刘振振 孙乐场 程方 韩霖霖

摘  要：针对某热电公司锅炉引风机技改一案例，从设备结构（占用空间小）、控制、安全技术、经济上介绍永磁调速的可行性，是节能降耗的一项先进技术。从而引伸指出节能降耗是企业的生存和发展的途径。

关键词：永磁调速;节能;电厂

0.前言

电厂锅炉引风机常年处于恒速运行状态，以风门挡板开度调节所需风量与风压， 大量能源耗损于风门挡板所增加的阻力上， 极不经济更不合乎国家节能检排的号召，若采用调速技术根据需求风量与风压不同而调节相应转速，则可达到显着节能效果。

永磁驱动技术近年来国际上开发的一项突破性新技术，是专门针对风机、泵类离心负载调速节能的适用技术。它具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩、可在恶劣环境下应用、极大减少整体系统振动、减少系统维护和延长系统使用寿命等特点。尤其是其不产生高次谐波且低速下不造成电机发热的优良调速特性更使其成为风机及泵类设备节能技术改造的首选。

1.系统构成及工作原理

1.1永磁调速器工作原理

永磁调速器是透过气隙传递转矩的革命性传动设备，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（Eddy Current），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。

1.2永磁调速器的系统统构成

永磁调速器由四个部件组成：

永磁转子：镶有永磁体（强力稀土磁铁）的铝盘，与负载轴连接

导磁转子：导磁体盘（铜或铝）， 与电机轴连接

气隙执行机构：调整磁盘与导磁盘之间气隙的机构

转轴连接壳与紧缩盘：以专利紧缩盘装置与电机及负载轴连结。

从上面的原理图中看出，电机与负载之间的扭矩传输，不同于常规的硬机械连接方式，是通过气隙连接的，它不仅可以通过调整气隙实现转速调整，还带来很多其它调速方式所不具备的优点。

安装于系统中，永磁调速器PMD可响应于过程信号。压力、流量、液位、或其它过程控制信号被控制系统接收和处理，然后提供到PMD的执行器。该执行器调整气隙，从而调整负载速度以满足控制要求。

·流量/压力/温度传感器检测负载受控制量

·通过逻辑控制器PLC将检测量通过PID调节，变成4～20mA信号驱动角度执行机构，推动PMD的气隙调节动作

·人机界面用于客户设定负载输出量的界面

·整个控制系统为全自动，当自动系统故障时，可通过执行器手动调节气隙

·也可通过人机界面和/或PLC实现远程遥控

·或直接由中央控制系统（DCS）进行远程遥控

1.3使用PMD永磁调速的优点

1.3.1 调节范围： 永磁调速可在0～98%的范围内对负载进行无级调速。

1.3.2 可实现过程控制，响应速度快。PMD永磁调速接收标准4～20mA信号，根据输入信号调节负载转速，满足系统需求，响应速度快。

1.3.3 空载启动，启动电流冲击小

PMD在启动时，将气隙调节到最大，实现空载启动，可极大的降低电机启电流所需时间。

1.3.4. 减少振动：

由于PMD永磁调速是非机械连接的调速装置，泵和电机没有机械硬连接，完全是通过气隙传递扭矩的，这样的好处是隔离了振动的传递，减低振动。消除振动能力最高可达80%

1.3.5. 可靠性高，维护少： 设备结构简单，故障率底，维护成本低。

1.3.6. 使用壽命长： PMD永磁调速的使用寿命可达30年

1.3.7. 节能： 通过调节负载转速，提高效率，减少管路损失，减低电机负荷，节能效果明显。

1.3.8. 适应于各种严酷工作环境

电网电压波动较大，谐波含量较高，易燃、易爆，潮湿，粉尘含量高，高温、低温等场所。

1.3.9. 无谐波干扰： 非接触性的机械联结，不产生谐波干扰。

2.永磁调速的节能原理

在实际工程设计与应用中，为了保证负荷最大时风机或水泵系统满足输出要求，通常需要按系统的最大输出能力配备风机水泵系统，而真正实用中，绝大多数情况下并非需要系统在满负荷下使用，而是根据负载的实际需要，通过流量控制元件如阀门或风门挡板等实现流量和/或压力控制，以满足生产过程的需要。最典型的控制流量和/或压力的方法是使用阀门或风门挡板。

