永磁耦合器调速与变频调速的比较

一、背景

当前，国内的企业的风机和水泵所采用的调速方式大部分是变频调速。鉴于变频调速器在生产运行中所出现的问题，尤其是变频设备故障的不确定性，给企业生产上带来了隐患，直接影响了生产运行的连续性、稳定性以及可靠性；也给企业带来了较大的经济损失，这种损失通常是因为电气设备故障时，造成停机。而采用大功率调速型永磁耦合器调速方案取代目前的变频器调速方案（即改变间接控制到直接控制形式），则可获得使用变频器调速方案所无可比拟的绝对优势。

二、分析比较

   我们就企业最为关心的以下四个方面来进行分析比较：

   (一) 系统的可靠性

   永磁耦合器

   永磁耦合器是一个纯机械的产品，性能稳定，对供电电源没有任何要求，且使用中不会对电网产生高次谐波污染（高次谐波的污染对电网产生的危害众所周知，这里不再赘述）。因为不用电，所以不存在电磁干扰问题。

   高压变频器

   尽管变频器目前技术比较过关，但是作为一个高度复杂的电子设备而言，其运行中故障的不可预见性、不确定性还是有目共睹的。首先对环境的要求十分苛刻，专用房间要密封、防尘，夏季要有空调来保持设备正常运行所要求的温度，辅助设施投入较大。其次对供电电源有一定的要求，电子设备易受电磁干扰会造成变频器设备运行的不可靠。同时在变频器运行时，对电源系统也会产生高次谐波污染，破坏电网的质量，严重时甚至影响电子设备的稳定运行，需要用户采用其他设备（滤波器）来消除。另外，由于采用变频器时，电机与负载之间的轴连接是接触式的，不具备减少轴承、密封损坏的优点。

   (二) 长期运行的稳定性

   永磁耦合器

   永磁耦合器具有机械结构简单，一旦安装完成投入使用，基本不受使用环境的干扰和影响，运行稳定可靠。因为不用电，所以不存在电磁干扰问题。由于采用永磁耦合器时，电机与负载之间的轴连接是非接触式的，因此，负载的震动不会传递到电机上；也正是由于轴连接是非接触式的，所以带来了两方面的好处，一是安装时“对中”要求低；二是在长期运行中不会产生因为直接的轴连接而带来的轴承、密封的损坏，保证设备的使用。根据其他企业的使用情况（在美国的企业，其最长的连续使用时间已达六年，理论寿命30年），永磁耦合器表现了优越的长期运行稳定性。而作为纯机械设备，其可能的运行故障是可预见的，不会因为突发故障而给用户带来措手不及的事故。

   高压变频器

   变频器的核心是一个复杂的电子设备，安装完成投入运行后，易受使用环境的干扰和影响，难于保证其运行稳定可靠。根据多数企业的使用情况调查，变频器在使用过程中，平均每年都要发生一次故障，长期运行稳定性很差。而作为复杂的电子设备，其运行故障是不可预见的，它会因为突发故障而给用户带来措手不及的事故。

   (三) 初始安装及日后的可维护性

   永磁耦合器

   结构简单，电机与负载的轴连接是非接触式的，对中精度要求低，安装调试快捷。由于是纯机械设备，无复杂电子设备；经简单培训后，电厂的机务人员或电气人员将会快速确定故障原因，并迅速自行解决故障，不必请专业公司的人来维修。其使用寿命可达30年。

   中压变频器

   变频器是复杂的电子设备，一旦有电气故障发生（经常性的、不可预见性的），电厂的机务人员或电气人员将难于快速确定故障原因，并涉及备件的更换，不可能迅速自行解决故障，只能由变频器生产厂家或专业的公司派人修理，难以保证快速修复，不影响生产。变频器的使用寿命最长也不过7到10年。

   (四) 经济性分析

   永磁耦合器

   1. 初始投资

   永磁耦合器的初始投资与变频器的投资目前大致相同；

   2. 维护费用

   由于永磁耦合器基本上是免维护的，所以维护费用几乎为0；

   3. 故障造成的经济损失

   尽管永磁耦合器与变频器都是节能设备，但是，永磁耦合器是实实在在的让用户见到节能所带来的效益，原因是它的平均无故障时间（MTBF）比变频器要长很多，所以不会因为一次故障所造成的减负荷发电，将节能所带来的节能效益全部耗尽。

