永磁调速器在水泵系统中的应用及节能分析

对永磁调速技术用于离心式水泵的分析摘要：永磁调速技术作为先进、可靠性高的新型调速节能技术，在近年来得到广泛应用。

本文将对永磁调速技术的原理与主要结构进行讨论，在此技术上对比永磁调速器和变频器，主要从投资费用、节能效率与运行费用 3 方面进行分析。

最后分析永磁调速改造的应用与节能效果。

离心式水泵在各个工业领域应用广泛，总体来看，水泵每年的耗电量几乎达到了整个工业耗电的 30% 左右。

我国目前采用的离心式水泵运行效率偏低，但又是生产活动中必不可少的一部分，因此有必要对其进行改造。

近年来永磁调速技术越来越成熟，将永磁调速技术应用在离心式水泵中可以实现良好节能效果。

1. 永磁调速技术原理与结构企业以往在进行水泵选择时多考虑最大设计流量与设计扬程两个参数。

然而在真实的生产活动中，水泵在大部分情况下出水量是小于最大设计流量的，从离心式水泵的运行特性曲线不难发现，当流量降低时，扬程将会提高，这就导致恒定转速的水泵会出现扬程过剩的情况，进而导致部分能量白白损耗。

为了解决这一问题，永磁调速技术应运而生。

永磁调速技术主要通过永磁调速驱动器实现，其由铜转子、控制机构以及永磁转子共同构成。

将铜转子固定于电动机轴上，永磁转子固定在负载轴上，二者实现相对运动，根据电磁感应原理产生扭矩。

可以简单地通过调节永磁体与铜导体二者之间的气隙实现转矩大小的控制，进而准确控制负载转速。

永磁调速技术可以实现在不牺牲流量和扬程条件的情况下，使能耗最小化。

对于水泵的负载特性而言，流量和转速成正比，压力和转速平方成正比，轴功率和转速 3 次方成正比。

由于永磁调速驱动器能够通过负载转速控制，完成离心式水泵压力连续控制，离心式泵的扬程和转速平方呈正比，功率和转速 3 次方成正比，所以当电动机转速保持一定值时，调节水泵转速下降，输出流量按比例降低，电动机功率快速减少，进而有节能效果。

2. 永磁调速器与变频器对比永磁调速与变频调速、液力耦合调速相比在使用寿命更长，维护时间短，容易查找故障。

火电厂闭式水泵的永磁调速器节能改造分析永磁调速器为磁力非接触性的软联接，它具有高效节能、高可靠性、可在恶劣环境下应用、减少系统维护和延长系统使用寿命等特点，是风机及泵类设备节能技术改造的首选。

徐矿电厂分别对每台机组的一台闭式水泵进了永磁调速器的改造。

改造后电机电流下降明显，节电率较高。

标签：永磁调速；闭式水泵；节能；改造0 引言江苏徐矿综合利用发电厂（简称徐矿电厂）为2台330MW循环流化床机组。

每台机组为辅机配备了2台闭式水泵以提高冷却水，正常运行时，一运一备。

但由于系统的设计冗余要求，加上水泵的运行流量需求随机组负荷和季节气温的变化而变化，特别是在我厂锅炉引风机由液力耦合器调节技改为变频器调节后，导致其减少了一个重要用户，使闭式水泵具有了更大的余量空间。

改造前，闭式水泵全出力运行，当水温变化时，其各用户调门开度也跟随变化，致使系统压力产生较大变化，为保证系统压力的稳定，通过调节再循环阀门的开度来控制通过各用户的水量大小。

此时，闭式水泵一直满负荷运行，而其中一部分出水被再循环，导致一定程度的做功浪费。

由此，为了降低厂用电率，减少发电成本，徐矿电厂通过深入调研后，对闭式水泵进行了加装永磁调速器的技术改造。

1 永磁调速器系统构成与工作原理永磁驱动技术是采用永磁调速器替代原有的联轴器，把原来的硬联接改为磁力非接触性的软联接。

它具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩、可在恶劣环境下应用、极大减少整体系统振动、减少系统维护和延长系统使用寿命等特点。

