壳与紧缩盘（紧缩盘装置与电机及负载轴之间的连结）。
3 改造方案永磁调速驱动器是纯机械装置，只需在改造时，根据设备尺寸，重新建造基础，将凝结水泵电机上移，使永磁调速器有足够空间安装在电动机和水泵之间。
在2A 凝结水泵电机与泵之间安装了永磁涡流柔性传动调速装置一套以及加装控制执行器一套。
通过逻辑控制器PLC 将参数调节信号通过PID 调节，变成4～20mA 信号驱动执行机构，推动永磁调速装置的气隙调节动作，实现调速功能。
不仅能起到与变频器一火电厂凝结水泵永磁调速器节能改造分析李智福*（福建省鸿山热电有限责任公司发电部，福建 福州 350001）摘要：永磁调速器为磁力非接触性的软联接，它具有高效节能、高可靠性、可在恶劣环境下应用、减少系统维护和延长系统使用寿命等特点，是风机及泵类设备节能技术改造的首选。
永磁调速器在集输泵站上的应用
永磁调速器在集输泵站上的应用作者：丁明华来源：《教育科学博览》2013年第06期摘要：介绍了ALTH-780型永磁调速器的组成及工作原理；阐述了调速器在集输泵站的选用、现场安装及取得效果预测。
关键词：永磁调速器改造应用1 永磁调速器需求背景永磁调速是国际上近几年发展起来的一项新的调速节能技术，主要用于中大功率、中高压电机拖动系统软启动及离心负载的调速节能。
具有效隔离降低振动、安装简单、运行可靠、无谐波污染电网、寿命长、维护费用少、环境要求低、与电压等级无关等特点。
油气集输总厂东营原油库4#输油泵机组是中石化胜利油田分公司外输外销主要设备，主要由6 kV异步电动机容量680kW和扬程128米的离心泵等组成，固定流量输送，当调整输油输量时，采取旁通调节开度的方式来满足生产需求，存在严重的节流损耗问题。
经过多方考察，决定采用由南京艾凌节能技术有限公司生产的水冷型永磁调速器，对原油输油泵机组进行改造。
2 永磁调速器组成及原理第一代永磁调速技术由美国MagnaForce公司于1999年推出，国内由中达电通股份有限公司代理，其原理如下图1：导体盘转子安装在电机侧，永磁盘转子安装在负载侧，通过调节机构调整两者间的气隙来改变传递的扭矩大小，从而改变负载侧转速，实现节能。
气隙最小时传递扭矩最大、转速最高，气隙增大、传递扭矩变小、转速降低。
第二代永磁调速技术由南京艾凌公司根据引进设备的调速原理设计制造，我厂原油库4#泵改造使用的就是该类设备见图2：2.1 结构组成永磁调速器主要由导体转子、永磁转子和调节器三部分组成。
见图3：永磁转子安装在负载轴上，在导体转子内，其间由空气隙分开，并随各自安装的旋转轴独立转动；导体转子安装在电机轴上，永磁场在导体转子上产生涡流，又产生感应磁场与永磁场相互作用；调节器调节永磁转子与导体转子在轴线水平方向的相对位置以改变导体转子与永磁转子之间相互作用的面积，实现改变导体转子与永磁转子之间传递转矩的大小。
永磁调速技术在火电厂有哪些应用
永磁调速技术在火电厂有哪些应用永磁调速技术在火电厂有哪些应用呢?我们都知道永磁调速技术在各个方面都有了极大地应用。
特别是在火电厂上这方面的应用。
假设某火电厂现有2台300MW供热机组，而开式水系统则主要应用于闭式水冷却器、主机冷油器、抗燃油冷却器、发电机定子冷却水冷却器、发电机密封油冷却器以及真空泵及电动给水泵冷却器等设备。
使用时为每台机组配置2台开式循环水泵，开式冷却水由循环水供水管产生提供，在此基础上使其压强升至0.3Mpa 后，再向各级用户供水，并回水至循环水回水母管。
开式循环泵技术参数如下：型号与类型KQSN600-N19/518;功率280kW;额定流量2600t/h;扬程30m;效率88%;额定转速990r/min。