   4. 维修备件费用

   因为永磁耦合器基本上是免维护的，所以维修备件费用也几乎为0。

   中压变频器

   1. 初始投资

    变频器的初始投资与永磁耦合器的投资旗鼓相当；

   2. 维护费用

    平均每年都要有一次故障，每次的维护换件、人工费用价值不菲。且由于其故障的不确定性，给生产造成的损失也更大。

   3. 故障造成的经济损失

   虽然变频器也是节能设备，但是，变频器却不能实实在在的让用户见到节能所带来的效益，原因是它的平均无故障时间（MTBF）太短，平均每年都会因为一次故障而造成减负荷发电、增加油耗等损失将节能所带来的经济效益全部耗尽（极有可能还要倒贴）。

   4. 维修备件费用

   为了确保变频器突发故障时生产不受影响，变频器的备件通常要备的全一些，这样就造成了资金的占用，而且由于故障的不确定性，经常发生有的备件常年不用。由于电子元件有一定的时效性，所以过期的备件只能报废，造成资金的浪费。

   从前面的分析可以看出，无论是眼前的经济利益，还是从长远经济的回报角度来考虑，永磁耦合器都具有比变频器优越得多的经济性。

三、结论

   无论是从经济效益还是从生产的安全稳定性来看，采用调速型永磁耦合器调速方案具有高压变频器调速方案无可比拟的绝对优势，是国内企业的最佳应用选择。

                                   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,l　　节能效果显着,节电率达到25%－－66%。
　　
构造简单,安全-可靠l　　
　　
带缓冲的软启动。l　　
　　
容忍较大的安装对中误差,大大简化了安装调试过程。l　　
　　
过载保护功能。提高了整个电机驱动系统的可靠性。l　　
　　
维护工作量小，维护费用极低。l　　
　　
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。l　　
　　
适应各种恶劣环境。对环境友好，不产生污染物。l　　
　　
减震效果好。l　　
　　
不产生谐波。l　　
　　
安装方便，可方便地对现有系统进行改造或用在新建系统。l　　
　　
投资效益最高,总成本最低。l　　
　　
应用范围:15KW,500KW电机系统(适合各种电压等级,无需更换电机)l　　

《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。在不排渣时底渣系统溢流水不能满足渣泵正常运行要求，需开高压水泵维持循环最小流量，高压水泵约有15h需要在大马拉小车状态下运行，增加了发电成本。
　　
　　根据实际需要利用永磁磁耦对原有高压水泵电机进行调速改造，总体保持网中水量基本恒定，保证各部位用水量的需求，既保证和改善了工艺，又达到节能降耗的目的和效果。
　　
　　该技术采用了气隙传递扭矩的方法，安装简单，电机端不需要精确校准，误差可达到0.5~1mm。系统的震动、冲击和噪音完全取决于电机与风机或水泵的自身精度，与安装精度关系很小，轴对准精度的允差很大，安装和维护十分方便快捷。
　　
　　高压水泵B永磁调速驱动改造后平均每小时电耗由307kW.h降到216kW.h，节电率为29.64％；
　　
　　（注：根据《浙江省能源检测中心检测报告》（编号0719），采用同比、累计1个月测试的节能率为33.95%，上述数据为累计运行保守值）
　　
　　按每年运行10个月、电价0.35元计算，则：
　　
　　节约价值的经济效益:【改造前每小时耗电量-改造后每小时耗电量】×运行时数×单位电价
　　
　　＝（307-216.7）×7200×0.35
　　
　　＝227,556元(回收期约为2年)。
　　


　　用户总结:
　　
　　通过永磁调速协调控制技术在高压水泵B改造应用中的研究，对提高系统运行安全稳定性，降低经济损失，具有更为重要的意义。改造充分说明：永磁调速驱动器具有结构简单，适应性强，自身的损耗小，寿命长的结构特点。在利用永磁调速进行节能改造的过程中，着重永磁调速技术性能研究，达到进一步实现优化系统，提高节能效果的目的。并且此次改造成功为将永磁调速协调控制技术应用到各种领域中同类型泵与风机的调速驱动提供了成功范例，该项技术的研究势必会为永磁调速技术的广泛应用起到积极的推动作用。

