永磁耦合技术原理说明与应用讲解

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1、永磁耦合与调速技术 原理说明与应用 2 价值主张 安全: 创新、无机械连结之永磁耦合技 术,无谐波 可靠: 结构简单之机械设备,无容易劣 变之电子器件 最高投资效益: 维护保养简易,寿命长 ,延长设备使用寿命 3 永磁耦合技术 无机械连结的创新扭矩传动技术 4 磁鐵磁鐵 vs. vs. 銅銅 的反應的反應 5 愣次定律 (Lenzs Law)： 当磁铁棒N极接近导体板时，在导体上会产生一N极磁场来抵抗磁棒N极接 近的，在导体板上之磁场由一逆时针方向的感应电流(涡电流)所产生，如 图(一)所示，此现象称为愣次定律。同理当磁铁棒N 极平行于导体方向板 移动时，在导体板上会产生抵抗磁铁棒N极前进的磁

2、场、在导体板上会产 生两个磁场方向相反的磁场，在磁铁棒N极前进的前方产生N极磁场抵抗 磁铁棒前进，磁铁棒N极前进的后方产生S 极磁场抵抗磁铁棒前进，如图( 二)所示。而且当磁铁棒愈靠近导体板时，导体板上抵抗磁铁棒相对运动 的力量愈大。 6 磁力 線 N S 銅 導 體 当磁力线通过铜导体，静止时不会有作用 当两者有相对运动，磁力线在导体中移动 产生感应涡电流(Eddy Current)，进而在 铜导体上产生感应磁场，而产生扭距 越靠近时磁力线密度越密集，产生效应越 强， 扭距越大; 相对运动越快，效应越 强，产生扭距越大（转差越大，扭距越大 ） 相对运动越大，两者感应同极磁场越强， 产生互相排

3、斥的力量 (磁悬浮效应) 永磁耦合技术 7 S NS SN 上視側視 感應磁極 導体盤上的 渦電流 Eddy Current SN 8 NS SN NS SN 氣隙 大 氣隙 小 導体盤內 渦電流越強 氣隙越小磁偶越強 9 NS SN 氣隙越小, 相對速度越大 磁偶與扭力越強 NS SN 導体盤 速度1 導体盤 速度2 10 NN S S N N N N SS S S 永磁轉子裝有偶數量的永磁体 永磁体之磁極交替排列 永磁轉子面向導体盤, 每個永 磁体發揮最大磁偶感應作用 磁偶感應作用如前幾張投影片 所述 永磁轉子 11 SN N S NS S N 三個力量 作用在 永磁体上 1. 遠離端渦電

4、流產生的磁偶 拉力 2. 永磁体與鋼盤間的磁力 吸力 3. 靠近端渦電流產生的磁偶 推力 轉動方向 鋼盤 12 Y Y XX 1 2 3 X 方向的力量 = 產生扭矩的力量 永磁体數量 = X, 則 (F1X + F3X) Y 方向的力量 = 互相吸引或排斥(推開)的力量 永磁体數量 X , 則 (F1X + F2X - F3X) 轉差大到某程度時會導致 F3X (F1X + F2X) 永磁轉子會推開導体盤,此效應是: 延遲型偶合器 (MGD) 與 限制扭矩型偶合器 (MGTL) 的基本原理 三個力量 作用在 永磁体上 1. 遠離端渦電流產生的磁偶 拉力 2. 永磁体與鋼盤間的磁力 吸力 3.