尤其是其不产生高次谐波，且在低速运行下不造成电机发热的优良调速特性更使其成为风机及泵类设备节能技术改造的首选。

永磁调速器是透过气隙传递转矩的传动设备。

电机与负载设备转轴之间无需机械连结，电机旋转时带动导磁盘在装有强力稀土磁铁的磁盘所产生的强磁场中切割磁力线，因而在导磁盘中产生涡电流，该涡电流在导磁盘上产生反感磁场，拉动导磁盘与磁盘的相对运动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。

电厂凝结水泵永磁及变频调速方式综合对比分析凝结水泵是发电厂重要的辅机，本研究通过对永磁调速与变频调速的凝结水泵运行特性进行比较，分析了两种技术路线的节能效果、经济性、可靠性以及对厂用电的影响等方面进行了详细的对比，认为永磁调速装置较变频调速装置经济性更高，具有更广阔的推广前景。

标签：永磁调速；变频调速；凝结水泵电厂是能源转换大户，同时也是耗能大户。

凝结水泵作为发电厂的重要辅机之一，凝结水泵的节能改造能够顺应电厂节能、降低厂用电消耗的需求，为电厂的节能开展奠定了基础。

1.永磁调速机构1.1永磁调速机构简述电厂一期1号、2号机组共2台，每台机组配置两台100%容量的凝泵，同时凝泵增加了永磁调速机构；另2台凝泵工频作为备泵运行，该永磁调速机构厂家为麦格钠公司，为老式水冷永磁调速机构，冷却水使用闭式水，凝泵电机型号为YLKS630-4，功率2000kW，额定电流218.5A，水泵的功率为1715kW，额定流量为1628m3/h，额定全压为329m，工作效率0.85，于2009年5月加装并调试完成。

该2台永磁调速机构运行至今已8年，其中返厂维修2次，厂家人员现场维修3次，主要更换的部件有导磁体盘（铝盘更换为铜盘）、各密封垫、气隙调整机构（该机构传动轴磨损严重导致更换）等。

永磁调速机构结构如图1所示[1]。

永磁转子：镶有永磁体的铝盘，与负载轴连接导磁转子：导磁体盘（铜或铝），与电机轴连接气隙执行机构：调整磁盘与导磁盘之间气隙的机构转轴连接壳与紧缩盘：以紧缩盘装置与电机及负载轴连结。

1.2永磁调速机构控制模式简述通过对调速过程中的压力、流量、液位或其它过程控制信号的接受，将这些信号反馈到执行器，通过执行器调整气隙，从而调整负载速度以满足控制要求。

其结构如图2所示。

1.3永磁调速机构节能计算1.3.1凝泵实际运行情况原凝泵設备运转时，为了保证负荷最大时水泵系统满足输出要求，凝泵电机按系统的最大输出能力配备；而实际运行时，凝泵大部分时间不在满负荷情况下运行，而是根据负载的实际需要，通过流量控制阀门来实现流量控制，以满足生产过程的需要。

关于永磁调速在船舶中的应用船舶主机降速运行，永磁调速节能技术为船舶主机冷却水泵节能带来新模式。

目前，国际航运市场低迷，受燃油价格、低航速经济性、碳排放等因素的影响，为了降低船舶运行总成本，许多在运船舶普遍采用主机降速的运行方式，但主机降速运行，意味着主机冷却水泵冷却水需求量降低，势必对冷却水泵电机进行降速节能。