电动机技术参数：型号YKK400-6;额定功率280kW;额定电压6000V;额定电流35.2A;功率因数0.86;额定转速990r/min。
在实际的工程设计当中，通常应根据系统的最大需求来完成开式水泵的配备工作，在这一过程中应注意留有余量。
在运行过程中，运行人员往往以机组负载及环境温度变化为依据，使用阀门对各级用户的水量进行节流调节，这样就导致了大量的节流损失。
更为严重的是，由于主机冷油器中的冷却水调节门位于回水侧，因而会造成主机冷油器冷却水压远超出油压，从而导致油中进水的现象发生，增加了系统运行的安全隐患。
永磁调速驱动器改造方案为了能够使永磁调速技术得以更好地应用，最大程度地发挥其作用和效果，需根据其技术特点和实际需要制定出最优的调速驱动器改造方案。
在全面比较了各种调速改造方案后，在#3机组一台开式循环水泵上应用了永磁调速驱动装置控制开式循环水泵转速的调速方案。
调速联轴器可以在控制器的支持下进行控制，控制器同时能够接收水泵出口压力(包括流量、液位)等控制信息。
开式水泵永磁调速系统构成可参见图5所示。
永磁调速系统设备参数如下：ASD24.5/28.5铝导电盘调速器数量，1个;联轴嵌套及锁紧盘数量，2个;BECK11-300电动执行器数量，1个;执行器连杆总成数量，1个;测速传感器数量，1个;隔音装置数量，1台。
永磁调速器在风机调速控制的应用与分析
唐钢中厚板公司轧钢二线加热炉原设计中引风机采用 进口风门调节方式，鼓风机采用进口风门和出口调节阀配 合调节方式控制流量的变化，造成很大的能源浪费，随着 公司能源管控工作的不断深化，该加热炉风机列入节能改 造项目，并选用了永磁调速方案。 3.1 永磁调速器选型
由于没有内部实践经验可借鉴，改造项目主要依赖于 永磁调速器制造厂家技术人员根据电机及风机的技术数据 和现场使用状况拟定设计方案，并指导相关技术人员完成 永磁调速器的计算和选型工作。改造项目中加热炉风机和 电机铭牌数据统计见表1。
转速 （r/min）
1450
电机数据 型号
YKK4502-4
额定功率 250
（kW）
1450
YKK4501-4 220
1450
YKK4502-4 250
额定转速 （r/min）
1485
1485
1485
额定电压
10
10
10
（kV）
额定电流 （A）
18.8
16.6
18.8
永磁调速器分为空冷型和水冷型两种。目前，空冷型 最大传动功率为500 kW，适用转速范围为750 rpm～3000 rpm；典型应用中，电机转速3000 rpm时传动功率小于250 kW；电机转速1500 rpm时传动功率小于300 kW。水冷型 最大传动功率可达4000 kW，最高转速可达3000 rpm。因 此，根据风机名牌数据，选择使用的永磁调速器型号为XLDZ-250，峰值扭矩≥3216 N·m，调速范围20%～98%。
1 永磁调速器的工作原理
永磁调速器属于一种磁力耦合器，是具有调速功能的 联轴器装置。其工作原理是导体盘在环形分布的永磁体盘 的磁场中做切割磁力线转动时，导体盘内部产生涡流，涡 流产生的感应磁场与永磁体磁场相互作用，使永磁体盘向 着减小与导体间相对运动的方向旋转，即永磁体盘与导体 盘同向旋转，从而将原动机的转速和转矩传递至负载输入 轴。如果改变导体盘和永磁体盘之间的距离或啮合面积， 气隙磁密发生变化，感应产生的电磁转矩也就随之变化， 最终达到调节负载转速的目的[1]。
永磁调速器工作原理及特点
永磁调速器工作原理及特点
1.高效率：永磁调速器具有较高的效率，能够将电能转换为机械能的
能力较高，可以节约能源。
2.易于控制：永磁调速器可以通过调节电流和磁场大小来控制电机的
转速和扭矩，控制精度较高。
