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变频调速与永磁调速技术和经济对比分析

发布日期:2018-5-31 11:32:56

  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。下面从安装、运行和检修维护三方面对两种调速技术进行了对比分析:

  永磁调速和变频调速技术性比较

  项目 永磁调速 变频器调速

  工作原理 无机械连接,气隙传递扭矩 电子变频率

  安装 安装难度 容易 难

  轴系找中 电机轴和泵轴之间无机械连接,

  轴系找中要求低 电机轴和泵轴之间机械刚性连接,轴系找中要求高

  附属厂房及设 备安装工作量 除了两轴之间永磁装置和永磁 执行器之外无其他附件,安装工 作简易 由于变频器电气元件对环境要 求很高,整套变频系统除了变 频设备和连接电缆之外,需要 设置单独的带空调设备的变频 器室,来确保变频器安全稳定 运行,所以附属房间和设备的工作量很大。

  运行 效率 96%~99% 98%以上(进口),96%(国产)

  输入电压敏感 无电气元件,对输入电压要求很 低 对输入的电压敏感,不同电压 等级的变频器设置不同,电压等级越高,设置越复杂。

  过载?;?通过滑差来实现过载?;?过流?;?/p>

  系统减震 由于轴系之间无机械刚性连接, 且泵在最佳工况下运行,可以有效地降低震动。 由于变频器只是对电机进行控 制,泵与电机之间还是传统的

  机械连接

  运行环境要求 可适用于室外、高粉尘、矿井、

  轮船等恶劣环境 需要防雷,空调,防尘,对环境

  要求很高

  能频繁启停 是 否

  响应速度 较慢 快

  调节精度 较高 很高

  增加轴承油封

  和系统寿命 是 否

  软启动 空载启动 低频启动

  输入功率因数 同电机 低于电机

  电力谐波 无 较高

  使用寿命 25 年以上 10 年左右

  维护 与检 修 故障查找难度 容易 较难

  故障点数量 最少 较多

  轴承油封更换 频率 极低 高

  维护难易度 只需要钳工对永磁机械设备进 行维护,操作简单,维护检修时 间短,人员要求低。 需要电气专业工程师对变频设 备进行检查,由于变频器电气 元件和设备复杂,所需人员要

  求和时间也较高。

  通过对比可以看出,永磁调速技术在效率、调节精度和响应速度三个方

  面略比变频差,其余方面都是要比变频调速有优势。

  3 永磁调速和变频调速的经济对比

  以某发电厂每台机组配两台50%的凝结水泵,对两种调速方式在造价、安装调试、运营和维护费用进行经济性比较,见下表:

  凝结水泵永磁调速和变频调速经济对比

  项目 永磁调速 变频器调速

  凝结水泵 扬程300mH2O,流量600m3/h, 电机功率650kW,电压等级6kV

  造价 调速器价格 进口设备:108 万元/台 进口设备:130 万元/台

  材料配件 1万元 8万元(变频电缆5万元,制冷空调3万元)

  数量 2 1

  附属厂房造价 无附属厂房 变频室(4*9M):10.8万元

  小计

  217万元 进口设备:148.8万元

  运营成本 纯机械结构 制冷系统年耗能(5.6%):12.74万元/年

  维护成本 润滑油脂等维护:0.2万元/年 ??樗鸹蹈坏?万元/年

  总体来说, 无论从初投资还是后续运营及维护,凝结水泵采用永磁较进口变频调速造价要经济。

  4 结束语

  通过分析可知,相比于变频调速技术,永磁调速在传递效率、调节精度和响应速度方面略低于变频调速,但在泵组的安装、调试、检修方面,要比变频简单、方便,在使用寿命、运行环境适应性、泵组减震降噪、软启动、过载?;?、对电网谐波影响等方面的性能,都要优于变频调速;经济方面,永磁设备现阶段都依赖于进口,设备价格昂贵,工程初期投资要高于进口变频设备,如果考虑到设备寿命,永磁调速的初期投资比变频调速的投资低,并且运行成本比变频节省,所以总体来讲,永磁调速相比于进口变频调速装置要更经济。

  总之,永磁调速是一种技术先进的新型节能调节技术,为电动机的调速节能提供了一种新的选择。目前,该技术在国内应用时间还比较短,随着产品的应用,运行可靠性得到充分证明后,将会有广阔的应用前景。

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