而如何实现船舶主机冷却水泵的降速节能目标，是摆在各船东眼前的一道重要课题。

首先，让我们先来了解一下船舶主机的冷却水泵（离心式海水泵、淡水泵），船舶主机冷却水泵通常以电机作为原动机，它是船舶上耗能较多的设备。

冷却水泵在工作中往往根据需要随时调节排量，这就需要对冷却水泵的工况点进行调节。

一、船舶主机冷却水泵的工况点调节方式现状分析1.旁通调节法设置旁通管路与主管路并联工作，用改变旁通阀门的开度来改变旁通管路的流量，以调节泵的主管路排量。

2.节流调节法冷却水泵定速运行时，改变排出阀门的开度，以改变泵的工况点，实现调节泵的排量的目的。

3.变速调节法（变频调节较多）采用可变速的原动机，改变泵的特性，实现排量和压头的调节，从而控制船舶主机冷却水泵的流量。

上述三种调节方法中，前两种方法有相当多的能量损失在旁通管路和排出阀开度减小后的节流损失上，其经济性较差。

而变速调节法，不仅具有较宽的调节范围，同时节省了功率，使泵的运行效率保持很高。

二、变频调节技术在船舶主机冷却水泵节能调速中存在的问题分析以第三种调节方法为例，结合目前各船舶主机冷却水泵原动机配置现状，已经加装了变频装置的主机冷却水泵，采用变频降频的方式降低主机冷却水泵驱动电机的运行转速，从而降低冷却水的需求量，但存在以下问题：1.电磁谐波干扰大变频器在工作时往往产生很多的干扰电磁波，这些电磁波如果不采取适当的防范措施，将会影响仪表和仪器的正常工作，而且对无线电通导设备的工作会有干扰。

2.环境温度和工作温度要求高变频器内部的功率电力电子元件要求有合适的工作温度，一般要求为55℃以下，并且要考虑留有余地，以确保其工作安全、可靠。

周 阳，王 颖，商丽娜(国电谏壁发电厂，江苏 镇江 212006)电厂工业水泵永磁调速改造分析〔摘 要〕 针对某电厂工业水泵能耗问题，介绍了永磁调速器的工作原理、技术特点以及其在该电厂11号工业水泵系统上的安装和调试工作。

改造后，采用“电机+负载调节器+水泵”的系统布置，具有运行能耗小、稳定性高的优点。

〔关键词〕 永磁调速器；工业水泵；节能；安装调试导体中产生涡流，进而产生感应磁场，与永磁体的磁场交互作用，从而实现扭矩传递。

调速机构在运行过程中可通过调节永磁组件和导体组件的相对位置，改变2者之间耦合的有效部分，来改变2者之间传递的扭矩。

永磁调速器的主要结构部件为：永磁转子组件(连接于负载侧)；导体转子组件(连接于电机侧)；调速机构。

其结构示意如图1所示。

使用永磁调速器能实现电动机和负载之间无接触式连接，能有效解决旋转负载系统的中软启动、调速节能、减振等问题。

图1 永磁调速器的结构示意2.2 永磁调速器的技术特点(1) 纯机械构造，不用电、无接触、无摩擦，长寿命周期。

相较于变频器、斩波内馈调速设备、液力耦合器等其他调速节能设备，永磁调速器结构最为简单，安全性高，运行中无摩擦、隔离振动，寿命可长达30年。

(2) 简单、可靠、高效。

永磁调速器是通过调0 引言众所周知，在电厂生产过程中，水泵是按照最大负载进行设计和安装的，但水泵最大负载运行仅仅是生产中的某段时间，其余时间水泵是利用阀门调节出水量的。

由于阀门调节方式仅改变了通道的通流阻力，而对电动机的输出功率改变较小，所以浪费了大量的能源。

为了响应国家节能减排的政策，某电厂对工业水泵进行了永磁调速改造，大大降低了能耗，同时提高了系统的稳定性。

1 设备概况该电厂11号工业水泵的性能参数为：设计流量280 t/h，扬程63 m，配套380 V 电机功率为75 kW，转速2 980 r/min，额定电流139.9 A，连接方式为刚性直连。

