永磁渦流調速技術在風機水泵調速中的適用性分析

漆復興

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永磁渦流調速技術在風機水泵調速中的適用性分析

漆復興

（江蘇磁谷科技股份有限公司，江蘇鎮江 212009）

本文分析了永磁渦流調速技術應用在風機水泵類負載中，滑差功率損耗與轉速的關系。推導出永磁渦流調速裝置嚙合長度與臨界轉差率、最大轉矩的公式。通過對比分析風機水泵類負載的特性曲線與永磁渦流調速傳動裝置的轉矩-轉速特性曲線，得出了永磁渦流調速裝置使用時會產生轉速突變，傳遞的轉矩不能滿足風機水泵負載的要求。

永磁渦流 調速 滑差功率 轉矩-轉速特性曲線 轉速突變

0 引言

永磁渦流調速技術是最近十幾年來興起的一種傳動技術，該產品的典型代表為來自于美國的麥格納公司（MagnaDrive），產品由永磁轉子、導體轉子和執行機構構成，其工作原理為：由原動機驅動導體轉子在永磁轉子產生的磁場中切割磁力線產生感應渦流，進而產生感應磁場，該磁場與永磁轉子磁場相互作用驅動負載，從而實現轉矩的傳遞[1]。其調速原理如圖1：永磁體按N、S極交替布置，導電體通常為紫銅。通過執行機構來調節導體轉子的左右移動來調節嚙合長度δ，從而改變兩轉子間傳遞轉矩的大小來達到調速的目的。

圖1 調速原理圖

1-永磁轉子；2-永磁體；3-導電體；4-導體轉子；5-輸出軸；6-輸入軸；

1 永磁渦流調速技術存在滑差功率損耗

輸入軸的軸功率為：

輸出軸的軸功率為：

引入電機學里轉差率s為：

則式（3）可變換為：

則對應極值點的解有兩個：=0；= 2/3

也就是說，永磁渦流調速裝置應用在風機水泵類負載中，其最大滑差功率損耗為額定功率的0.14815，且出現在額定轉速的2/3處。

2 永磁渦流調速技術應用在風機水泵類負載中轉速突變的分析

2.1 函數分析

通常，永磁渦流調速裝置為隱極設計，可以認為X=X，則式（11）和式（12）可簡化為：

對于臨界轉差率s，從式（13）可以看出影響其大小的因素是導體轉子的電阻1、以及電抗X，當圖1裝置調節嚙合長度時，1和X同步變大或變小，R/X的比值是恒定的，因此s的值不會發生改變。

對于最大轉矩T，可以看出，其大小主要與空載電動勢0有關，且與02成正比，而0與永磁體產生的每極磁通成正比。減小導致下降，因而最大轉矩T也變小。

2.2 圖表分析

永磁渦流調速傳動裝置的轉矩—轉速特性曲線如圖2所示。

圖2 調速傳動裝置的轉矩-轉速特性曲線

圖2中，橫座標為輸出軸的轉速，縱座標為傳遞的轉矩。假定輸入軸的轉速為1=1485r/min，永磁渦流調速傳動裝置有一個臨界轉差率s、最大轉矩點T和起動轉矩點。

在圖2中增加了風機水泵負載的特性曲線如圖3所示：

圖3 調速時轉矩轉速及風機水泵負載曲線

另外圖3中，除了工作點外，風機水泵類負載的特性曲線與永磁渦流調速傳動裝置的轉矩-轉速特性曲線還有兩個交點A和B，這就是導致永磁渦流調速技術應用在風機水泵類負載中產生轉速突變的原因。

如圖4所示，是通過執行機構減小兩轉子的嚙合長度δ時的曲線（調速狀態）：

圖4 調速時轉矩-轉速及風機水泵負載曲線

圖4中，調小后工作點在C點，相比圖3的工作點，轉速略有下降，此時系統仍是處于穩定運行狀態，可以看出，當再減小嚙合長度δ，輸出轉矩下降后，則轉速會迅速滑到D點，產生轉速突變，C點到D點的區間，永磁渦流調速裝置傳遞的轉矩不能滿足風機水泵轉矩的要求，直到在D點形成新的轉矩平衡，達到穩定運行狀態。

3 結語

雖然永磁渦流調速技術的調速效率不高，但在風機水泵類負載中應用，其損耗只占額定功率的0.14815，只要做好充分有效的散熱處理，還是可以得到很好的應用，同時還需注意，設計時要根據調速范圍將臨界轉差率s的值設計大一些，千萬不能讓調速裝置過了臨界轉差點來工作。

[1] 張宏. 新型節能調速設備永磁磁力耦合調速器的原理及應用[J]. 中國電力教育. 2009: 552-553.

[2] 閻德志. 一種調速型液力偶合器傳遞功率的能力和效率的計算方法[J]. 發電設備. 2005(4).

[3] 段曉偉, 王向東. 大功率風機水泵調速節能方法對比分析[J]. 節能, 2012(5): 28-31.

[4] 徐甫榮. 大功率風機水泵調速節能運行的技術經濟分析[J]. 電源技術應用, 2001(2): 654-656.

[5] 王秀和. 異步起動永磁同步電動機—理論、設計與測試[M]. 機械工業出版社,2009.

Applicability Analysis of Permanent Magnet Eddy Current Speed Regulation Technology in Fan and Pump Speed Regulation

Qi Fuxing

(Jiangsu Magnet Valley Technology Co., Ltd, Jiangsu 212009, Zhenjiang, China)

TM612

A

1003-4862（2019）05-0007-03

2018-04-19

漆復興（1965-），男，高級工程師。研究方向：電機設計。E-mail: 13871110369@163.com