永磁调速装置与变频器调速的对比

永磁调速装置与变频器调速的对比

张于

迈格钠磁动力股份有限公司   辽宁省鞍山市  114000

摘要：本文从调速原理、技术特点、寿命周期、改造费用等四个方面对永磁调速装置与变频调速进行了综合比较。结果表明，永磁调速装置相对于变频器调速具有可靠性高、使用寿命长、改造费用低、无谐波污染、环境适应性强、安装维护简单等显著优势，可以在钢铁、电力、石化等众多领域推广应用。

关键词：永磁调速装置；变频器；调速原理；技术特点；改造总成本

一、引言

近年来，离心式风机和水泵大量的应用于工业生产中，其每年消耗的电能总量占全国发电总量的20%以上。但是在实际的生产中，水泵和风机的设计量通常要大于现场生产工况所需的量，现场常采用阀门调节方式进行流量或压力调节以满足现场生产工艺。这样的调节方式将大量能量消耗在了阀门挡板上，造成了能量浪费。

然而利用传动装置调节转速方式调节水泵和风机的流量、压力，在降低压力的同时减小流量，则此时水泵或风机仍然在高效区间内运行，可达到既节约电能又不影响系统稳定运行的目的。根据国家节能减排规划的要求，推进使用永磁调速装置和变频器进行风机和水泵的节能改造，逐步淘汰阀门控制方式。

本文将就永磁调速装置和变频器的调速原理、技术特点和改造费用等方面进行综合的比较和分析。

二、调速装置简介

2.1 永磁调速装置简介

永磁调速装置是一款纯机械结构的传动装置，它主要由永磁调速装置本体和电动执行机构组成。永磁调速装置本体为盘式结构，由连接在电机侧的导体盘和连接在负载侧的永磁体盘组成，导体盘和永磁体盘通过空气连接，无刚性连接。电机侧导体盘转动通过磁力作用带动永磁体盘侧的负载转动，系统通过电动执行机构调节导体盘和永磁体盘直接的间隙，从而实现对负载转速的调节。

永磁传动技术实现了能量的空中传递，从而颠覆了传统的传动理念，实现了传动技术的绿色节能，该技术集高科技、节能、环保、低碳排放于一身，被誉为传动史上的一次革命，是世界领先和独家占有的革命性技术。永磁调速装置结构示意图如图1所示：

永磁调速装置结构示意图

2.2 变频器简介

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

三、调速原理简介

3.1 永磁调速装置调速原理

永磁涡流柔性传动的基本原理就是遵循磁感应基本定律即:“楞次定律”。当电机带动导体盘旋转时，与安装在负载端的永磁盘产生切割磁力线运动，进而在导体盘中产生涡流，该涡流在导体盘周围生成感应磁场，从而带动永磁盘旋转，实现能量的空中传递。

永磁涡流柔性传动装置正是在这些定律的基础上，再结合稀土永磁技术、传动新技术及高精度装备制造技术的应用而研发产生的。

3.2 变频器调速原理

变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器等部分组成。首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对V/F协调控制的要求。PWM的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。

四、技术特点对比

4.1 设备可靠性

永磁调速装置主体设备为纯机械机构，结构简单易懂，故障点少，无易损件，磁钢衰减率低，设备整机平均使用年限可达到25年以上（25年磁钢衰减率低于1%）；传动介质为空气，电机与负载间无刚性连接，起到了隔离系统振动的作用，有效的避免了系统共振引起的故障停机，使传动系统运行安全、可靠；

变频器为电力电子设备，设备内部主要为电气元件及电路板，容易老化，易损件多，故障点多，整机使用年限一般为10年左右，但是设备运行5年以上故障率会大幅升高；另外变频器传动介质仍然为刚性联轴器，无法解决系统共振等传动问题。由此可见，永磁调速装置的系统运行可靠性要高于变频器。