原运行方式通过回流阀门将系统压力控制在0.52 MPa，水泵电机电流在100—120 A 波动。

永磁调速节能技术在钢铁行业中的应用摘要：目前，人类赖以生存的环境逐步恶化、能源日渐枯竭，节能减排形势日益严峻。

据统计，钢管厂大功率循环水泵电耗为全厂电耗的 35% ，因此，降低大功率水泵的能源消耗对节能工作意义重大。

永磁调速作为一种新兴的节能技术，在大功率循环水泵上应用，节能效果好、运行可靠度高。

关键词：永磁调速 ; 工作原理 ; 节能措施1 绪论钢铁行业循环水系统由于水循环量大，电机一般为大功率电机，电耗巨大，而且循环水泵一般为定速运行，运行效率却很低，存在“ 大马拉小车” 问题，所以有必要对循环水泵进行节能改造，为提高水泵的运行效率，需对水泵进行变速调节提高水泵的调速性能。

目前，因永磁调速器具有结构简单、体积小、重量轻、调速范围大等优点，故水泵节能改造一般采用永磁调速技术，此项技术是近年来国际上开发的一项突破性新技术，专门针对风机、泵类离心负载调速节能的适用技术，具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩、可在恶劣环境下应用、极大减少整体系统振动、减少系统维护和延长系统使用寿命等特点。

2 永磁调速技术的工作原理永磁调速技术是通过气隙传递转矩的传动设备，一般适用于水泵风机类设备，它具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩等特点。

电机与负载设备转轴之间不需要机械连接，电机旋转时带动导磁盘在装有强力稀土磁铁的磁盘所产生的强磁场中切割磁力线，从而在导磁盘中产生涡电流，该涡电流在导磁盘上产生反感磁场，驱动导磁盘与磁盘的相对运动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。

调速器是通过气隙磁场传递扭矩，气隙大小不同，则传递转速大小不同，两者成反比。

所以通过改变气隙大小，即可实现调速功能。

永磁调速器控制原理如图 1 。

将永磁调速器 MAC-D 安装于系统中，其控制系统可接收和处理压力、流量、液位，或其它过程控制信号，然后提供到 MAC-D 的执行器。

该执行器调整气隙，从而调整负载端速度以满足控制要求。

它具有以下功能：（ 1 ）可基于流量 / 压力 / 温度传感器检测信号进行调速控制，可通过人机界面设定负载端输出量。

电厂泵类设备永磁调速技术的应用研究发布时间：2021-08-20T17:03:37.550Z 来源：《当代电力文化》2021年4月11期作者：徐达前[导读] 本文通过介绍永磁调试的特点，与传统电厂变频调速设备在成本、施工、维护、节能等方面进行综合对比，得出永磁调速技术具有重要的推广意义。

徐达前中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广州 51066摘要：本文通过介绍永磁调试的特点，与传统电厂变频调速设备在成本、施工、维护、节能等方面进行综合对比，得出永磁调速技术具有重要的推广意义。

关键词：永磁调速、变频调速、凝结水泵前言为响应国家2030年“碳达峰”的发展目标，电厂泵类设备作为耗能大户，占据较大的厂用电消耗比例，其节能技术的应用尤为值得关注。

泵类节能技术主要是液力耦合调速、变频调速和永磁调速。

液力耦合调速的发展已有100 年的时间，技术比较成熟，缺点为调节准确度差、响应慢、维护费用高。

变频调速的发展已有50年的时间，其功能越来越全面，调速准确度也越来越高，但也因其电力电子组件多且老化快，柜体占地面积大，对运行环境要求高。

永磁调速的开展已有20多年的时间，具有调速比大、可靠性高、稳定性好、振动噪声小、无谐波、占地面积小、环境要求低和寿命长等优点[1]。

故此，永磁调速技术在电厂泵类设备应用中具有积极的推广意义。

1、永磁调速技术永磁调速技术利用永磁调速驱动器(PMD)，通过磁力耦合实现非机械连接扭矩的传递，通过改变电机与负载之间的转速差来实现调速，具有维护工作量少、设备可靠性高，且能实现无级平滑调速、自动控制等特点，在国外早已广泛的应用，因此近年来也越来越受到国内用户的重视。