5、 靠近端渦電流產生的磁偶 推力 13 電機軸負載軸 導体盤 永磁体 氣隙 14 FGC 產品線 功率上限到3,700KW 可應用於變扭矩與定扭矩的場合 可以傳動較高的啟動扭矩 良好的緩衝啟動特性 15 負載HUB 電機HUB 安裝導體的鋼盤 銅導體銅導體 安裝導體的鋼盤 鋁磁體轉子 磁體 氣隙 氣隙保持器 縮緊盤 縮緊盤 MGD 16 除具備FGC同樣優點外還有： 啟動時，將氣隙從3mm增加到4.8mm 氣隙增大減小了50%的啟動扭矩，因而具備 平滑啟動能力 MGD在耦合器內部建立了部分斷開的特性 ，在負載堵轉時，能保護電機和系統 在高扭矩發生時，因產生過度滑移而產生排 斥力使磁片與銅盤分開，

6、減少扭矩的傳輸 該排斥力分開電機與負載，當電機停機後自 動復位 MGD 產品線 17 負載HUB電機HUB 安裝導體的鋼盤 銅導體銅導體 安裝導體的鋼盤 鋁磁體轉子 磁體 氣隙 氣隙保持器 縮緊盤 縮緊盤 MGTL 18 具備MGD的所有特性 MGTL具備超載完全分離的特性 當高扭矩發生時，因為過度滑移 產生排斥磁力 排斥力能完全分斷電機與負載， 實現超載系統保護功能 電機停機後自動復位 MGTL 產品線 19 MGTLMGTL 演釋自動保護演釋自動保護 20 永磁耦合器的優點: 自動過載(過扭矩)保護 無須精準對中 有效降低振動 增加可靠度 免維護 緩衝啟動 節能 21 转速百分比 扭矩百分

7、比 扭矩 vs. 转速 应用范围 最高扭矩 转差 22 永磁耦合器启动特性与节能 最大启动电流百分比 时间 (秒) 转差率 节能率 传统联结 永磁耦合 23 真是如此吗? 请参考以下分析 如一台90KW电机的泵， 在转速1485rpm下工作7小时，能满足流量总需求， 我们将转速调至1337rpm (90%)，单位流量减少10， 要输送同等流量，时间需增加11。 在全转速时7小时用电量为907630千瓦小时， 在90%转速运行时，用电量为90(0.9)37(1.11)510千瓦小时，节 能19。 简单说, 转速降低10%, 运转时间增加10% 可以节能 19%! 要做这样的改变不需上变频器, 不

8、需上永磁调速器, 只需上永磁耦合器即可实现 储运部使用泵系统应用状况是 每天打几小时, 每次全负荷运转, 所以无调速节能空间 ? 24 化工部某泵系统应用状况是 每天连续运转, 无流量控制需求, 无调速节能空间? 真是如此吗? 泵的出口阀们是否全开? 如一台100KW电机的泵，在转速1485rpm下连续工作，为 符合实际流量与压力需求出口阀门保持在80%的开度 我们将出口阀们全开, 转速约可调降至1337rpm (90%)，即 可符合工艺需求的流量。 在全转速时24小时用电量为100242400千瓦小时， 在90% 转速运行时，用电量为100(0.9)3241750千瓦小 时，节能27。 简单

9、说, 转速降低10%, 可以节能 27%! 要做这样的改变不需上变频器, 不需上永磁调速器, 只需上 永磁耦合器即可实现 25 永磁调速技术 安全安全 可靠可靠 最高投资效益最高投资效益 26 Motor Load 氣隙 銅或鋁導体盤 永磁体 27 28 29 转速百分比 扭距百分比 n电机的扭力转速曲线 30 n 离心设备的扭力-转速曲线 扭矩 (T)=5250xHP/转速(扭矩 :lb-ft) 转动惯性 (WR2)=Wx(D/36)2x1.33 (转动惯性:lb-ft2) 转速百分比 扭距百分比 31 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 扭矩百分比 转速百分比

10、 转差 电机是靠转差产生所需 扭矩来带动负载 负载所需扭矩决定电机 的转差 电机的输出功率视负载 需求来决定，所需扭矩 越大输出功率越大。 功率 = 扭矩 x 转速 32 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 扭矩百分比 转速百分比 永磁耦合技术也是靠转差 产生所需扭矩来带动负载 负载所需扭矩决定永磁耦 合器的转差 改变永磁耦合器的气隙, 获得不同扭矩特性曲线, 改变传递的扭矩并获得不 同转差 (控制输出转速)。 气隙放大后, 传递不同扭矩 , 获得不同转 速 33 氣隙 1 = 最小氣隙 氣隙 2 = 最大氣隙 扭矩經氣隙傳遞 (無機械連結) 氣隙越小傳遞扭矩越大

