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(gòu)組成編輯

調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)筒形永磁轉(zhuǎn)子與筒形導(dǎo)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(yīng)用技術(shù)圖片1

變永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)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(shí)現(xiàn)可重復(fù)的、可調(diào)整的、可控制的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)調(diào)速節(jié)能的目的。

永磁調(diào)速器主要由三個(gè)部件組成:永磁轉(zhuǎn)子、導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、調(diào)速機(jī)構(gòu)

2特點(diǎn)編輯

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

簡單、可靠,機(jī)械結(jié)構(gòu),無需外接電源

柔性啟動,減少電機(jī)的沖擊電流,延長設(shè)備使用壽命

隔離振動,無機(jī)械連接

安裝簡便,容忍較大的對中誤差

能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境,包括電網(wǎng)電壓波動大、諧波嚴(yán)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(hù)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(dá)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(jī),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(shí)現(xiàn)過載保護(hù)和負(fù)載平衡,將帶式輸送機(jī)的加速、停車和運(yùn)行時(shí)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(jī)的性能達(dá)到最好。而由傳統(tǒng)的電動機(jī)、減速器所組成的驅(qū)動裝置在啟動和停車過程當(dāng)中輸送帶的帶速隨著電動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化而快速變化,加劇了輸送機(jī)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(yùn)量的大型帶式輸送機(jī)需求。

一條皮帶可以由一臺電動機(jī)及一套永磁調(diào)速器驅(qū)動,也可以由多臺電動機(jī)及多套永磁調(diào)速器驅(qū)動。驅(qū)動電動機(jī)在皮帶機(jī)啟動之前空載啟動,此時(shí)永磁調(diào)速器的輸出軸保持不動,當(dāng)驅(qū)動電動機(jī)達(dá)到滿轉(zhuǎn)速時(shí),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(jī)并逐漸加速到滿速度。這使得皮帶機(jī)在被加速至滿速度之前有一個(gè)緩慢而均勻的預(yù)拉伸過程。

加速時(shí)間可以根據(jù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。啟動驅(qū)動電動機(jī)可以按順序空載啟動,所以電動機(jī)的沖擊電流非常小。由于驅(qū)動電動機(jī)可以根據(jù)運(yùn)行負(fù)載進(jìn)行選擇而不必根據(jù)啟動負(fù)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(jī)。同樣控制皮帶機(jī)的停車過程中,永磁調(diào)速器也可以通過延長停車時(shí)間來降低對膠帶的動態(tài)沖擊力。

當(dāng)驅(qū)動系統(tǒng)中有多臺永磁調(diào)速器時(shí),控制系統(tǒng)可以確保每臺驅(qū)動電機(jī)分擔(dān)相同的負(fù)載。合理的功率平衡可以有效地延長整個(gè)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(jìn)行輕微滑差來實(shí)現(xiàn)的,系統(tǒng)中的任何負(fù)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(shí)受到保護(hù)從而延長其使用壽命。

大功率電機(jī)系統(tǒng)的啟動問題一直困擾用戶的最大難題,因?yàn)殡姍C(jī)系統(tǒng)在啟動時(shí),基本上可以看作是滿載啟動,電機(jī)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(shè)備短期嚴(yán)重過載,造成電壓跌落(“黑電”)甚至啟動失敗,嚴(yán)重時(shí)還可能燒毀電機(jī)。電機(jī)啟動過程短的持續(xù)幾秒,長的達(dá)到幾十秒,電機(jī)線圈嚴(yán)重發(fā)熱,造成電機(jī)線圈提前老化,縮短電機(jī)使用壽命。

