永磁调速装置
永磁涡流调速装置三维有限元分析
永磁涡流调速装置三维有限元分析董舒寻;江清芳;钱志华;钱玉倩;黄崇富【摘要】永磁涡流调速装置采用无机械联结的柔性传动方式,传动特性较软,具有高效节能、无谐波污染等优点.为了探究装置的机械特性和传动特性,给实物装置的参数选定和优化设计提供参考,利用ANSYS Maxwell软件,建立了永磁涡流调速装置的三维有限元模型,赋予了模型各部分相应的属性,进行了三维瞬态磁场有限元分析,得到了模型在不同转速差下的输出转矩和输出功率.随着转速差的增加,输出转矩先增加,后缓慢减小;输出功率持续增加.从转速差·转矩关系曲线上确定了装置的转速差在30～ 100rpm范围内为合理工作区间.【期刊名称】《防爆电机》【年(卷),期】2018(053)006【总页数】6页(P1-6)【关键词】涡流;永磁调速;有限元方法【作者】董舒寻;江清芳;钱志华;钱玉倩;黄崇富【作者单位】南京工程学院自动化学院所,江苏南京211167;南京工程学院自动化学院所,江苏南京211167;南京工程学院自动化学院所,江苏南京211167;南京工程学院自动化学院所,江苏南京211167;南京工程学院自动化学院所,江苏南京211167【正文语种】中文【中图分类】TM301.30 引言目前，电机驱动系统调速的首选方案依然是变频器[1,2]。
但是变频器随着电压等级的增加，其可靠性和可维护性降低，时常发生故障，造成财产损失[3,4]。
另外，高压变频器产生的高次谐波对电网产生污染，并且会大大降低电机的使用寿命，因此需要配备谐波治理设备[5,6]。
上世纪90年代末永磁涡流调速技术的提出，为传统的高压大功率电机传动技术带来了全新的理念。
永磁涡流调速装置是一种新型的电机调速装置，主要包含导体转子和永磁体转子两个基本组件。
它以高性能的稀土永磁材料钕铁硼(NdFeB)作为磁源，通过联结在电机轴的导体转子和联结在负载轴的永磁转子之间的相对运动使得导体转子上产生涡流，该涡流生成感应磁场，且与永磁体产生的磁场相互作用，进而产生电磁力牵引永磁转子随导体转子同向转动，将扭力从电机侧传递给负载端。
永磁调速器工作原理与特点
>>>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，国现在应用案例主要有电厂，海化自备热电厂, 华电东华电厂, 华能电厂, 中石化燕山石化, 枣庄煤业集团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公司和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)是通过铜导体和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）和被驱动（负载）侧没有机械。
其工作原理是一端稀有金属氧化物硼铁钕永磁体和另一端感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和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、永磁转子和控制器三部分组成。
导体转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，导体转子和永磁转子之间有间隙（称为气隙）。
这样电动机和负载由原来的硬（机械）转变为软（磁），通过调节永磁体和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。
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。
永磁涡流柔性调速器 水冷型永磁涡流柔性传动调速装置
永磁涡流柔性调速器水冷型永磁涡流柔性传动调速装置永磁涡流柔性调速器，水冷型永磁涡流柔性可调速装置利用永磁转子和导体的相对运动，以离心方式引导稳定的冷却水经过传动元件，发挥传导冷却功能，驱散热量。
一般而言，水冷ASD装置用于电机功率高于500马力、永磁转子和导体的转动速度低到不足以对这些元件进行空气冷却等应用情况。
水冷型永磁涡流柔性传动调速装置（水冷ASD）利用导体转子的高速旋转运动，以离心方式引导稳定的冷却水经过传动元件，发挥传导冷却功能，驱散热量。
一般而言，水冷ASD装置用于电机功率高于500KW、电机转数低到不足以对这些元件进行空气冷却等应用中。
如供水泵站、引风机、冷却塔风机和其它设备上。
迈格钠为选择应用水冷ASD装置的用户提供可以选装的闭环制冷却循环系统。
如果选用这种选装设备，将根据应用的具体功率和速度提供成套冷却系统，并且可以根据客户的特定
需求提供其它配套装置。
安徽沃弗电力科技有限公司是一家集科研、设计、生产、销售服务为一体的高新技术企业，凭借在永磁传动领域的专业水平和成熟的技术，在工业领域迅速崛起。
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永磁调速器(PMD)的工作原理及特点