2、永磁调速的基本原理永磁调速的工作原理为楞次定律。

根据楞次定律，当磁铁棒N极垂直接近导体板时，在导体上会产生1个N极磁场来抵抗磁棒N极接近，该抵抗磁场由逆时针方向的感应电流(涡电流)所产生，如图1 (a)所示；同理，当磁铁棒N 极平行于导体板移动时，在导体板上会产生抵抗磁铁棒N极前进的方向相反的2个磁场，在磁铁棒N 极的前方产生N 极磁场、后方产生S 极磁场抵抗磁铁棒前进，如图 1(b)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愈大。

永磁调速节能新技术典型应用永磁调速节能新技术??永磁调速器是透过气隙传递转矩的革命性传动设备,电机与负载设备转轴之间无需机械连结,电机旋转时带动导磁盘在装有强力稀土磁铁的磁盘所产生的强磁场中切割磁力线，因而在导磁盘中产生涡电流进而产生反感磁场，拉动导磁盘与磁盘的相对运动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。

通过永磁磁力耦合调速驱动器，输入转矩总是等于输出转矩，因此电动机只需要产生负载所需要的转矩。

永磁耦合与调速驱动器传输能量和控制速度的能力不受电动机和负载之间由于安装未对准原因而产生的小角度或者小偏移的影响。

排除了未对准而产生的震动问题，由于没有机械链接，即使电动机本身引起的震动也不会引起负载震动，使整个系统的震动问题得到有效降低。

永磁耦合与调速驱动器附带的控制器通过处理各种信号实现对负载调速，包括压力、流量、位移等其它过程控制信号。

永磁耦合与调速驱动器可以方便地对现有设备进行改造，不需要对现有电动机和供电电源进行任何改动。

安装永磁耦合与调速驱动器以后，对整个系统不产生电磁干扰。

在大多数情况下，关闭或者拆除现有的过程控制硬件设备，负载将在最优化的速度运行，增加能源效率，减少运行和维护成本。

永磁耦合与调速驱动器的特点无级平滑调速,λ节能效果显着,节电率达到25%--66%。

构造简单,安全-可靠λ带缓冲的软启动。

λ容忍较大的安装对中误差,大大简化了安装调试过程。

λ过载保护功能。

提高了整个电机驱动系统的可靠性。

λ维护工作量小，维护费用极低。

λ使用寿命长，设计寿命30年。

美国船舶协会(ABS认证)与海军品质。

λ适应各种恶劣环境。

对环境友好，不产生污染物。

λ减震效果好。

λ不产生谐波。

λ安装方便，可方便地对现有系统进行改造或用在新建系统。

λ投资效益最高,总成本最低。

λ应用范围:15?2,500KW电机系统(适合各种电压等级,无需更换电机)λ《典型安装案例应用说明》嘉兴电厂冲渣泵嘉兴发电有限责任公司为国产2×300MW机组，于1995年投产，配置1025t/h燃煤锅炉，锅炉干式排渣系统改造为水力排渣系统，水力排渣的主要任务是将炉膛内的底渣经冷却、裂化，以高压水作动力源，将管道中的渣水混合物送至中转仓；在中转仓出口，再将渣浆泵送至1km以外的脱水仓，将水滤干回收利用，用车装渣外运。

0引言山西临汾热电有限公司2伊300MW 直接空冷供热机组每台机组配置3台55%容量立式凝结水泵，原设计配置1套变频器，该变频器采用“一拖二”的运行方式，在1号、2号凝结水泵之间相互切换。

机组高负荷时，两运一备，1台变频凝结水泵与1台工频凝结水泵并列运行，1台工频凝结水泵备用；机组低负荷或供热抽汽量大时，一运两备，1台变频凝结水泵运行，2台工频凝结水泵备用。