我们来看看变频器与永磁联轴器的一些性能比较，可以让用户更详细的了解此产品。

                        变频器调节中出现的主要问题及产品性能的分析
（一）售后服务出现的问题

1、出现故障后维修麻烦，不及时，备件难购。

2、技术资料不完全，存在维修方面的问题及故障难以准确判断，通俗易懂的实用维修技术资料欠缺，进口品牌无中文界面。

3、变频器自身运行较好，但内部灰尘清洗难。

4、定期维修不及时，安装调试时技术培训不到位，保养不及时。大型变频器的安装方式不太合理，调试复杂使用不方便。

（二）产品性能存在的问题

1、抗干扰问题和体积过大（大容量的），对设备存在不同程度干扰。

2、产品质量有些不太过关，常跳闸，性能可靠性不高。

3、有电气拖动控制，无电气逻辑控制。

4、需要提高无故障运行时间，降低或减少高次谐波。

5、功率模块性能不稳定，常有击穿的可能等。

                使用磁力耦合器相对变频器调速节能的优势

（1）自身不耗电，无谐波干扰，高速节能效率更高。

（2）不受环境温度，恶劣工况及控制距离的限制，可靠性高。

（3）自身免维护，降低了设备运行可能的故障率。

（4）解决了机械对心难题，无需精确对中。

（5）最有效的降低了振动，对延长设备轴承、密封圈及电机的使用寿命具有决定性的意义。

    磁涡流驱动技术是一种高效的连接驱动技术，综合应用机械、材料、电磁感应、制造、控制、热工技术的集成技术，基于此技术研发的产品  永磁耦合器和永磁调速器具有无机械接触、高效驱动、高效节能、维护简单、寿命长等特点，是环保性的驱动节能产品。
产品应用行业：石油/石化、天然气、发电/热电、煤矿、钢铁、冶金、造纸、中央空调、化工、船舶、水泥、供水、水处理、港口机械等。

针对楼上两位提出的几个问题，下面的这些资料，系统地介绍了磁力耦合装置具体的工作原理及运用场合，希望对有兴趣的朋友能够有所帮助，能够更好地了解磁力耦合器这产品。
                                           前     言
新一代永磁磁力偶合器主要为电机配套. 该产品引进美国最新技术并结合电机负载的工作方式, 合理匹配电机系统，消除“大马拉小车”现象。对已有的电机拖动系统进行改造后可节能40~70%. 对电机有保护作用,可以延长电机寿命.且符合国家的"节能减排"政策。

  一、工作原理
永磁磁力耦合器是透过气隙传递转矩的革命性传动设备。永磁磁力耦合器属于耦合传动的一种，可以实现非接触的动力传递。其由两个独立的，没有任何接触的转体组成，这两个转体之间有一定的空气间隙。其中一个带铜盘的钢制转动体与电机输出端联结（称为导磁体-铜转子），另一个带永磁材料的铝制转动体与负载输入端联结（称为永磁体-磁钢转子）。电机转动过程中（即铜转子旋转时）铜转子与磁钢转子产生相对运动，交变磁场通过气隙在铜转子上产生涡流，同时涡流产生感应磁场与永磁场相互作用，由于负载转矩作用，被动磁钢转子仍处于静止，当主动铜转子转过一个角度后，其和从动磁钢转子之间存在一定的转差角，从而使得静止的平衡状态被打破，主动铜转子所转过的角度的大小取决于负载转矩的大小，此时从动磁钢转子会受到电磁力矩的作用，电磁转矩随着主动铜转子与从动磁钢转子的转差角的增加而增大；当电磁转矩超过负载转矩时，从动磁钢转子开始转动。此后，在电动机的驱动下，主动铜转子将与从动磁钢转子保持一定的转差角度同步运行。从而带动磁钢转子沿着与铜转子相同的方向旋转，结果在负载侧输出轴上产生转矩，从而带动负载做旋转运动。来实现动力的无接触传递。实现电机与负载之间的扭矩传递。耦合器所能承受的最大负载转矩由静转矩特性的峰值转矩决定，当负载转矩值超过该峰值大小时，将会产生失步现象。