2022 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%。
目前，由 MagnaDrive 公司和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。
永磁磁力耦合调速驱动(PMD)是通过铜导体和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)和被驱动(负载)侧没有机械链接。
其工作原理是一端希有金属氧化物硼铁钕永磁体和另一端感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和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、永磁转子和控制器三部份组成。
导体转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，导体转子和永磁转子之间有间隙(称为气隙)。
这样电动机和负载由原来的硬(机械)链接转变为软(磁)链接，通过调节永磁体和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。
磁感应原理是通过磁体和导体之间的相对运动产生。
也就是说， PMD 的输出转速始终都比输入转速小，转速差称为滑差。
永磁调速器
永磁调速器无连接调速节能技术永磁调速器是通过调节导磁体和永磁体之间的相互磁力耦合作用大小来传递扭矩，同时实现负载调速和电机节能。
是一种无机械连接的软启动设备，传递效率能达到95%以上，实现电机节能30%以上。
主要应用设备为泵、风机、离心负载、皮带运输机及其它机械装置，应用广泛。
永磁调速器一：产品工作原理永磁调速器（筒式/盘式）：一般由三个部分组成，一是和电机连接的导体转子，二是与负载连接的永磁转子，永磁转子在导体转子内，其间由空气隙分开，并随各自安装的旋转轴独立转动，三是一个调速机构，调速机构包括手动控制和信号电控两种。
通过调节永磁磁力耦合有效面积（筒式）或永磁磁力耦合间隙（盘式）的方式来调整负载速度而电机转速不变，实现负载调速和电机节能。
调速机构调节筒形永磁转子与筒形导体转子在轴线方向的相对耦合面积，或调节盘式永磁转子与盘式导体转子在轴线方向的相对间隙，实现改变导体转子与永磁转子之间传递转矩的大小。
导体转子安装在输入轴上，永磁转子安装在输出轴上，当导体转子转动时，导体转子与永磁转子产生相对运动，永磁场在导体转子上产生涡流，同时涡流又产生感应磁场与永磁场相互作用，从而带动永磁转子沿与导体转子相同的方向转动，结果是将输入轴的转矩传递到输出轴上；输出转矩的大小与相互作用的面积（或相互作用的间隙）相关，作用面积越大（作用间隙小），扭矩越大，负载转速高.反之亦然。
永磁转子与导体转子完全脱开，作用面积为零（或作用间隙最大），永磁转子转速为零，即负载转速为零。
能实现可重复的、可调整的、可控制的输出扭矩和转速。
永磁调速器是通过调节扭矩来实现速度控制，电机输出到永磁调速器的扭矩和永磁调速器输出到负载的扭矩是相等的。
当永磁调速器接到一个控制信号后，如压力，水流量，液面高度等信号传到永磁调速器的调速机构，调速机构对信号进行识别和转换后，产生一个机械操作指令，来调节导体转子与永磁转子之间的耦合面积大小（筒式），或导体转子与永磁转子之间的耦合间隙大小（盘式），根据适时的负载输入扭矩的要求，调节永磁调速器输入端的扭矩大小，负载要求扭矩小，电机输出扭矩小，相应电机输出功率也小。
永磁调速前景如何-永磁调速与变频调速技术和经济对比分析
永磁调速前景如何永磁调速与变频调速技术和经济对比分析永磁调速前景如何呢?永磁调速与变频调速技术和经济上面各自都有哪些优势呢?我们一起来了解一下吧。
目前，实现调速的方法主要有变频调速、液耦调速以及永磁调速等方法。
变频调速是目前应用最广，技术相对成熟的调速技术;永磁调速是一种透过气隙传递转矩的“革命性”传动技术，因其高效节能、简单可靠、震动噪音小等诸多优点，在调速领域的应用也越来越广;而液耦调速由于调节精度低、调速范围有限、低速转差损耗大、控制精度低、线性度差、响应慢、容易漏液等原因，其运用正在逐步减少。
本文主要针对永磁调速和变频调速两种调节方式，从技术和经济两方面进行了比较和分析。
1 永磁调速和变频调速的基本原理永磁调速是一种透过气隙传递转矩的传动技术。
它以现代磁学为基本理论基础，通过调节永磁体和导体之间的气隙或耦合面积，来改变负载端的输出转矩，从而实现控制负载端流量或压力的变化。
永磁调速装置主要由导体转子、永磁转子和控制器三部分组成。
导体转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，导体转子和永磁转子之间无机械连接，电机旋转时带动导体转子旋转，切割磁力线产生涡电流，该涡电流在导体转子上产生感应磁场，使导体转子与永磁转子间互相拉动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。
