南京艾凌永磁调速节能技术介绍-最新课件

1、南京艾凌节能技术有限公司南京艾凌节能技术有限公司永磁调速器产品介绍第44页 共46页目 录1 永磁调速节能技术介绍11.1 永磁调速器的基本原理11.2 永磁调速节能系统的组成21.3 永磁调速节能系统的主要作用及特点31.4 永磁调速节能分析41.5 永磁调速节能与同类技术的对比92 南京艾凌节能技术有限公司及其产品介绍162.1 公司简介162.2 公司发展历程172.3 公司主要获得荣誉及资质193 案例分析303.1 主要业绩303.2 客户应用证明321 永磁调速节能技术介绍1.1 永磁调速器的基本原理南京艾凌永磁调速器由导体转子、永磁转子和调节器三部分组成。永磁转子在导体转子内，两

2、者无连接，其间由空气隙分开，并随各自安装的旋转轴独立转动；调节器调节永磁转子与导体转子在轴线方向的相对位置，以改变导体转子与永磁转子之间的啮合面积，实现改变导体转子与永磁转子之间传递转矩的大小。导体转子安装在输入轴上，永磁转子安装在输出轴上，当导体转子转动时，导体转子与永磁转子产生相对运动，永磁场在导体转子上产生涡流，同时涡流又产生感应磁场与永磁场相互作用，从而带动永磁转子沿与导体转子相同的方向转动，结果是将输入轴的转矩传递到输出轴上；输出转矩的大小与啮合面积相关，啮合面积越大，扭矩越大，反之亦然。永磁转子在调节器作用下，沿轴向往返移动时，永磁转子与导体转子之间的啮合面积发生变化。啮合面积大，

3、传递的扭矩大，负载转速高；啮合面积小，传递的扭矩小，负载转速低；啮合面积为零，传递扭矩为零，永磁转子与导体转子完全脱开，永磁转子转速为零，负载转速也为零。图1 永磁调速器系统组成图2 啮合面从大到小图3 调速原理-改变啮合面积1.2 永磁调速节能系统的组成通常永磁调速系统由永磁调速器、电动执行机构、转速变送器、温度变送器、控制信号源、就地显示控制箱、远程控制系统、电缆等设备集成。永磁调速器安装在电机和负载之间，传递扭矩，通过永磁调速器的调节机构实现导体转子与永磁转子之间的磁场啮合面积改变，从而实现负载转速变化。啮合面积大，通过永磁调速器传递的扭矩就大，负载转速高；啮合面积小，通过永磁调速器传递

4、的扭矩就小，负载转速低。电动执行器提供动力使得啮合面积随着电动执行机构的指令变化而变化，电动执行机构接受控制中心（根据不同的情况，可以是PLC控制，也可以是DCS控制）的指令，电动执行器根据控制中心的指令进行动作，并将结果反馈给控制中心。控制信号源则为工艺需要的控制对象，对于泵系统而言可能是管网压力、流量、或者液位，而对于水泵 而言则可能是压力、流量等其它工艺需要的一些参数，因此控制信号源可能为压力信号、流量信号、液位信号等等。通常而言信号为4-20mA的电流信号。就地显示控制箱提供就地显示功能，并提供系统信号的上传下达的通道，方便工作人员到现场巡检。图4 永磁调速系统组成1.3 永磁调速节能

5、系统的主要作用及特点（1）调速节能。可以根据现场的实际运行工况，通过调节永磁调速器永磁转子与导体转子之间的啮合面积实现负载调速，达到满足工艺的同时进行经济运行的目的。调速范围：30-98%无级调速。（2）轻载启动。整个启动过程平稳，冲击小。具有轻载启动停机功能，可以有效地降低电机的启动电流、解决水锤和气穴现象。（3）简单可靠、维护少。可靠性高，使用寿命长，设计寿命达25-30年。设备结构简单，较电子类设备故障率低，维护成本少。（4）隔振。隔离电机侧与负载侧的振动，减少整个系统的振动。并且可容忍较大的安装对中误差。并可适应轴向窜动量。（5）适应各种恶劣工况。电网电压波动较大，谐波含量较高，易燃、

