變頻調速與永磁調速技術和經濟對比分析

　　目前，實現調速的方法主要有變頻調速、液耦調速以及永磁調速等方法。變頻調速是目前應用最廣，技術相對成熟的調速技術；永磁調速是一種透過氣隙傳遞轉矩的“革命性”傳動技術，因其高效節能、簡單可靠、震動噪音小等諸多優點，在調速領域的應用也越來越廣；而液耦調速由于調節精度低、調速范圍有限、低速轉差損耗大、控制精度低、線性度差、響應慢、容易漏液等原因，其運用正在逐步減少。

　　本文主要針對永磁調速和變頻調速兩種調節方式，從技術和經濟兩方面進行了比較和分析。

　　1 永磁調速和變頻調速的基本原理

　　永磁調速是一種透過氣隙傳遞轉矩的傳動技術。它以現代磁學為基本理論基礎，通過調節永磁體和導體之間的氣隙或耦合面積，來改變負載端的輸出轉矩，從而實現控制負載端流量或壓力的變化。 永磁調速裝置主要由導體轉子、永磁轉子和控制器三部分組成。導體轉子固定在電動機軸上，永磁轉子固定在負載轉軸上，導體轉子和永磁轉子之間無機械連接，電機旋轉時帶動導體轉子旋轉，切割磁力線產生渦電流，該渦電流在導體轉子上產生感應磁場，使導體轉子與永磁轉子間互相拉動，從而實現了電機與負載之間的轉矩傳輸。永磁調速的特點是電機轉速基本不變，當負載端的控制信號（如壓力、流量等）變化后，由執行器對信號進行識別和轉換，通過調節導體轉子與永磁轉子之間空氣間隙的大小，來改變負載端功率的輸出。

　　變頻調速的基本原理為：異步感應電動機的轉速n與電源頻率f、轉差率s、電機極對數p三個參數有如下線性關系：

　　n = 60f （ 1 - s ） / p。

　　改變其中任何一個參數都可以實現轉速的改變。變頻器是通過改變電源頻率f 的方式來改變電動機轉速的。根據泵的相似定律，可知泵的功率與轉速的三次方成正比，通過改變轉速，軸功率會大大降低，從而實現節能。

　　2 永磁調速和變頻調速的技術性比較

　　永磁調速和變頻調速都是高效節能的調速技術，但是二者從原理、構造、使用維護以及對運行環境的適應能力等都有明顯的差異。下面從安裝、運行和檢修維護三方面對兩種調速技術進行了對比分析：

　　永磁調速和變頻調速技術性比較

　　項目 永磁調速 變頻器調速

　　工作原理 無機械連接，氣隙傳遞扭矩 電子變頻率

　　安裝 安裝難度 容易 難

　　軸系找中 電機軸和泵軸之間無機械連接，

　　軸系找中要求低 電機軸和泵軸之間機械剛性連接，軸系找中要求高

　　附屬廠房及設 備安裝工作量 除了兩軸之間永磁裝置和永磁 執行器之外無其他附件，安裝工 作簡易 由于變頻器電氣元件對環境要 求很高，整套變頻系統除了變 頻設備和連接電纜之外，需要 設置單獨的帶空調設備的變頻 器室，來確保變頻器安全穩定 運行，所以附屬房間和設備的工作量很大。

　　運行 效率 96%～99% 98%以上（進口），96%（國產）

　　輸入電壓敏感 無電氣元件，對輸入電壓要求很 低 對輸入的電壓敏感，不同電壓 等級的變頻器設置不同，電壓等級越高，設置越復雜。

　　過載保護 通過滑差來實現過載保護 過流保護

　　系統減震 由于軸系之間無機械剛性連接， 且泵在最佳工況下運行，可以有效地降低震動。 由于變頻器只是對電機進行控 制，泵與電機之間還是傳統的

　　機械連接

　　運行環境要求 可適用于室外、高粉塵、礦井、

　　輪船等惡劣環境 需要防雷，空調，防塵，對環境

　　要求很高

　　能頻繁啟停 是 否

　　響應速度 較慢 快

　　調節精度 較高 很高

　　增加軸承油封

　　和系統壽命 是 否

　　軟啟動 空載啟動 低頻啟動

　　輸入功率因數 同電機 低于電機

　　電力諧波 無 較高

　　使用壽命 25 年以上 10 年左右

　　維護 與檢 修 故障查找難度 容易 較難

　　故障點數量 最少 較多

　　軸承油封更換 頻率 極低 高

　　維護難易度 只需要鉗工對永磁機械設備進 行維護，操作簡單，維護檢修時 間短，人員要求低。 需要電氣專業工程師對變頻設 備進行檢查，由于變頻器電氣 元件和設備復雜，所需人員要

　　求和時間也較高。

　　通過對比可以看出，永磁調速技術在效率、調節精度和響應速度三個方

　　面略比變頻差，其余方面都是要比變頻調速有優勢。

　　3 永磁調速和變頻調速的經濟對比

　　以某發電廠每臺機組配兩臺50%的凝結水泵，對兩種調速方式在造價、安裝調試、運營和維護費用進行經濟性比較，見下表：

　　凝結水泵永磁調速和變頻調速經濟對比

　　項目 永磁調速 變頻器調速

　　凝結水泵 揚程300mH2O，流量600m3/h， 電機功率650kW，電壓等級6kV

　　造價 調速器價格 進口設備：108 萬元/臺 進口設備：130 萬元/臺

　　材料配件 1萬元 8萬元（變頻電纜5萬元，制冷空調3萬元）

　　數量 2 1

　　附屬廠房造價 無附屬廠房 變頻室（4*9M）：10.8萬元

　　小計

　　217萬元 進口設備：148.8萬元

　　運營成本 純機械結構 制冷系統年耗能（5.6%）：12.74萬元/年

　　維護成本 潤滑油脂等維護：0.2萬元/年 模塊損壞更換等1萬元/年

　　總體來說， 無論從初投資還是后續運營及維護，凝結水泵采用永磁較進口變頻調速造價要經濟。

　　4 結束語

　　通過分析可知，相比于變頻調速技術，永磁調速在傳遞效率、調節精度和響應速度方面略低于變頻調速，但在泵組的安裝、調試、檢修方面，要比變頻簡單、方便，在使用壽命、運行環境適應性、泵組減震降噪、軟啟動、過載保護、對電網諧波影響等方面的性能，都要優于變頻調速；經濟方面，永磁設備現階段都依賴于進口，設備價格昂貴，工程初期投資要高于進口變頻設備，如果考慮到設備壽命，永磁調速的初期投資比變頻調速的投資低，并且運行成本比變頻節省，所以總體來講，永磁調速相比于進口變頻調速裝置要更經濟。

　　總之，永磁調速是一種技術先進的新型節能調節技術，為電動機的調速節能提供了一種新的選擇。目前，該技術在國內應用時間還比較短，隨著產品的應用，運行可靠性得到充分證明后，將會有廣闊的應用前景。