3.宽速度范围：永磁调速器可以实现广泛的速度范围调节，从低速到
高速都可以得到平稳可靠的调速效果。
4.快速响应：永磁调速器具有快速的响应能力，可以在短时间内实现
从静止到运动的转换。
5.高可靠性：永磁调速器采用磁场调节方式，不需要摩擦部件，减少
了机械故障和磨损，提高了设备的可靠性和稳定性。
6.体积小巧：永磁调速器采用电子元器件和磁性材料，使其体积小巧，便于安装和维护。
1.磁场调节：永磁调速器通过调节磁场大小和方向来控制电机的转速。
通过改变电流和磁势能的差异来实现转矩的控制。
2.电流控制：永磁调速器通过控制电流的大小和方向来改变电机的磁场，以控制转速和扭矩。
3.电源供应：永磁调速器通常需要外部电源供电，以提供控制所需的
电能。
4.反馈调节：永磁调速器通常通过采集电机的转速、电流等参数进行
反馈调节，以保持电机的稳定工作状态。
5.控制系统：永磁调速器通常需要配备一个控制系统，用于监测和调节电机的工作状态，以实现精确的调速控制。
总结起来，永磁调速器具有高效率、易于控制、宽速度范围、快速响应、高可靠性和小巧的特点。
这些特点使得永磁调速器广泛应用于各种电机调速领域，如工业生产、交通运输等。
同时，永磁调速器还能够提高电机的动态响应能力，减少功率损耗，提高能源利用率。
永磁调速原理
永磁调速原理永磁调速技术是一种通过控制永磁同步电机的电磁参数来实现调速的技术。
在永磁调速系统中，永磁同步电机作为驱动元件，通过控制器对电机的电流、电压等参数进行调节，从而实现对电机转速的精确控制。
永磁调速技术具有调速范围广、响应速度快、效率高等优点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
永磁调速系统的基本原理是利用永磁同步电机的永磁体和定子绕组之间的磁场相互作用，通过改变定子绕组的电流、电压等参数，来调节电机的转速。
永磁同步电机的永磁体产生的磁场是恒定的，而定子绕组通过控制器的调节可以实现不同的磁场分布，从而实现对电机转速的调节。
在永磁调速系统中，控制器通过对电机的电流、电压进行精确控制，实现了对电机转速的精确调节。
永磁调速系统的工作原理是基于电磁学原理和控制理论的结合。
通过对电机的电磁参数进行精确控制，可以实现对电机转速的精确调节。
在永磁调速系统中，控制器起着至关重要的作用，它通过对电机的电流、电压进行精确控制，实现了对电机转速的精确调节。
此外，永磁调速系统还可以通过对电机的磁场分布进行调节，来实现对电机转速的调节。
永磁调速技术在工业生产中有着广泛的应用。
它不仅可以实现对电机转速的精确控制，还可以提高电机的效率和响应速度。
在风力发电、电动汽车、工业生产等领域，永磁调速技术都得到了广泛的应用。
随着科技的不断进步，永磁调速技术将会得到进一步的发展和完善，为工业生产带来更多的便利和效益。
总结起来，永磁调速技术是一种通过控制永磁同步电机的电磁参数来实现对电机转速的精确控制的技术。
它具有调速范围广、响应速度快、效率高等优点，在工业生产中得到了广泛的应用。
随着科技的不断进步，永磁调速技术将会得到更多的发展和完善，为工业生产带来更多的便利和效益。
永磁调速器发展现状
永磁调速器发展现状一、永磁调速器的研究背景我国是能耗大国，能源利用率较低，能源储备不足。
在我国全部的工业负载之中，风机与泵所占的比例为 40% ～ 50% （按能耗计算），这些负载每年需耗费电量上千亿千瓦时。
风机与泵的实际运行效率普遍比工业先进国家低 10% 以上。
所以开展风机与泵的节能、降耗工作是非常必要的，而且符合我国国情的需要，具有较大的节能潜力。
最初风机与泵分别通过调节风门挡板 / 节流阀控制压力 / 流量，达到节能的目的。