二、技术优势

A：降低系统运行费用：节能。通过永磁耦合器，输入扭矩总是等于输出扭矩，因此电动机只需要产生负载所需要的扭矩。且启动电

流很小，直接缩小电动机的容量。在不同的工况，节电率可以达到(25－66)%。

B：无机械联接：有效减少损耗，无摩擦、磨损性元器件。

C：高效传动：高效率扭矩传输效率大于95%，最高可达98.5%

D：容许较大的对中误差：允许较大的轴对心偏离与轴线角度偏离（允许最大轴中心线偏离5mm,角度偏离1度 ）。大大简化了安装调试过程。彻底消除了热膨胀对对中的影响。

E：不产生谐波、不受电网电压波动影响。

F：隔振：非接触式联结，能有效地消除电机与负载之间振动的传递。降低噪音。有效减少系统的震动，可达50-85%，延长系统设备寿命。由于主动转子与从动转子相互间无接触，不存在刚性连接问题，因此在主动件发生突变或振动时都不会直接传到从动件上。同时从动件发生突变或振动时同样也不会影响主动件的工作状态，从而可避免振动或突变的传递，实现工作机械的平稳运行。

G：电机能实现更为平稳和渐进的柔性启动/停止；空载启动，使电机峰值电流降低，启动电流小于正常值的1.5倍，提高了整个电机驱动系统的可靠性。使用永磁磁力耦合器可以减少电动机的启动电能消耗以及避免造成较大的电压冲击；缩小电动机的容量；真正的带缓冲的软启动，最大程度减少电动机启动和刹车过程对电动机和负载的冲击。可明显延长动力传输皮带寿命（如三角皮带等），特别是在通过三角皮带传递扭矩且电机频繁启动场合，使用效果非常好。

H：可频繁正反转, 可以立即重启。

I： 能承受周期性负载堵转（滑差）。消除冲击加载（负载逐步加载），用于负载有规律跳动。

J: 过载保护功能：完全消除了系统因过载而导致的损害。磁力耦合器在运行过程中当从动件负载突然过大时，主动转子与从动转子两件之间可产生滑脱而结束转矩的传递，此时电机继续转而负载停转。从而避免了从动件在不能进行正常工作时（如主动轴抱死、输送带卡死等）易被损坏的危险，同时也对电机起到了保护作用。

K：减少系统维护成本：大幅延长电机和负载轴承寿命。大幅延长电机和负载密封件寿命。

L：适应于各种严酷工作环境：结构简单，能够适应恶劣的工作环境。能在电网电压波动较大、谐波含量较高、易燃、易爆、潮湿、粉尘含量高等场所的恶劣工况下工作，能适应“晃电”等恶劣工况。免维护。

M：安装空间小，结构紧凑，安装简单。磁力耦合器的主动件与从动件之间存在间隙，相对于普通的机械传动装置而言结构简便，易于装卸、维修和调试, 既可减小设备维护的难度和劳动强度，又可提高设备的工作效率。可以方便的对现有系统进行改造或者应用在新建系统中。

N：使用寿命长：设计寿命可达30年。

总结如下：空载启动电机、缩小电动机的容量（节能）、保护电机、节省皮带、使用寿命长、免维护。

  三、耦合器型号
COB--标准型永磁涡流联轴器

COY--延迟型永磁涡流联轴器

COX--限矩型永磁涡流联轴器

COT--调速型永磁涡流联轴器

  四、偶合器型号选择
根据工作场合的要求进行匹配，根据与电机功率同型号相匹配的原则。

五、应用厂地

电机拖动场地 。磁力耦合器可广泛应用于发电、冶金、石化、水处理、采矿与水泥、纸浆及造纸、暖通空调、船舶、灌溉等行业。


  六、应用设备
电机驱动系统。应用设备为泵、风机、离心负载、散货处理、皮带运输机及其它机械装置，应用前景非常广阔。

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