整个风机或水泵系统的效率=

电机效率×调节流量或转速或压力控制设备的效率×风机或水泵效率×输送管道的效率。

如果其它效率恒定的情况下，系统效率取决于调节流量或转速或压力控制设备的效率。由于阀门或风门挡板通过调节开度实现输出流量或压力的调节，电机和负载的转速并未发生变化，从相似定律可以看出，输入功率并不会因为阀门开度变化而变化。当阀门或风门挡板开度<100%或调节器非直通型，流体经过阀门或风门挡板都会造成非常大的能量损失，同时在阀门或风门挡板两端产生很大的压差，特别是在风机或水泵的输出端的压力增高，使得风机或水泵的运转点偏离最佳效率点，因此，阀门开度减小时，电机输入功率不会显着减小，很多能量由此浪费掉。

采用永磁调速器技术，可以通过调节气隙实现流量和/或压力的连续控制，取代原系统中控制流量和/或压力的阀门或风门挡板，在电机转速不变的情况下，调节风机或水泵的转速。

风机水泵等离心负载符合相似定律：

Q1/Q2 = n1/n2  （流量变化与转速变化成正比）

H1/H2 = （n1/n2）2  （压力变化与转速变化的平方成正比）

P1/P2 = （n1/n2）3 （负载功率变化与转速变化的立方成正比）

T1/T2 = （n1/n2）2 （负载扭矩变化与转速变化的立方成正比）

电机输出功率P = T x ω （功率 = 扭矩 x 转速）

所以电机输出功率 P1/P2 = （n1/n2）2

从上面公式及图表可以看出，当输出流量和/或压力减少时，按照离心负载的相似定律，电机功率急剧下降，减少了能源需求，从而大大地节约了能源。例如，当输出流量需求仅降低20%满负荷流量，输出压力降低到满负荷的38%，而能源需求降低了将近50%！如果不考虑调速装置的能耗，节能效果可达50%。当然，任何一种调速装置都是需要耗能的，但这种能耗远远低于输入能耗的降低，因此可以实现很好的节能效果。

必须指出：节能效果主要取决于风机水泵系统实际持续运行的工况。合理的工作点设置是系统节能设计的基点。

n：水泵性能曲线  R：管网特性曲线

水泵在运行时，其工作点是风机H-Q曲线与管网H-Q曲线的交点。水泵的正常工作点为A，当水量需要从Q1调到Q2时，

·采用阀门调节时，管网特性曲线由R1改变为R2，其工作点A调至B点，其功率为OQ2BH2’ 所围成的面积，其功率变化很小，而其效率却随之降低。

·采用调速调节时，可按需要调整电机转速，改变设备的性能曲线，图中n1到n2，其工作点A调至C点，使其参数满足工艺要求，其功率为OQ2CH2所围成的面积，同时其效率曲线也随之平移，依然工作在高效区。由于功率随转速3次方变化，故节能效果显著。

·节能量P=（H2’-H2）×Q2

3.某一火電厂锅炉引风机应用永磁调速器后的节能分析：

3.1. 改造前实际功耗：

风量176，716m3/hr （74%负载）， 每年共计 7，200小时

依电流值（29.6A）计算得：

√3 x 6 （KV） x 28 （A） x 0.77 （PF） = 224.1 KW

3.2.加装永磁调速器后之功耗估算：

目前平均风量176，716m3/hr， 约为额定风量的 74%

根据相似定律 （Affinity Law）， 转速与流量成正比，将阀门全开后， 转速降到 74% （710rpm） 即可满足所需风量; 又电机输出功率与转速平方成正比， 所以理论功耗将降为： 270 x （74%）2 = 147.9 KW  （270 KW 为风机满负荷轴功率）

永磁调速器效率约为 97%， 所需功耗为 147.9/0.97 = 152.4 KW

3.3.加装永磁调速器与改造前相比的节电情况：

目前功耗： 224.1 KW

加装永磁调速器之后功耗： 152.4 KW

节电率为： （224.1 – 152.4） / 224.1 = 32%

若运行按每年 6，600小 时估算， 节电： （224.1 – 152.4） x 6，600 =47.3万度电

电价按 0.42元/度估算， 则节费： 47.3 x 0.42 = 19.9万元/年

4.小结

永磁调速在生产的应用已多年，设备已成熟，利用可靠。目前节能减排已上升另一个高度，节能是企业可持续发展的战略。企业生存与发展的途经之一就是做到节能减排，企业领导、技术人员、员工应挖掘内部潜力，内部一切可利用资源做到节能降耗。

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