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助力碳中和的油冷型永磁调速器关键技术深度解读

点击量:516   日期:2021-06-04

碳达峰、碳中和是我国统筹国际国内两个大局确定的目标,是综合考虑生态文明和经济发展后向国际社会作出的庄严承诺,对全球应对气候变化和我国经济高质量发展具有重要意义。电热、石化、钢铁、冶金等能源消耗高密集型行业,一直是中国的碳排放“大户”,从用电消费来看,其用电量占全国电力消费的68.2%*,如何治理高能耗?

根据国家惠民工程实施情况的统计,工业电机用电约占工业用电总量的75%。经过努力,我国高效电动机的市场占有率已经从原来不足5%提高到25%左右,但是还应看到,70%以上的电机产品效率仍然比国外先进水平低2%~5%,高效电动机的市场占有率总体还比较低。而在实际运行中,由于系统匹配不合理、设备长期低负荷运行、系统传动调速方式落后等原因,导致电机系统的实际运行效率比国外先进水平低10%~20%,差距更大。

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,电机旋转时带动导体主动转子在装有强力稀土磁铁的磁盘从动转子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(Eddy Current),该涡电流在导体主动转子上产生感应磁场,感应磁场和永磁场之间磁性的相互吸合和排斥拉动从动转载,从而实现了电机与负载之间的转矩传输

电机与主动转子连接在一起,转速不变。通过调节从动转子与主动转子之间的气隙(距离)的大小,可以调节从动转子所处位置的磁场大小,气隙越小,主动转子所处位置的磁场越强,其高速旋转所产生的感应磁场也越强,所产生的扭矩也越大,负载转速也越高。反之,气隙越大,主动转子所处位置的磁场越小,其高速旋转产生的感应磁场也越小,产生的扭矩也越小,负载转速也就越低。

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卧式油冷型永磁调速器系统,是在油冷型专用永磁调速器装置外加装了其他三个部分,用于设备运行时的降温冷却,整体构成为:油冷型永磁调速器+永磁分线箱+稀油站+稀油站端子箱

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油冷型永磁调速器由外套筒、永磁设备主体、电动执行器等部件组成,永磁设备主体由一个高精度的永磁转子组件(含有高强度的永磁体)与负载轴相连,一个复合导体转子与电机轴相连。外转子与内转子之间没有物理(机械)联接。整个永磁设备主体安装在密封的外套筒内,工作时由稀油站供油喷淋在永磁设备主体上起到降温润滑作用。

有效节能:

采用永磁调速器技术,可以通过调节气隙实现流量和/或压力的连续控制,取代原系统中控制流量和/或压力的阀门或风门挡板,在电机转速不变的情况下,调节风机或水泵的转速。

永磁传动技术主要是传递扭矩电机输出的扭矩:

电机输出的扭矩=负载设备所需扭矩;

风机水泵等离心负载符合相似定律,扭矩变化与转速变化的平方成正比,即:Tl/ T2 = (N1/N2)2;功率= T×W(扭矩×转速),所以电机输出功率与负载设备转速比的平方成正比,即:P1/P2 = (N1/N2)2。

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减振:

如图所示,无机械连接的扭矩传递,解决了联轴器对心带来振动及电机轴承负荷过高的问题。

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带缓冲的软启动

减少电机的启动冲击电流,减小扭振,避免了电机轴承跑套,减轻电机的轴承负荷,同时有2~4%降速*,可进一步降低电机的运行电流从而降低轴承温度。

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允许较大的安装对中误差

大大简化安装、调试过程,节约了时间。

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使用寿命长

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联轴器和永磁耦合器输出功率对比图(来源于沃弗实验室)


目前,沃弗油冷型永磁调速器已经应用于中煤大同能源电厂、国电龙山电厂、国电泰安电厂、神华国华孟津电厂、大唐发耳电厂、国电镇江大港电厂、南京钢铁集团三炼钢厂、中船重工、湘潭钢铁、云南铝业等众多能源消耗高密集型大型工矿企业大功率电机节能技改,设备均运行良好,以国电镇江大港热电厂改造项目为例,引风机采用卧式油冷型永磁调速器调节,年节约总电量为224.58万kW•h,折合年节约标煤729.88t,减排二氧化碳2023.6t/a*。

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2021年是“十四五”开局之年,亦是后疫情时代发展的关键之年。制造业正由中低端向中高端转型,由大而全向专而精转型,由生产型制造向服务型制造转变。要在实现碳达峰、碳中和的同时实现经济社会可持续发展,任务异常艰巨、挑战非常巨大。要想在这场前所未有的变革中有所作为,沃弗永磁力争在永磁传动领域的新理论、新发现、新技术上取得重大突破,为碳达峰、碳中和作出真贡献。



注释:

1、电量占全国电力消费的68.2%,数据来源于中电联、智研咨询整理;

2、2~4%降速,数据来源于沃弗实验室。

3、节电率:20%~50%;年节约总电量为224.58万kW•h,折合年节约标煤729.88t,减排二氧化碳2023.6t/a,数据来源于2020年《国家工业节能技术应用指南与案例(2020)》,

链接:https://www.miit.gov.cn/jgsj/jns/gzdt/art/2020/art_eceaa82a7ce84a54bc06261da5c11de9.html