6、易爆，潮湿，粉尘含量高，高温、低温等场所；不产生任何污染物。（7）具有过载保护功能，当负载过载或者堵转时，将设备系统因过载而导致的系统损害和巨大损失降到最低。（8）安装简单，维护工作量少。安装简单，不需要对电机和负载做任何改变。安装时，只需用永磁调速器替换原来联轴器即可，现场安装调试方便。1.4 永磁调速节能分析1.4.1 永磁调速器节能原理 阀门调节方式耗能情况：根据风机、泵系统设计原则，为了保证负荷最大时风机或泵系统满足输出要求，通常需要按系统的最大输出能力配备风机、泵系统。而真正实用中，绝大多数情况下并非需要系统在满负荷下使用，而是根据负载的实际需要，通过流量控制元件如阀门或风门挡板等实

7、现流量或压力的调节，以满足生产过程的需要。最典型的控制流量或压力的方法是使用阀门或风门挡板。此时，风机、泵系统的效率电机效率调节流量或转速或压力控制原件的效率风机、泵效率输送管道的效率。如果其它效率恒定的情况下，系统效率取决于调节流量或转速或压力控制设备的效率。由于阀门或风门挡板是通过调节开度来实现输出流量或压力的调节，电机和负载的转速并未发生变化，根据相似定律，输入功率并不会因为阀门开度变化而变化。当阀门或风门挡板开度100%或调节器非直通型，流体经过阀门或风门挡板都会造成非常大的能量损失，同时在阀门或风门挡板两端产生很大的压差，特别是在风机的输出端的压力增高，使得风机的运转点偏离最佳效率点

8、，因此，阀门开度减小时，电机输入功率不会显着减小，很多能量因此浪费掉。 采用永磁调速改造的系统耗能情况：从流体力学的原理得知，使用感应电机驱动的离心式负载，轴功率P与流量Q，压力H的关系为：图5 离心式负载特性曲线其中：Horsepower：轴功率曲线、Speed：转速及流量曲线、Torque：压力曲线如图所示：当电机的转速由n1变化到n2时, Q、H、P与转速的关系如下: (1) (2)= (3)可见流量Q和电机的转速n是成正比关系的，而压力与转速的二次方成正比，所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要80的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的80，此时系统的压力仅为原来的64

9、%，此时所需功率将仅为原来的51.2，即： 表1 离心式负载调速性能表转速(%)流量(%)压力(%)轴功率(%)节电率(%)备注1001001001000在实际运行中，由于转速下降会引起其机泵系统效率下降，加上调速装置效率的影响，实际节电率小于表中所列数值。90908172.927.180806451.248.870704934.465.660603621.678.450502512.587.5从风机、泵的运行曲线来分析采用永磁调速后的节能效果：图6 离心式负载的运行曲线当所需流量从Q1减小到Q2时，如果采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A点变到新的运行

10、工况点B运行，所需轴功率P2与面积H2Q2成正比；如果采用调速控制方式，风机转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但风机、泵的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3与面积HBQ2成正比。从理论上分析，所节约的轴功率Delt(P)与（H2-HB）（C-B）的面积成正比。在实际运行中，系统能够调节的空间通常是在考虑流量满足的同时还必须考虑系统的压力能不能满足要求。通过实践的统计，离心式风机、泵类负载通过调速控制可节能2050。1.4.2 永磁调速器节能计算（1）改造前电能年消耗量K1：其中：改造前总耗电量，。全年平均运行时间，；单一负荷下工频运行功率，；这种负荷

11、下的全年运行时间比例；电机电压，kV；电机电流，A；单一负荷下运行功率因数，小于额定功率因数。（2）改造后电能年消耗量K2:其中：改造后总耗电量，。全年平均运行时间，；改造后电机消耗功率，kW；泵额定轴功率。这种负荷下的全年运行时间比例；为转速比，为改造后的流量。为改造后的压力。为综合效率（包括永磁调速器效率、泵和电机效率下降比率）计算时一般取值为0.900.99。（3）量化分析如下：改造前：水泵运行功率年耗电量：其中：运行数据按照现场采集数据计算，年平均运行时间为300天，系统运行功率因数取0.85。改造后：水泵运行功率：其中：取较大值，得到最低节电率。节电率：年节电量为：(原系统年耗电量-