4.2 启动性能

永磁调速装置可以通过调整盘体间的气隙实现空载启动，起到系统缓冲启动的作用，大幅降低启动电流及尖峰电流值，并可缩短浪涌时间（尖峰电流持续时间）；系统启动时间短，可以适合频繁启动；但是永磁调速装置带载启动能力差，不能代替软启动器，在一些经常需要带载启动的现场需要配合软启动器使用。

变频器是通过降压启动的，控制方式为V/F控制，虽然变频器只能带载启动，但也是由低频逐步启动，低频时电压因此启动电流也会相应降低；变频器的升频过程为防止产生加速过流的情况，一般加速时间较长，不适合负载需要快速启动和频繁启动的场合；但是变频器是可以代替软启动器功能的，启动过程可以输出2-3倍的电机额定转矩，可以应用在需要重载启动的场合。

由此可见，永磁调速装置和变频器在启动性能方面各有优势，可以根据具体应用的现场工况进行选择。

4.3 调速性能

永磁调速装置与变频器都可以实现无极的、平滑的何高效的调速过程。变频器的调速范围为0~100%，调速精度高分辨率可达到0.01Hz，且响应速度快。而永磁调速装置的调速范围为30%~96%，调速精度略低，响应速度平缓。但从现场应用情况看，永磁调速装置的调速性能可以满足大多数现场工况的调节需求。

4.4 系统灵活性

永磁调速装置只能实现电机和负载的“一拖一”拖动方式，但不影响多机使用，可以做多机的功率平衡。变频器可以直接实现电机和负载的“一拖二”或“一拖三”的拖动方式，系统配置更加灵活。另外永磁调速装置的改造只需要将原电机向后移动一定位置，将设备安装在电机与负载中间即可，占地面积小，局限是如果电机后端有障碍物时改造将无法实现。变频器的改造时需要占地空间较大，得单独修建变频器室。

4.5 环境适应性

永磁调速装置可在高温、低温、高海拔、高粉尘、湿度大、雷击、易燃、易爆、空间狭小等恶劣环境中使用，且不受系统电压等级限制，对电机品质也没有任何要求。变频器的应用在选型的时候首先要考虑电压等级、温湿度、海拔等外界因素，如遇高温高湿度和高海拔的地区应降容使用；其次由于变频器在运行过程中会产生大量谐波，因此在选择电机时需要变频电机或绝缘等级H级以上品质的电机；最后，变频器对应用现场的环境要求较高，需要保证一定的温湿度，不能放在粉尘等恶劣的环境中使用。

4.6 安装维护

永磁调速装置结构简单，现场安装难度小，对中精度要求低，允许电机和负载之间的同轴程度误差在0.75mm以内；故障率极低，维护量小，仅需要按照操作使用说明上规定的时间给调速装置注油即可，极大的降低了维护的人工和费用成本。变频器的安装难度较大，允许电机和负载之间的同轴程度误差在0.05mm以内，对中精度高；故障率较高，在设备发生故障后现场工人很难解决，基本需要厂家人员到现场维修，维修周期长，增加了维修的成本。设备平时需要专门人员看守，保证设备使用环境的温湿度，这也增加了维护的人工成本。

五、总结

永磁调速传动这种突破性的磁技术，提供了低成本高效益的解决方案，能在节约能源和实现过程控制的同时，增强系统的可靠性，减少了大量的设备维护工作，使维护费用极低。 永磁传动装置实现了能量的空中传递，从而颠覆了传统的传动理念，实现了传动技术的绿色节能，该技术集高科技、节能、环保、低碳排放于一身，被誉为传动史上的一次革命，是世界领先和独家占有的革命性技术。市场容量大，应用前景广阔。

【参考文献】

【1】 张永惠，张燕宾. 生产机械的变频调速【M】. 北京：机械工业出版社，2013.

【2】 穆为明，张文钢，黄刘琦．泵与风机的节能技术【M】．上海：上海交通大学出版社，2013.

【3】 袁登科，徐延东，李秀涛. 永磁同步电机变频调速系统及其控制【M】. 机械工业出版社，2015.06.01