电力调速 / 变频技术被成功引入，提供了一种替代传统节流控制的高效节能技术，业已成为了节能调速行业的主流。
变频调速系统存在以下问题：1. 高效率是以高昂资本开支为代价的；2. 由于大规模电力电子器件的使用，对电网造成了严重的谐波污染。
二、永磁调速器的研究意义随着高性能永磁材料的问世，以及磁力传动技术的不断完善，一种新兴的节能调速装置——永磁调速器随之诞生。
永磁调速器安装在电动机与负载之间，采用纯机械式结构，利用磁场间的作用力传递转矩，实现了非接触传递能量，可根据负载需求实时地控制输出转矩与转速。
永磁调速器具有如下主要优势。
1. 利用全新的机械方式实现了电动机的扭矩传递和负载速度调节，效率高。
2. 永磁调速器在电动机扭矩传递和负载速度调节中，采用了导体 - 永磁体的磁路结构，实现了随负载及气隙变化，降低了能量的传递与消耗。
3. 与目前主流电动机调速设备——变频器相比，永磁调速器采用了纯机械非接触性式结构，有效地消除了电力谐波污染、电磁干扰，避免电机与负载间振动的传递，真正实现了绿色节能。
三、永磁调速器的发展及应用现状1994 年，美国学者 Nehl T W 、 Lequesne B 、 Gangla V 提出了永磁涡流耦合器的基本概念，即磁路结构包括一个导体盘、一个永磁盘（一个钢盘以及固定在其上的永磁体），永磁体代替传统的电磁体成为磁路中的磁源，永磁涡流耦合器利用导体盘切割磁力线所形成的涡流感应磁场与永磁场间的作用力，实现非接触传递转矩。
华能渑池电厂#1D浆液循环泵永磁调速器应用情况解析
华能渑池电厂#1D浆液循环泵永磁调速器应用情况解析作者：李东明张秀成荆海东王长海朱磊来源：《科学与财富》2020年第29期摘要：本文着重介绍华能渑池电厂浆液循环泵永磁调速应用情况，对项目实施过程中产生的问题的解决方案，同时对其节能情况进行了对比。
结果表明：浆液循环泵永磁调速改造具有可操作性、可靠性高、节能效果显著等特点。
关键词：浆液循环泵;永磁调速器;安装空间;节能;1.项目介绍我公司#1机组发电负荷年平均在60～80%，但脱硫系统是按照100%发电负荷设计，并且泵出口由于设备特点原因没有设置调节阀，能源浪费非常严重，特将#1D浆液循环泵浆液循环泵新增永磁调速器，于2019年6月15日调试。
2.#1D浆液循环泵设备参数3.采用调速节能方案简述根据实际运行情况，脱硫装置的吸收塔应该根据发电负荷以及媒质的含硫量情况调节浆液循环泵的流量，但是吸收塔每台浆液循环泵的静压差非常大（占总扬程的70%），必须克服这段阻力才能将浆液上塔，所以浆液循环泵做节能，降速空间不大，但流量变化很大，综合来说泵的节能空间还是非常大的。
由于静压（系统阻力曲线抬高）很大，流量降幅大，压力降幅很小，所以无法采用传统的相似定律去计算泵的节能，一般会根据泵的做工（输出流量、压力）来计算节能。
4.#1机组2019年历史运行数据统计，用做节能基础数据#1机组采集了2019年全年的运行数据，每个月给出了约2600组数据，每组数据间隔1000s，时间分布均匀，可按照每个月数据来统计平均值，统计表格也给出了如下数据。
可以看出#1炉全年运行时间达到6000h，平均负荷率70.1%，塔出口SO2折算浓度全年平均为12.0 mg/Nm3，从运行负荷和年运行时间都是具有代表性的，以上統计数据真是有效，可作为#1D浆液循环的数据蓝本。
以上数据还反映出其含硫量远低于国家标准，也低于其他电厂的35.0mg/Nm3的标准。
5.改造后照片6.调试数据从运行数据来看，全部达到改造前预期。
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离心泵永磁调速技术应用分析