12、改造后年耗电量)*24*300 （其中，按照年运行时间300天计算）年节约电费为 = 年节电量*单价电费（其中电费按x元/度计算）如果考虑到减少了系统的振动，减少了系统的维护工作量，延长了轴承和密封件的寿命等因素，效益远大于上述数据。1.5 永磁调速节能与同类技术的对比1.5.1 永磁调速与变频调速和液力耦合调速方式的比较1）传递效率对比永磁调速器、变频器和液力耦合器的传递效率如图7所示。永磁调速器的最高效率可达98%，功率损耗主要包括转差损耗和机械损耗。计算变频器效率时，要将冷却设备和其他辅助性设施所需的能量计算在内，包括变压器、滤波器、控制装置、照明设施等。液力耦合器的损耗主要有液力损耗、

13、机械损耗和容积损耗，在其运行过程中，这三种损耗通常高达10%以上。当负载的平均转速达到电机速度80%以上时，永磁调速器的总体效率最高，是最好的调速装置的选择；在速度低于80%时，变频器可能更有效率；液力耦合器的效率在三种调速方式中是最低的。图7 三种调速方式的效率曲线2）对环境和设备的影响对比永磁调速器不产生谐波，不产生污染物污染环境。永磁调速器安装时，只需改变电机和负载之间的相对位置，不需要对电机和供电电源进行任何改动；安装后，对整个系统不产生电磁干扰；由于主动转子和从动转子非接触连接，大大降低了电动机和负载之间的安装精度。变频调速装置产生大量的谐波，影响电网的质量；产生的高次谐波对电动机也

14、会产生冲击和多余的热量，易破坏电动机的绝缘性，使电动机和负载的寿命降低，维护工作量增大。低速时，电机转速慢，对于风冷式电动机的冷却效果差，易使电动机温度升高，影响绝缘。液力耦合器虽然也是非接触链接，但是没有解决电动机和负载之间的安装精度问题。联轴器磨损问题较大，维护周期短。液压油容易泄露，污染环境。3）软启动对比永磁调速器可以对电机和负载独立启动，启动性能最好，对系统电压影响最小，起动时间短，产生的热量最小，避免了管路压力突变造成的冲击。永磁调速器除软启动外，还能减缓堵转和负载冲击。在电动机启动或负载发生突然变化甚至堵转时，永磁调速器可利用其两对磁极之间的气隙来保护电机和负载，延长电机和负载的

15、使用寿命。变频器和液力耦合器启动性能都较好，变频调速起动时间比永磁调速器略长；液力耦合器可以对电机和负载独立启动。4）隔振和降噪对比因为无硬机械连接，永磁调速驱动器连接精度所造成的机械振动和噪音大大降低。实践证明，这种连接方式可降低振动60%左右，噪音不超过85dB。而变频器、液力耦合器需要电机和风机或水泵直接相连，电机轴中心与风机或水泵的轴中心的轴向误差和角度误差通常都很小。否则，系统安装好后，会因为轴不同心，引起强烈的机械振动和噪音，并造成轴承、油封等部件的加速磨损，增加维护维修成本。5）调速性能对比变频调速效率高、精度高，具有过负荷能力，能够在高于同步电机速度的情况下运行，永磁调速器则不

16、能。当变频器使电机速度下降时，电机线圈中会产生大量的热，而这时电机风扇速度也减慢了，因此很多带有变频器的电机不能长时间在低速运转。永磁调速器传递效率略低于变频器，但电机转速不变，且始终由全速旋转电机风扇冷却。液力耦合器属低效调速方式，效率低于永磁调速器，调速范围有限，精度低、线性度差、响应慢，必须外加油泵维持，但具有处理冲击负载的能力。6）对环境的适应能力对比变频调速是通过可控硅或IGBT实现电流调节的，对使用环境有较高的要求，半导体元件通常要求在040环境下工作；对环境的湿度也有要求，一般为相对湿度的60%90%15；也不能用在腐蚀、易燃、易爆、粉尘较高的场合，必须为变频调速设备提供专用房间