高可靠性

(l)永磁調(diào)速器在啟動負(fù)載之前驅(qū)動電機(jī)空載啟動,電機(jī)達(dá)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(jìn)行張緊,輸送帶平穩(wěn)地加速到全速;使帶式輸送機(jī)在重載工況下可控制地逐步克服整個(gè)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(shí)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(jī)的啟動電流,減小了電動機(jī)的熱沖擊負(fù)荷及對電網(wǎng)的影響,從而節(jié)約電能并延長電動機(jī)的工作壽命,而且極為有效地減小了啟動時(shí)傳動系統(tǒng)對輸送膠帶的破壞性張力,消除了輸送機(jī)啟動時(shí)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(guān)鍵部件的使用壽命,保證了設(shè)備的安全可靠運(yùn)行,有效地降低了設(shè)備維修及故障時(shí)間成本。

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

(4)使用永磁調(diào)速器系統(tǒng),可防止輸入到帶式輸送機(jī)的功率及力矩超過安全限度,以保證帶式輸送機(jī)過載時(shí)不能運(yùn)行,從而保護(hù)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(qiáng)度可降低30%左右。

環(huán)境適應(yīng)

(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(qiáng)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(shè)備故障率,必須保證溫度和濕度恒定在某個(gè)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(hù)需求和成本。

(2)骯臟的環(huán)境

永磁調(diào)速器是無直接機(jī)械連接的調(diào)速裝置,最小氣隙為3mm,一般能在空氣中飛揚(yáng)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(dāng)粉塵厚度導(dǎo)致機(jī)械摩擦?xí)r,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(jī)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(jī)械式的、無摩擦傳遞扭矩的調(diào)速裝置,除執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用較弱電力需要采用防爆結(jié)構(gòu)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(jī)、破碎機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、油泵等設(shè)備。電子或電氣式設(shè)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?yàn)橛来耪{(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(yuǎn)洋輪船、海軍艦船、潛艇等。復(fù)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(shí)現(xiàn)調(diào)速的裝置,基本都要通過改變電機(jī)輸入的電流頻率或波形來實(shí)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(shí)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(yán)重污染,按照國家電力質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),用電設(shè)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(yán)格的限值,等效為總諧波電流也在5%~8%左右,如果超過標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)橛懈哂?0Hz基本分量,能造成電器元件的發(fā)熱損耗,嚴(yán)重者能造成設(shè)備誤動作,造成功率因素補(bǔ)償電容燒毀、熔斷器熔斷、空氣或斷路器開關(guān)跳閘。

大家知道,電動機(jī)負(fù)載是感性負(fù)載,而永磁調(diào)速器為機(jī)械式調(diào)速裝置,與電性能無關(guān),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(jī)本身,這種功率因素問題僅利用配電系統(tǒng)中的電容補(bǔ)償柜就可以補(bǔ)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(yán)重,在電磁兼容環(huán)境要求高的地方,為此需要巨大投資進(jìn)行電磁兼容治理。永磁調(diào)速器不會產(chǎn)生電磁干擾。

電機(jī)不會過熱,也不需更換和改造電機(jī)

從電機(jī)轉(zhuǎn)速改變的三個(gè)因素:頻率、極對數(shù)和滑差來看,改變?nèi)魏我粋€(gè)要素將導(dǎo)致電機(jī)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(shù)外,基本上都是通過改變電機(jī)本身的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。我們知道,電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,因電能消耗,電機(jī)線圈、硅鋼片、機(jī)械摩擦都會造成電機(jī)發(fā)熱,因此,電機(jī)內(nèi)部都設(shè)計(jì)了風(fēng)葉用以冷卻電機(jī)。采用改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的技術(shù),包括變頻器、串級調(diào)速、雙饋調(diào)速,在電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)時(shí),電機(jī)的發(fā)熱都很大,有時(shí)不得不使用外部風(fēng)扇幫助散熱。

永磁調(diào)速器是通過改變電機(jī)與負(fù)載之間的滑差實(shí)現(xiàn)調(diào)速的,也就是說,電機(jī)轉(zhuǎn)速始終維持設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速,因此不會因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)速下降導(dǎo)致電機(jī)過熱。