永磁调速的特点是电机转速基本不变，当负载端的控制信号(如压力、流量等)变化后，由执行器对信号进行识别和转换，通过调节导体转子与永磁转子之间空气间隙的大小，来改变负载端功率的输出。
变频调速的基本原理为：异步感应电动机的转速n与电源频率f、转差率s、电机极对数p三个参数有如下线性关系：n = 60f ( 1 - s ) / p。
改变其中任何一个参数都可以实现转速的改变。
变频器是通过改变电源频率f 的方式来改变电动机转速的。
根据泵的相似定律，可知泵的功率与转速的三次方成正比，通过改变转速，轴功率会大大降低，从而实现节能。
2 永磁调速和变频调速的技术性比较永磁调速和变频调速都是高效节能的调速技术，但是二者从原理、构造、使用维护以及对运行环境的适应能力等都有明显的差异。
永磁调速装置与变频器调速的对比
永磁调速装置与变频器调速的对比摘要：本文从调速原理、技术特点、寿命周期、改造费用等四个方面对永磁调速装置与变频调速进行了综合比较。
结果表明，永磁调速装置相对于变频器调速具有可靠性高、使用寿命长、改造费用低、无谐波污染、环境适应性强、安装维护简单等显著优势，可以在钢铁、电力、石化等众多领域推广应用。
关键词：永磁调速装置；变频器；调速原理；技术特点；改造总成本一、引言近年来，离心式风机和水泵大量的应用于工业生产中，其每年消耗的电能总量占全国发电总量的20%以上。
但是在实际的生产中，水泵和风机的设计量通常要大于现场生产工况所需的量，现场常采用阀门调节方式进行流量或压力调节以满足现场生产工艺。
这样的调节方式将大量能量消耗在了阀门挡板上，造成了能量浪费。
然而利用传动装置调节转速方式调节水泵和风机的流量、压力，在降低压力的同时减小流量，则此时水泵或风机仍然在高效区间内运行，可达到既节约电能又不影响系统稳定运行的目的。
根据国家节能减排规划的要求，推进使用永磁调速装置和变频器进行风机和水泵的节能改造，逐步淘汰阀门控制方式。
本文将就永磁调速装置和变频器的调速原理、技术特点和改造费用等方面进行综合的比较和分析。
二、调速装置简介2.1 永磁调速装置简介永磁调速装置是一款纯机械结构的传动装置，它主要由永磁调速装置本体和电动执行机构组成。
永磁调速装置本体为盘式结构，由连接在电机侧的导体盘和连接在负载侧的永磁体盘组成，导体盘和永磁体盘通过空气连接，无刚性连接。
电机侧导体盘转动通过磁力作用带动永磁体盘侧的负载转动，系统通过电动执行机构调节导体盘和永磁体盘直接的间隙，从而实现对负载转速的调节。
永磁传动技术实现了能量的空中传递，从而颠覆了传统的传动理念，实现了传动技术的绿色节能，该技术集高科技、节能、环保、低碳排放于一身，被誉为传动史上的一次革命，是世界领先和独家占有的革命性技术。
永磁调速装置结构示意图如图1所示：永磁调速装置结构示意图2.2 变频器简介变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
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永磁调速装置技术说明书
南京中能瑞华电气有限公司二零一二年六月
永磁调速装置技术说明书
一、永磁调速器的结构和原理
永磁调速器由导体转子、永磁转子和调节器三部分组成。
永磁转子在导体转子内，其间由空气隙分开，并随各自安装的旋转轴独立转动；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。
导体转子安装在输入轴上，永磁转子安装在输出轴上，当导体转子转动时，导体转子与永磁转子产生相对运动，永磁场在导体转子上产生涡流，同时涡流又产生感应磁场与永磁场相互作用，从而带动永磁转子沿与导体转子相同的方向转动，结果是将输入轴的转矩传递到输出轴上；输出转矩的大小与相互作用的面积相关，作用面积越大，扭矩越大，反之亦然。
永磁转子在调节器作用下，沿轴向往返移动时，永磁转子与导体转子之间的相互作用面积发生变化。
作用面积大，传递的扭矩大，转速高；作用面积小，传递的扭矩小，转速低；永磁转子与导体转子完全脱开，作用面积为零，永磁转子转速为零，即负载转速为零。
永磁调速结构及原理
相互作用面从大到小，负载转速由98%到0转速
二、技术特点
1) 使用寿命20年
2) 电机和负载无机械联结，传动平稳、安全
3) 能很好地适应电网质量差的环境
4) 能很好地适应在电磁干扰较强的环境
5) 机械元器件，没有易损件
6) 非接触扭矩传递
7) 隔离振动
8) 电机空载启动，启动时间短，启动电流小，发热少
9) 适应环境能力强，能适应“晃电”等恶劣工况
10) 允许轴向窜量10mm，允许对中误差1mm
11) 适用于所有异步电动机的调速改造，且不受电压等级的限制
三、技术参数
a、节电率：20-60%
b、允许安装对中误差1mm
c、电机振动减少量：50-85%
d、控制精度1%
e、对环境的噪音增量小于5dB
f、传递效率：98%
g、零负载启动
h、过载保护：过载之后自动将和负载脱开，两者互不影响
四、适宜负载
离心泵
离心风机
离心压缩机
各种变转矩或恒转矩设备。