17、并安装空调。变频调速对电机也有较高的要求，每一台变频器都要有一台具有转换功能的电机。由于变频器输入端直接连接到电网，电网电压和电流的变化、雷击浪涌等直接影响到变频器电子设备的可靠性，容易造成变频器的绝缘击穿、控制器件的损坏，其安全可靠性相对较低，一般需安装避雷装置。永磁调速器可适用于各种恶劣环境，包括易燃、易爆、潮湿、高温、低温、粉尘含量高的环境，无需电力消耗，能够适应电压波动较大、谐波含量较高的电网，适用于各种异步电动机的调速。7）占用空间对比由于变频器对环境的要求较高，需为变频器提供专用的房间；永磁调速器和液力耦合器都安装在电机和负载之间，占用空间相同，但液力耦合器还需外加油泵。从总体来说

18、，永磁调速器占用的空间较小。8）日常维护对比永磁调速器投入使用后，故障易诊，维护工作量小，不需要专门的技能和专有维护平台。由于减少了系统振动问题，使得系统磨损小，发热少，需要每年对轴承加润滑油，每三年更换一次轴承。变频调速装置需要专门的技能和维护平台，维护技术要求高，故障诊断相对复杂，对维护人员要求较高。液力耦合器维护工作量大，由于震动问题，轴承磨损大，更换周期短；同时还存在漏油现象，不需要专门的技能和维护平台。9）使用寿命对比根据可靠性理论，一个系统或设备所用元件越多，系统的可靠性就越低。因为系统中任何一个可靠性低的元件会影响整个系统的可靠性，这类似于所谓的木桶理论，即系统的可靠性是由系统中

19、可靠性最低的元件决定的。由此可知，系统或设备在实现相同功能的情况下，使用元件数量越少，每个元件的故障率越低，系统的可靠性就越高。永磁调速器主要由3个部件组成，其中铜盘和磁盘的故障率几乎为零，而变频器、液力耦合器的元件数远远大于这个数，可靠性相对较低。因此，永磁调速器的使用寿命也远远高于变频器和液力耦合器，永磁调速器可用2030年，液力耦合器使用寿命为15年，变频器易老化，寿命周期只有10年14。10）成本的比较永磁调速器的初始投资目前高于变频调速，用于大功率、中高压电动机拖动系统时，价格比变频器便宜；永磁调速器的平均无故障时间高于变频调速，因此，永磁调速器的维修费用和造成的经济损失比变频调速低

20、。变频调速是所有调速装置中成本最高的，低压小功率变频器的价格相对便宜，尤其变频调速故障率高，维修换件和人工费用较高，且由于其故障的不确定性，给生产造成的损失也更大。液力耦合器用于大功率系统调速时，价格最便宜。11）调速精度对比变频器中100%频率的给定值为16384，其控制分辨率可达f/16384。受限于变频器内部元器件的精度，接受到信号后可能会出现动作迟滞，导致变频器主回路输出频率的分辨率和精度与控制回路的有区别的，一般变频器输出频率分辨率为0.01Hz0.5Hz，调速精度为0.1%。永磁调速器接受标准4-20mA信号，根据输入信号调节负载转速，能够实现平滑调速。永磁调速器的调速精度主要取决

21、于电动执行机构和调节器的设计和加工精度。电动执行器分辨率0.4%，控制精度最高可达1%，永磁调速器的控制精度低于变频器。液力耦合器调速精度差，转速波动大，波动范围一般在十转以上，难以保证系统运行的稳定性。12）故障恢复速度对比当变频器中的一个功率单元出现故障时，电机系统可以投工频运行，无需立即停车检修，更换变频器的功率单元即可。永磁调速器和液力耦合器安装在电机和负载之间，一旦出现故障，需停车检修，不能保证生产的连续性。13）安装过程对生产系统的影响比较永磁调速器和液力耦合器安装时需要移动电动机，重新建造安装基础，包括一次基础改造、二次基础、安装与对中和基础固化总安装时间约10天。变频器可以垂直