发表时间：2017-11-14T20:08:15.040Z 来源：《电力设备》2017年第20期作者：徐康
[导读] 摘要：离心泵在各个工业领域应用广泛，总体来看，泵每年的耗电量几乎达到了整个工业耗电的30%左右。
（中国国电集团公司谏壁发电厂江苏镇江 212006）
摘要：离心泵在各个工业领域应用广泛，总体来看，泵每年的耗电量几乎达到了整个工业耗电的30%左右。
永磁调速技术作为先进、可靠性高的新型调速节能技术，在近年来得到广泛应用。
文中对永磁调速技术原理进行了讲解，与其他调速技术性能进行了对比分析，并通过永磁调速技术在电力行业中离心泵上的实际应用，详细分析了该技术的优越性能。
关键词：离心泵；永磁调速；应用分析
1前言
离心泵被广泛应用于化工、冶金、矿山、农业等诸多行业，水泵的年耗电量约占全国工业耗电量的1/3，相比发达国家，我国离心泵运行效率普遍低10%～20%。
因此，做好离心泵的调速节能技术改造工作在降低企业生产成本、提高经济效益方面具有重要意义。
2永磁调速技术原理与结构
企业以往在进行水泵选择时多考虑最大设计流量与设计扬程两个参数。
然而在真实的生产活动中，水泵在大部分情况下出水量是小于最大设计流量的，从离心泵的运行特性曲线不难发现，当流量降低时，扬程将会提高，这就导致恒定转速的水泵会出现扬程过剩的情况，进而导致部分能量白白损耗。
为了解决这一问题，永磁调速技术应运而生。
永磁调速技术主要通过永磁调速驱动器实现，其由铜转子、控制机构以及永磁转子共同构成。
将铜转子固定于电动机轴上，永磁转子固定在负载轴上，二者实现相对运动，根据电磁感应原理产生扭矩。
可以简单地通过调节永磁体与铜导体二者之间的气隙实现转矩大小的控制，进而准确控制负载转速。
永磁调速技术可以实现在不牺牲流量和扬程条件的情况下，使能耗最小化。
对于水泵的负载特性而言，流量和转速成正比，压力和转速平方成正比，轴功率和转速3次方成正比。
由于永磁调速驱动器能够通过负载转速控制，完成离心式水泵压力连续控制，离心式泵的扬程和转速平方呈正比，功率和转速3次方成正比，所以当电动机转速保持一定值时，调节水泵转速下降，输出流量按比例降低，电动机功率快速减少，进而有节能效果。
3永磁调速器与变频器对比
3.1投资费用对比
变频器使用成千上万的电力电子元器件，进而实现对高压电动机频率与电压的控制，进而改变电动机转速，属于典型的电气调速方式，其初始投资主要由主体设备、辅助性设备（控制电路、照明系统、变压器、滤波器）以及基础设施建设（空调房间）3部分构成。
永磁调速器的组成主要包括永磁调速器主体设备、辅助设备（冷却系统、电缆等）。
变频器的使用年限通常为10年，其冷却系统中的散热空调使用寿命为12年左右；永磁调速器使用寿命为20年左右，且相应地安装基础更换周期为20年。
3.2节能效率对比
变频器是通过改变电动机输出转速实现节能，而永磁调速器输出转速是随着负载需求时刻变化的，二者节能原理有所差异。
变频器内部存在整流损耗、风机损耗、逆变损耗以及控制回路损耗；永磁调速器存在转差损耗与冷却系统损耗。
如果负载实际功率高于额定功率55%，则永磁调速器效率高；相反，则变频器效率更高。
在流量需求较大的情况下，永磁调速器效率高；当流量需求降低时，永磁调速器效率有所下降。
总体来看，永磁调速器相比变频器节电效率略好。
3.3运行费用对比
变频器几乎每年均会出现故障，当进行长期运行以后可靠性很差，散热直流风扇等附件每隔2~5年均要求进行更换或者大修。
当变频器使用超过6年以后，故障频发。
根据不完全统计，一台500kW/6kV变频器年维护费用大概是3万元，相应的空调与冷却风扇等年运行费用为1万元左右。