變頻器調(diào)速,因?yàn)樽冾l器產(chǎn)生的正弦波實(shí)際是由方波疊加而成,高次諧波很多,電流的趨膚效應(yīng)導(dǎo)致電機(jī)線圈發(fā)熱,影響絕緣強(qiáng)度,應(yīng)該更換絕緣等級更高的電機(jī),如果不更換,電機(jī)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(shù),不會改變電機(jī)的輸入電壓、電流和頻率,因此不會要求改造原電機(jī)系統(tǒng)。

降低維護(hù)成本延長系統(tǒng)設(shè)備壽命

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

振動的產(chǎn)生,主要由于以下因素:

1.電機(jī)與負(fù)載設(shè)備連接時(shí),軸不同心或有一定角度誤差;

2.減速機(jī), 皮帶機(jī)運(yùn)行發(fā)生的振動;

3.機(jī)械設(shè)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?yàn)椴桓淖冸姍C(jī)與負(fù)載設(shè)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(jī)系統(tǒng)的振動。

永磁調(diào)速器因?yàn)椴捎脷庀秱鬟f扭矩,電機(jī)與負(fù)載設(shè)備之間沒有剛性連接,且在機(jī)械沖擊過程中具有通過滑差實(shí)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(yùn)行。永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)簡單、可靠,主體部分為機(jī)械結(jié)構(gòu),無需外接電源;變頻器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,是純粹的電器設(shè)備。永磁調(diào)速器使電機(jī)和負(fù)載分開,無機(jī)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(yīng)各種惡劣環(huán)境,包括電網(wǎng)電壓波動大、諧波嚴(yán)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(hù)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(dá)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(hù)保養(yǎng)工作量極小,運(yùn)行成本低;變頻器運(yùn)行維護(hù)費(fèi)高,配件貴,維護(hù)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?yàn)閺较?所以允許有較大的軸向竄動,而盤式結(jié)構(gòu)磁力方向?yàn)檩S向,所以對軸向竄動要求很嚴(yán);該特點(diǎn)對大功率高壓電機(jī)很重要,因?yàn)榇蠊β矢邏弘姍C(jī)多為軸瓦結(jié)構(gòu),允許在軸向有一定量的竄動,盤式產(chǎn)品無法應(yīng)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(gòu)更簡單,軸向力小,調(diào)速更容易,調(diào)速機(jī)構(gòu)重量輕,可靠性高。筒形結(jié)構(gòu)磁力方向?yàn)閺较?軸向力很小,所以允許軸向有一定量竄動,對電機(jī)和負(fù)載軸承沒有影響;盤式結(jié)構(gòu)磁力方向?yàn)檩S向,很難做到軸向力完全平衡,要靠電機(jī)和負(fù)載的軸承來承受,對軸承壽命有一定影響,嚴(yán)重時(shí),會出現(xiàn)擦盤現(xiàn)象,毀損設(shè)備。筒形結(jié)構(gòu)占用軸向空間小,盤式結(jié)構(gòu)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(gòu)設(shè)計(jì)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(gòu),分別對應(yīng)永磁體的N、S極,充分利用永磁體的磁性;單筒式結(jié)構(gòu)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(fēng)冷型產(chǎn)品。

風(fēng)冷型和水冷型永磁調(diào)速器的區(qū)別

風(fēng)冷型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單,水冷型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜。風(fēng)冷型產(chǎn)品只需有敞開的環(huán)境,自身利用風(fēng)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(shè)計(jì)復(fù)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(fù)雜,故障點(diǎn)多。風(fēng)冷型產(chǎn)品幾乎沒有運(yùn)行成本,維護(hù)成本低;水冷型產(chǎn)品水冷系統(tǒng)運(yùn)行成本高,維護(hù)成本高。綜上所述,斯普瑞產(chǎn)品具有筒形、內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)、風(fēng)冷型產(chǎn)品功率更大的特點(diǎn),在與其他類型產(chǎn)品對比中,結(jié)構(gòu)獨(dú)特,優(yōu)勢明顯。