22、安装在坚固的物体上或控制柜中，不需要移动原电机系统。14）设备的利用率变频器可以一机多用，即一台变频器可以通过开关切换设备控制几台电机的运行。永磁调速器和液力耦合器只能一机一用，一台永磁调速器或液力耦合器只能供一台负载使用。1.5.2 筒式永磁调速器和盘式永磁调速器的对比1)基本原理比较盘式永磁调速器与筒式永磁调速器的基本原理是一致的，都是通过导体转子与永磁转子产生相对运动，从而在导体转子上产生交变感应磁场，交变感应磁场与交变永磁场相互啮合，从而产生扭矩，将动力从动力侧传到负载侧。其均由导体转子、永磁转子、调节机构三部分组成。盘式永磁调速器调节导体转子与永磁转子之间的距离也就是调节气隙大小，气

23、隙大，传递的扭矩小，负载转速低，反之亦然，其结构如图8所示。而筒式永磁调速器则是通过调节永磁转子与导体转子之间的磁场啮合面积，实现传递扭矩大变化，啮合面大，则传递的扭矩大，负载转速高，反之亦然，其结构如图9所示。图8 盘式永磁调速器的工作原理图图9 筒式永磁调速器的工作原理图2)体积与重量比较筒式永磁调速器单位体积所能提供的扭矩传输或传动效率更高，因此在传递同等功率条件下：a)筒式永磁调速器的外径比盘式永磁调速器小50-200mm；b)筒式永磁调速器永磁转子的重量比盘式产品重量轻1/3左右；c)筒式永磁调速器导体转子的重量比盘式产品轻1/3左右；d)筒式永磁调速器的轴间距比盘式产品小50-15

24、0mm。由于筒式永磁调速器的重量轻、体积小，因此其转动惯量小，对系统的影响小。3)安装与维护比较永磁调速器对中要求都不高，因此安装都很方便，但是筒式与盘式相比，结构更简单，推拉机构更简单，可靠性高。盘式推拉机构采用4个角接触轴承，结构很复杂，轴承更换工作量大；而筒式采用2个角接触轴承，结构简单，轴承更换容易。4)调速范围比较盘式永磁调速器的调速范围为40%98%；而筒式永磁调速器的调速范围为30%98%。5)启动性能比较盘式永磁调速器为轻载启动；而筒式永磁调速器为零负载启动。6)过载保护比较盘式永磁调速器的永磁转子和导体转子不能完全脱开，只能部分过载保护；而筒式永磁调速器可以将负载完全脱开，为

25、完全过载保护。7)允许轴向窜动量比较盘式永磁调速器，两边气隙均匀度有要求，一般要求不超过1mm，否则就会产生轴向附加载荷，对系统的轴承有损害，因此对于轴向窜量大的系统不能很好地应用；而筒式永磁调速器可容许轴向窜动量为10mm，不产生附加载荷。盘式永磁调速器可允许不同心度误差5mm，而筒式仅允许1mm。盘式和筒式结构轴向窜动量比较如图10、11所示。图10盘式永磁调速器两侧气隙均匀度有要求 图11筒式永磁调速器没有要求8)轴向力比较盘式永磁调速器磁力方向为轴向，很难做到轴向力完全平衡，轴向力较大；筒式永磁调速器磁力方向为径向，轴向力很小。经过实验，盘式永磁调速器的轴向力为筒式永磁调速器的1015

26、倍。9)散热和噪音比较由于在导体上有发热，因此永磁调速器的散热很关键，盘式永磁调速器的发热在侧面，散热困难；而筒式永磁调速器单位体积发热量较少，且在外圈产生热量，散热容易；前者噪音大，在永磁调速器旁边0.5米处测量，噪音一般在110130dB，需要加消音设备；而后者噪音小，在永磁调速器旁边0.5米处测量，噪音一般在8095dB，普通防护罩即可。10）永磁材料的使用比较同等功率条件下，筒式永磁调速器需要的永磁体比盘式结构多。2 南京艾凌节能技术有限公司及其产品介绍2.1 公司简介南京艾凌节能技术有限公司（以下简称艾凌节能公司）成立于2005年7月,座落于南京江宁淳化工业集中区，是一家专业致力于永