由于永磁调速器是典型机械装置，运行更加稳定可靠，通过气隙实现扭矩传递，将振动隔离，大大提高重要零部件使用寿命。
与此同时，永磁调速器维护工作量小，仅需要为轴承添加润滑油就可以保持正常工作。
维护费用平均每年0.7万。
对于500kW永磁调速器而言，冷却水循环使用，需要380V冷却水循环泵为水循环提供动力，年运行费用大约为1万元。
可见，永磁调速器的运行费用远远低于变频器。
3.4对系统中其他设备的影响
由于永磁调速器主要是机械式调速装置，几乎与电力无关，因此不会产生谐波，也就不会对系统中的其他设备造成影响。
当电力质量很差时，如电力谐波、雷击等，这些因素对电子或电气调速装置往往是致命的，但对永磁调速器却不会造成任何影响。
而在高压变频器的使用过程中，极容易造成设备误动作，造成功率因素补偿电容烧毁、熔断器熔断、空气或断路器开关跳闸。
那是因为高压变频器的交-直-交回路中主要是由电子器件组成，从而在运行过程中会产生大量的高次谐波，电力谐波是电网的严重污染，大量的谐波电流电压，可能会造成电器元件的发热损耗。
4永磁调速改造的应用
以某电厂热网循环水泵改造为例进行分析，该电厂热力站内配置4台加热器，5台热网循环水泵，设计最大供水流量8000t/h。
其热网循环水泵主要特性如下：扬程为1.78MPa，流量1943t/h，转速1480r/min，配用电机功率1400kW。
为了更好地达到节能降耗的目标，对电厂#4泵进行永磁调速改进。
改造过程中根据设计图纸进行基础重建，改造以后总投资约为54万元。
按照图纸设计尺寸，适当增大了电动机与泵之间的距离，进而为永磁调速装置的驱动器腾出空间。
完成了设备安装以后，然后进行DCS组态与安装调试，检验工业噪声值。
改造过程中，保持分散控制系统的模拟信号、开关量信号不改变。
改造以后，永磁调速器系统可以通过采集温度、水泵转速等信号，进行供水量以及供水压力的控制。
将永磁调速技术应用于离心泵之后，水泵出口压力显著降低，并且节流损失减少。
永磁调速改造以后，铜盘和永磁盘之间的气隙最大情况下，稳定输出转速是392r/min；气隙最小情况下，稳定输出转速是1410r/min。
当实现0~100%调节时，转速变化时间大约为60s，转速、功率以及压力曲线正确，满足比例定律。
实现永磁调速器改造之后，借助于电动执行机构对导体转子与永磁转子之间的啮合面积百分比进行控制，从而调节水泵压力与输入电流。
在运行电流明显减小。
电机改造后电流下降了50A左右，平均每小时节电400kWh以上，整个供热期6个月，可节电172万kWh，按上网
电价0.31元/kWh计算，年效益53.32万元。
相比改造以前，永磁调速器改造消除节流损失，节电率达到了40%以上，并且在一个供热期内回收投资成本。
实现永磁调速器改造后，原离心泵振动情况得到改善。
改造以前，水泵与电动机之间通过联轴器连接在一起，尽管在安装过程中全程使用激光进行对中，保证一定的对中精度，然而振动问题是难以避免的，振动值大于0.11mm，导致密封元件与轴承容易受到损坏。
完成了永磁调速器的改造以后，传统扭矩传递方式发生变化，振动幅值直接降低80%左右，进而使得整个系统可靠性大大提升。
5结束语
永磁调速技术是当前较为先进的电动机调速技术，有很强的节能效果，由于结构简单，可靠性高，得到越来越多的应用。
虽然现阶段依然存在转速调节响应迟滞、高转差效率低等问题，但是随着永磁调速技术的进一步发展，它的优势将更加明显，在离心泵中应用前景广阔。
参考文献：
[1] 侯剑雄.大型凝结水泵采用永磁调速与高压变频技术改造效果比较[J].中国电力.2015(8)
[2] 翟德双.永磁调速器在凝结水泵上的节能改造运用[J].中国电力.2012(07)。