机组凝结水泵耗电率0.23%，较同类型全变频凝结水泵机组耗电率高0.05%，耗电量高21.7%，凝结水泵存在较大的节能空间。

1永磁调速器技术1.1永磁调速器工作原理永磁调速器是基于磁力耦合技术，通过机械结构，以柔性连接的方式实现电机与负载之间的扭矩分散控制系统DCS(distributed controlsystem ）或者可编程逻辑控制器PLC(programmable logic controller)提供的控制信号，通过调速机构改变导体转子与永磁转子之间耦合面积的大小，实现对负载转速的调节。

永磁调速器安装在电机和负载之间，耦合面积越大，电机通过永磁调速器传递的扭矩就越大，负载转速就越高；耦合面积越小，电机通过永磁调速器传递的扭矩就越小，负载转速就越低。

1.2永磁调速器的组成及作用永磁调速器主要由永磁转子、导体转子、调速机构组成，如图1所示。

永磁转子内部装备高性能钕铁硼，提供永久磁场；导体转子分为内转子和外转子，工作时内、外转子均可切割永磁转子的磁感线（能效高），形成涡电流并产生互感磁场，互感磁场与永久磁场相互作用实现电机与负载间的扭矩传递；调速机构可以调节永磁转子与导体转子的耦合面积，从而实现对负载转速的调节。

1.3永磁调速器技术特点永磁调速器技术特点如下。

a)永磁调速器采用平滑无级调速，调速范围0~98%，节电率为10~50%。

b)永磁调速器结构简单、可靠，主体部分为机械结构，无需外接电源。

c)永磁调速器安装简便，无机械连接，隔离振动，容忍较大的对中误差，占用空间小。

永磁调速在电厂循环水泵的应用与探讨摘要：永磁调速系统是通过铜导体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输，它解决了旋转负载系统的对中、软启动、减震、调速、及过载保护等问题。

该技术现已在各行各业获得了广泛的应用。

本文通过某电厂永磁调速技术的利用，重点分析了该技术的工作原理以及与变频调速的经济、技术对比。

关键词：永磁调速、循环泵、节能1.永磁调速系统构成与工作原理永磁磁力耦合调速驱动(PMD)是通过铜导体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输。

该技术实现了在驱动（电动机）和被驱动（负载）侧没有机械链接。

其工作原理是一端稀有金属氧化物硼铁钕永磁体和另一端感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的气隙就可以控制传递的转矩，从而实现负载速度调节。

调速机构也就是永磁调速器的气隙调节装置一般安装在输出轴上，用来调节中间间隙的大小[1]。

PMD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有间隙（称为气隙）。

这样电动机和负载由原来的硬（机械）链接转变为软（磁）链接，通过调节永磁体和导体之间的气隙就可实现负载轴上的输出转矩变化，从而实现负载转速变化。

2.永磁调速器与变频器在电厂的应用分析与比较在实际应用当中，永磁变速器与变频器在电厂的应用越来越广泛，在节能减排的任务中发挥了重要的作用。

二者在改变发电机的输出的作用中，各种各的工作特点。

永磁调速器具有高效节能，软启动，安装方便维护简单，不产生谐波的优点，同时因为是纯机械构造不用电，所以结构较小，适用于环境较为复杂的地区；变频器也具有节能的作用，但在实际使用过程中，经常遇到变频器谐波干扰问题，影响各种电气设备的正常工作，同时会产生机械振动、噪声和过电压等现象。

3.永磁调速系统的实践应用3.1 现场调查临汾热电辅机循环水系统共配有3台循环泵，实现系统冷却用水的功能。

循环泵常年工频运行，且绝大多数时间非满载运行，特别是冬季环境温度相对非常低，依靠环境较低的温度来自然冷却用水效果明显，辅机循环水泵承受负荷相对较低。