27、磁调速系统研发、设计、生产、销售和服务的高新技术企业。截止 2015 年1月，艾凌节能公司已申请专利 60多项，其中发明专利16 项，已获得国家专利证书28项，发明专利两项。目前我公司已经具有生产30kW400kW风冷永磁调速器、4002000kW水冷永磁调速器和160315kW煤安型永磁调速器的能力。2010年以来，艾凌节能公司先后获得国家科技部中小企业创新基金、江苏省及南京市科技部门和南京市工信委资金无偿资助，被评为知识产权工作先进单位。艾凌节能公司永磁调速系列产品已列入江苏省自主创新产品名录。2011年底，公司研发的800kW永磁调速器通过国家鉴定。2012年，永磁调速系列产品列为国家科

28、技部重点新产品。公司自成立以来，已成功为国内发电、石化、钢铁、市政、水泥、采矿等行业多家大型高耗能企业设计、施工、应用永磁调速系列产品。2014年获得省级科技进步二等奖1项，公司 ISO9001 质量控制体系覆盖了从设计、原材料采购、生产加工、销售和服务的全过程。2.2 公司发展历程 2005年7月成立；从事永磁调速技术的研究和永磁调速器生产、销售、服务。 2007年10月，国内首个永磁调速专用研究实验平台投入使用； 2008年4月，国内第一台30kW永磁耦合器中石化某热电厂成功投运； 2009年4月，国内第一台110kW基于气隙调节方式永磁调速原理的永磁调速器在苏南某钢铁厂成功投运； 200

29、9年8月，国内第一台220kW基于气隙调节方式永磁调速原理的永磁调速器在某热电厂成功投运； 2009年10月，第二代永磁调速器问世； 2010年4月，国内外第一台220kW基于啮合面调节方式永磁调速器在某热电厂成功投运； 2010年6月，获得国家科技部创新基金无偿资助、南京市科委、下关区科技局无偿资助； 2010年9月，500kW永磁调速器样机完成设计，进入试制阶段。 2010年12月，第一台500kW永磁调速器样机完成第一轮实验。 2011年8月，第一台800kW永磁调速器样机完成第一轮实验。 2011年10月，江苏省科技厅工业支撑计划无偿资助。 2011年10月，第一台500kW永磁调速器

30、投入现场应用。 2012年4月，第一台900kW永磁调速器投入现场应用。 2012年11月，第一台1000kW永磁调速器投入现场应用。 2013年10月，第一台1800kW永磁调速器交付使用。 2014年2月，公司申请了矿用防爆型永磁调速器。 2014年5月，套筒式永磁调速器获得中国石油自动化协会科技进步二等奖。2.3 公司主要获得荣誉及资质2.3.1 产品防爆合格证自冷型永磁调速器水冷型永磁调速器2.3.2 国家重点新产品2.3.3 企业科技成果自主创新奖2.3.4 科技成果证书2.3.5 高新技术产品认证2.3.6 节能产品与技术优秀奖2.3.7 创新基金证书立项证书验收合格证书2.3.8

31、 体系证书2.3.9 知识产权先进单位2.3.10 套筒式永磁调速器科技进步二等奖2.3.11 专利证书目前，艾凌节能已申请专利93项，其中发明专利42项，实用新型专利50项，外观设计专利1项；已获得国家专利授权41项，其中发明专利授权6项，实用新型专利34项，外观设计专利1项。公司已累计发表论文10篇。3 案例分析3.1 主要业绩表2 艾凌节能公司永磁调速器主要业绩表序号用户名称设备型号设备数量功率设备类型1中石化金陵石化ALT570V3套220kW灰浆泵2华电内蒙卓资发电分公司ALT1000H1套500kW循环泵3胜利油田胜利发电厂ALT570S1套180kW渣泵4茂名石化ALT0750H1套630kW水泵5巴陵石化发电厂ALT570S4套200kW引风机6胜利油田胜利发电厂ALT1000H1套1000kW循环水泵7胜利油田胜利发电厂ALT650H1套160kW渣泵8中石化长岭石化ALT0500H1套400kW引风机9胜利油田集输油气总厂ALT1000H1套800kW输油泵10胜利油田集输油气总厂ALT0750H1套680kW输油泵11海南炼化ALT330S3套90kW风机12山西美锦集团焦化有限公司ALT650S1套280kW水