11、 輸出轉速 轉速(rpm) 1 轉速(rpm) 2 傳遞的功率 功率(KW) 1 功率(KW) 2 34 氣隙 1 = 最小氣隙 氣隙 2 = 放大後之氣隙 增加或減少氣隙墊片 可以放大或減小氣隙 扭矩經氣隙傳遞 (無機械連結) 氣隙越小傳遞扭矩越大 輸出轉速 轉速(rpm) 1 轉速(rpm) 2 傳遞的功率 功率(KW) 1 功率(KW) 2 35 调速节能原理调速节能原理 36 调速节能的原理：离心负载符合比例定律(Affinity Law) (與轉速成正比) (與轉速平方成正比) (與轉速三次方成正比 ) 流量減少 20% 壓力降低 36% 能耗減少 49% 轉速降低 20% 37 Q

12、QP H HP 實際需求流量 設計選泵 採購規格 (Q) x (H) x (Sp.Gr.) Pump 功率 = (K) x (Eff.) 調降轉速 節省的 能耗 關閥所增 加的阻力 n n 变速调节系统变速调节系统 38 39 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

13、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 (功率 = 扭矩 x 转速) 所以电机输出功率 P1/P2 = (n1/n2)2 40 電機扭矩M 電機所輸出的扭矩 負載扭矩L 負載在特定轉速, 流量, 壓力下所需扭矩 = Motor Load 負載扭矩L電機扭矩M 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 (功率 = 扭矩 x 转速) 所以电机输出功率 P1/P2 = (n1/n2)2 41 BHP x1 (n2/n1)2x 0.98 42 變頻器的故障

14、率隨溫度升高而成指數的上升。使用壽命隨溫度升高而成 指數的下降。環境溫度升高10度，變頻器使用壽命減半。因此，散熱問題 很重要。 要將上述所產生的熱量帶走，則變頻器必需的卻系統所消耗之電約 為被應用之設備所需消耗之電約10%；舉個例：若是在200kW運轉，則 所需的空調耗能約為20kW左右。 43 技术 独立效率 (不含附属设备) 总系统效率 潜在的损失描述 液力耦合器 65% - 75%60% - 65% 根据相似定理节能 能源损失来源：滑差, 液压油黏度，摩差， 循环油泵，冷却系统 变频器 90% - 98%80% - 88% 根据相似定理节能 能源损失来源：附属 设备,散热,諧波及降 低

15、功因 永磁调速器 PMD 85% - 90%80% - 85% 根据相似定理节能 能源损失来源：滑差, ,散热冷却系统 各种节能技术全系统效率比较 (转速比 80-90%) 44 永磁调速器的应用 45 Motor Load 空冷-水平, 直接聯結式 46 空冷-水平, 直接聯結式 47 Load Load Motor 較細的軸 可能引起振動 空冷-水平, 剛性基座或支撐軸 48 Load Motor 支撐永磁轉子的重量 空冷-水平, 剛性基座或支撐軸 49 Motor Load 剛性基座 空冷-水平, 剛性基座或支撐軸 50 空冷-水平, 剛性基座或支撐軸 51 空冷-水平, 剛性基座或支撐軸 52 立式泵與立式電機專用 可是需要搭配所需推力 軸承與防逆轉裝置 附電機安裝托盤 直立安裝套件 53 立式透平泵 立式泵出水頭 電機 54 PMD 電動執行器 推力軸承 立式透平泵 55 56 水冷型永磁調速器 適用高功率大型水泵或風機, 已成 功應用於水廠, 水處理廠, 煉油, 石 化, 鋼鐵, 煤碳, 火力電廠 可臥式與立式安裝 現有1000, 2500及4000型, 最高 功率可達 3000KW 6000型 (4500KW) 正在開發中