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繞組式永磁耦合傳動技術

江蘇磁谷科技股份有限公司 徐俊峰 · 2015-08-20 10:01 留言

  1、引言

  耦合傳動是一種隔離傳動方式,它允許電機(或其它原動機)單獨空載起動,而后通過摩擦力、液力或磁力逐漸加載,帶動負載。耦合傳動方式使得系統的起動時間、起動轉矩可控可調,并能隔離負載端的沖擊,實現對電機(或其它原動機)的保護。,因此在工業領域得到廣泛的應用。

  無論是摩擦片式耦合器、液力耦合器還是磁力耦合器,都遵循以下能量傳遞公式:

  P1=P2+sP1

  其中:

  P1為驅動端功率;

  P2為負載端功率;

  sP1為轉差功率

  s為轉差,s=(n1-n2)/n1

  轉差功率的處理方法,直接影響到耦合傳動的性能。

  — 摩擦片式耦合器,轉差功率消耗在摩擦片上,摩擦片發熱,溫度升高;

  — 液力耦合器,轉差功率消耗在液體里,液體發熱,溫度升高;

  — 目前的渦流式永磁耦合器,轉差功率消耗在銅導體上,銅導體發熱導致耦合器溫度升高。

  因此,這些耦合器都不太適合于長時間、大轉矩起動的場合。而渦流式永磁級耦合器具有結構簡單可靠、維護較為方便等優點,在風機、水泵等應用場合具有一定的實用性。

  圖1 渦流式永磁耦合器

  渦流式永磁耦合傳動有以下不足之處:

  — 銅盤(或銅環)溫升高,需要冷卻,調速范圍越大,速差就越大,則溫升越高,特別是堵轉時溫升迅速上升需及時斷開保護;

  — 不適合重載起動,速差大時傳遞扭矩小;

  — 傳動效率隨調速范圍線性減低;

  — 轉差越大,節能效果越不明顯;

  — 不適合恒轉矩調速;

  —操作機構和溫升冷卻系統不可少,整體結構臃腫復雜,可靠性降低 。

  繞組式永磁耦合傳動技術則徹底解決永磁渦流傳動瓶頸技術“溫升”問題,不但具有永磁渦流傳動的優點而且還具有其根本不可能達到的功能(重載起動,大范圍調速,效率高、恒扭矩傳動等),大大擴展了永磁耦合傳動的應用范圍。

  相對渦流式結構,繞組式永磁耦合傳動具有以下明顯優點:

  — 無機械執行機構,結構更簡單,電子操作更快捷可靠;

  — 徹底解決渦流溫升問題;

  — 重載軟起動性能更好,提高起動轉矩2~3倍;

  — 通過控制繞組中的電流,實現精確的轉矩控制,如恒轉矩控制,或預先        設定的任意轉矩曲線控制;

  —通過檢測繞組中的電流,實現精確、快速、方便的保護。

  2、繞組式永磁耦合傳動技術介紹

  2.1 繞組式耦合傳動技術簡介


  圖2 繞組式永磁耦合器

  永磁轉子3和繞組轉子4構成類似永磁電機(永磁發電機),只要兩者之間有速差,在繞組中產生感應電動勢。控制單元接通則產生感應電流,產生扭矩傳動,相當于離合器的合;控制單元斷開無感應電流產生,不傳遞扭矩,相當于離合器的離;控制單元控制感應電流的大小,則可控制傳遞扭矩的大小,進而控制速度的大小,達到軟起動和調速作用。

  2.2 繞組式永磁耦合離合器和軟起動器


  圖3 繞組式永磁耦合傳動離合功能和軟起功能原理框圖

  采用繞組式永磁耦合傳動技術可以作為離合器或軟起動器,取代液力耦合器。從原理上具有以下優點:

  —幾乎免維修;

  —起動轉矩可精確調整;

  —操作非常方便;

  —溫升低,起動轉矩可提高3倍以上。

  2.3 繞組式永磁耦合調速器


  圖4 繞組式永磁耦合傳動調速功能原理框圖

  采用繞組式永磁耦合傳動技術還可以作為調速器,取代變頻調速器,主要特點如下:

  — 調速范圍寬、平滑、無級:在同步轉速以下,實現用戶要求的最低轉速至99%額定轉速間平滑無級調速,且機械特性硬;

  — 高效率的調速性能:因為變流控制的功率只是總功率的一部分(滑差功率),不像變頻器是控制的全部功率,因此自身的功耗比變頻器小,一般效率比變頻器高2~4個百分點,系統綜合效率在全轉速范圍內都能保持在96%以上,節電率很高;

  — 高精度的轉速控制:系統的靜態精度≥99.8%,完全滿足各類負載對轉速精度的要求;

  — 技術原理帶來的高可靠性:變流裝置僅控制總輸入功率的14.8%(泵、風機類負載),僅承受繞組轉子回路的低電壓,系統可靠性得到保證;變頻控制的功率小,因而變流產生的諧波也小,遠低于國家標準要求,一般無須加濾波器;

  —靈活方便的控制方式:可實現開環運行與閉環運行、本地控制與遠程控制。可方便實現與DCS系統或其它計算機網絡連接。

  — 完善的保護措施:全面完善的保護和閉鎖措施。當系統故障時,用戶可選擇全速運行或負載停車,同時因為永磁耦合調速器具有離合功能,所以負載停車時原動機或驅動電機不必停機;

  — 具有優異的起動性能:一般的,異步電動機起動轉矩遠遠小于其最大轉矩。在重載起動場合,永磁耦合調速器允許電機空載起動,利用電動機的最大過載轉矩而不是起動轉矩來起動負載,從而無需采購特殊的大起動轉矩的驅動設備;

  — 優異的過載能力和過載保護功能:過載能力可設置成等于原動機或驅動電機的過載能力,過載保護大小可任意設定;

  — 系統結構簡單、尺寸小,控制容易,對環境要求低,一般廠房的自然環境即可;

  —非接觸傳動,不傳遞熱振動和噪聲,抗沖擊性能強,維護費用低,日常維護少,使用壽命長。

  3、結論

  繞組式永磁耦合傳動是渦流式永磁耦合傳動的升級換代產品,其優異的離合和軟起動性能完全可取代液力耦合器,而在調速方面則具有變頻調速所不具備的一些優異特點。作為一種隔離傳動技術,在工業領域的技術優勢非常明顯,具有非常廣泛的發展前景。

編輯:陳宗勤

監督:0571-85871667

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