9 绕组式永磁耦合调速器技术
一、技术名称:绕组式永磁耦合调速器技术
二、技术类别:减碳技术
三、所属领域及适用范围:机械行业 电机控制节电领域 适用于各行 业风机、压缩机、水泵等动力源节电或控制等
四、该技术应用现状及产业化情况
风机、水泵等电机驱动设备是我国工业领域的常用装备,用电约 占工业领域总电耗的75%。我国电机驱动设备运行效率比国外先进水 平低10~20%,每年电能浪费极其严重。但由于变频设备价格昂贵、操 作复杂和谐波污染等问题,目前很多风机、泵类负载仍采用挡板或阀 门的机械节流方式来调节风量或流量,系统调节方式落后。绕组式永 磁耦合调速器是一种新型调速技术,与变频调速技术相比,在较小负 载率(较大调速范围)工况下综合节电效率可维持在96%以上,节电率 比变频调速提高30%左右;在较大负载率(较小调速范围)工况下综合 节电性比变频技术提高2%~4%,并且几乎不产生谐波等二次电磁污染。 目前,该技术已在钢铁、电力、化工、水泥等行业的多个项目中成功应 用,并取得显著的经济、社会与环境效益。
五、技术内容
1.技术原理
绕组式永磁耦合调速器是一种转差调速装置,由本体和控制器两部分组成。本体上有两个轴,分别装有永磁磁铁和线圈绕组。驱动电机 与绕组永磁调速装置连在一起带动其永磁转子旋转产生旋转磁场,绕组切割旋转磁场磁力线产生感应电流,进而产生感应磁场。该感应磁场与旋转磁场相互作用传递转矩,通过控制器控制绕组转子的电流大 小来控制其传递转矩的大小以适应转速要求,实现调速功能,同时将 转差功率引出再利用,不仅可解决转差损耗带来的温升问题,而且可 实现电机高效运行。
2.关键技术
(1)电机的离合与调速技术
绕组接通,则形成电流回路,绕组中电流产生电磁场与原永磁场相互作用传递扭矩(离合器合);绕组断开,绕组中无电流不传递扭矩(离合器离),此离合器无机械动作、无摩擦磨损。通过控制绕组中感 应电流大小,可控制传递扭矩大小,既可实现软起功能,又能达到调速目的。
(2)转差功率回馈技术
通过将绕组中产生的转差功率引入反馈回供电端,既可实现电能的回收,又能保证绕组温升始终处于电机正常工作的温升。对短时间 软起调速或小功率的传动,可将引出的转差功率消耗在控制柜内的电阻上。
3.工艺流程
(1)设备原理图
(2)结构(简)图
六、主要技术指标
1.功率范围:1.5kW~5000kW;
2.配套电机极数:2、4、6、8、10、12 等;
3.调速范围:0~99%;
4.振动:≤2.8mm/s;
5.效率:96%~98%;
6.各类节能方式比较:在低转速(流量)工况时,绕组永磁节电效 果与其它方式比较节电优势尤为明显。例如:在转速 50%时,绕 组永磁比变频设备节电高 20%~30%。
七、技术鉴定及获奖情况
该技术已获得国家发明专利 3 项,实用新型专利 10 项,国际 PCT 发明专利 3 项。2016 年,该技术入选国家发改委《国家重点节能技术 推广目录》;2017 年,该技术通过中国工业节能与清洁生产协会组织的 技术成果鉴定,并被列入国家工信部《国家工业节能技术装备推荐目 录(2017)》及《全国工业领域电力需求侧管理第三批参考产品(技术) 目录》;2018 年,“沙钢 2500kW 除尘风机的绕组永磁耦合调速技术改 造”项目入选国家节能中心《重点节能技术应用典型案例(2017)》、国家发改委《中国节能双十佳目录》;2019 年,沙钢节能改造案例入选G20 组织《国际节能双十佳目录》;2020 年,绕组永磁耦合调速器产品 入选《全国工业领域电力需求侧管理第三批参考产品(技术)目录》。
八、典型用户及投资效益
典型用户:沙钢集团、山西建邦钢铁、秦皇岛鸿兴钢铁、铜陵旋力 特钢、杭锦集团萧山电厂、中石化齐鲁石化、镇江索普集团、鸳鸯湖电厂等
典型案例 1
案例名称:江西新余钢铁公司烧结厂 6#、7#、8#环脱硫风机绕组永磁改造项目
建设规模:3 台 630kW 绕组式永磁耦合调速器改造。建设条件: 烧结厂 6#、7#、8#环脱硫风机。主要技改内容:烧结厂 6#、7#、8#环 脱硫风机节能改造,新增 3 台 630kW 永磁耦合调速器取代原有刚性联 轴器。项目技改投资额 268 万元,建设期 3 个月。年碳减排量为 3480tCO2, 碳减排成本为 30~50 元/tCO2。年经济效益为 264 万元,投资回收期约12 个月。
典型案例 2
案例名称:连云港晨兴环保产业有限公司 3#炉引风机、一次风机 绕组永磁节能改造项目
建设规模:2 台绕组式永磁耦合调速器(1120kW、800kW 各 1 台)。 建设条件:连云港晨兴环保 3#炉引风机及一次风机系统。主要建设内 容:3#炉引风机、一次风机节能改造,新增 2 台永磁耦合调速器。节 能技改投资额 220 万元,建设期 2 个月。年碳减排量1330tCO2,碳减排成本为 70~90 元/tCO2。年经济效益 120 万元,投资回收期约 22 个月。
九、推广前景和减排潜力
绕组式永磁耦合调速器与液力耦合调速器及涡流永磁耦合调速器 都属转差类调速器(只调负载转速,电机不调速),转差类调速器都存 在转差损耗,转差损耗通常都表现为设备本体温升。绕组式永磁耦合 调速器可将此转差损耗转化为电能进行再利用,不仅可彻底解决设备 温升问题,而且更加节电,因此在调速设备领域将具有较大的推广潜 力。预计未来五年,该技术的推广比例将能达到 5%,累计投资达 9 亿 元,可形成的年碳减排能力 130 万 tCO2。
由武汉节能协会办公室整理