永磁渦流調(diào)速技術(shù)在風機水泵調(diào)速中的適用性分析

漆復(fù)興

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永磁渦流調(diào)速技術(shù)在風機水泵調(diào)速中的適用性分析

漆復(fù)興

（江蘇磁谷科技股份有限公司，江蘇鎮(zhèn)江 212009）

本文分析了永磁渦流調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在風機水泵類負載中，滑差功率損耗與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。推導(dǎo)出永磁渦流調(diào)速裝置嚙合長度與臨界轉(zhuǎn)差率、最大轉(zhuǎn)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(diào)速傳動裝置的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線，得出了永磁渦流調(diào)速裝置使用時會產(chǎn)生轉(zhuǎn)速突變，傳遞的轉(zhuǎn)矩不能滿足風機水泵負載的要求。

永磁渦流 調(diào)速 滑差功率 轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線 轉(zhuǎn)速突變

0 引言

永磁渦流調(diào)速技術(shù)是最近十幾年來興起的一種傳動技術(shù)，該產(chǎn)品的典型代表為來自于美國的麥格納公司（MagnaDrive），產(chǎn)品由永磁轉(zhuǎn)子、導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成，其工作原理為：由原動機驅(qū)動導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場中切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)渦流，進而產(chǎn)生感應(yīng)磁場，該磁場與永磁轉(zhuǎn)子磁場相互作用驅(qū)動負載，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞[1]。其調(diào)速原理如圖1：永磁體按N、S極交替布置，導(dǎo)電體通常為紫銅。通過執(zhí)行機構(gòu)來調(diào)節(jié)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子的左右移動來調(diào)節(jié)嚙合長度δ，從而改變兩轉(zhuǎn)子間傳遞轉(zhuǎn)矩的大小來達到調(diào)速的目的。

圖1 調(diào)速原理圖

1-永磁轉(zhuǎn)子；2-永磁體；3-導(dǎo)電體；4-導(dǎo)體轉(zhuǎn)子；5-輸出軸；6-輸入軸；

1 永磁渦流調(diào)速技術(shù)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(xué)里轉(zhuǎn)差率s為：

則式（3）可變換為：

則對應(yīng)極值點的解有兩個：=0；= 2/3

也就是說，永磁渦流調(diào)速裝置應(yīng)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(xiàn)在額定轉(zhuǎn)速的2/3處。

2 永磁渦流調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在風機水泵類負載中轉(zhuǎn)速突變的分析

2.1 函數(shù)分析

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

對于臨界轉(zhuǎn)差率s，從式（13）可以看出影響其大小的因素是導(dǎo)體轉(zhuǎn)子的電阻1、以及電抗X，當圖1裝置調(diào)節(jié)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(fā)生改變。

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

2.2 圖表分析

永磁渦流調(diào)速傳動裝置的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性曲線如圖2所示。

圖2 調(diào)速傳動裝置的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線

圖2中，橫座標為輸出軸的轉(zhuǎn)速，縱座標為傳遞的轉(zhuǎn)矩。假定輸入軸的轉(zhuǎn)速為1=1485r/min，永磁渦流調(diào)速傳動裝置有一個臨界轉(zhuǎn)差率s、最大轉(zhuǎn)矩點T和起動轉(zhuǎn)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(diào)速時轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)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(diào)速傳動裝置的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線還有兩個交點A和B，這就是導(dǎo)致永磁渦流調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在風機水泵類負載中產(chǎn)生轉(zhuǎn)速突變的原因。

如圖4所示，是通過執(zhí)行機構(gòu)減小兩轉(zhuǎn)子的嚙合長度δ時的曲線（調(diào)速狀態(tài)）：

圖4 調(diào)速時轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速及風機水泵負載曲線

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

3 結(jié)語

雖然永磁渦流調(diào)速技術(shù)的調(diào)速效率不高，但在風機水泵類負載中應(yīng)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(yīng)用，同時還需注意，設(shè)計時要根據(jù)調(diào)速范圍將臨界轉(zhuǎn)差率s的值設(shè)計大一些，千萬不能讓調(diào)速裝置過了臨界轉(zhuǎn)差點來工作。

[1] 張宏. 新型節(jié)能調(diào)速設(shè)備永磁磁力耦合調(diào)速器的原理及應(yīng)用[J]. 中國電力教育. 2009: 552-553.

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

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[5] 王秀和. 異步起動永磁同步電動機—理論、設(shè)計與測試[M]. 機械工業(yè)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(fù)興（1965-），男，高級工程師。研究方向：電機設(shè)計。E-mail: 13871110369@163.com