繞組式永磁耦合傳動技術(shù)

  1、引言

  耦合傳動是一種隔離傳動方式，它允許電機(jī)（或其它原動機(jī)）單獨(dú)空載起動，而后通過摩擦力、液力或磁力逐漸加載，帶動負(fù)載。耦合傳動方式使得系統(tǒng)的起動時(shí)間、起動轉(zhuǎn)矩可控可調(diào)，并能隔離負(fù)載端的沖擊，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)（或其它原動機(jī)）的保護(hù)。，因此在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)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(qū)動端功率；

  P₂為負(fù)載端功率；

  sP₁為轉(zhuǎn)差功率

  s為轉(zhuǎn)差，s=（n1-n2）/n1

  轉(zhuǎn)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(zhuǎn)差功率消耗在摩擦片上，摩擦片發(fā)熱，溫度升高；

  — 液力耦合器，轉(zhuǎn)差功率消耗在液體里，液體發(fā)熱，溫度升高；

  — 目前的渦流式永磁耦合器，轉(zhuǎn)差功率消耗在銅導(dǎo)體上，銅導(dǎo)體發(fā)熱導(dǎo)致耦合器溫度升高。

  因此，這些耦合器都不太適合于長時(shí)間、大轉(zhuǎn)矩起動的場合。而渦流式永磁級耦合器具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、維護(hù)較為方便等優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)機(jī)、水泵等應(yīng)用場合具有一定的實(shí)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(huán)）溫升高，需要冷卻，調(diào)速范圍越大，速差就越大，則溫升越高，特別是堵轉(zhuǎn)時(shí)溫升迅速上升需及時(shí)斷開保護(hù)；

  — 不適合重載起動，速差大時(shí)傳遞扭矩?。?

  — 傳動效率隨調(diào)速范圍線性減低；

  — 轉(zhuǎn)差越大，節(jié)能效果越不明顯；

  — 不適合恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；

  —操作機(jī)構(gòu)和溫升冷卻系統(tǒng)不可少，整體結(jié)構(gòu)臃腫復(fù)雜，可靠性降低 。

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

  相對渦流式結(jié)構(gòu)，繞組式永磁耦合傳動具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

  — 無機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)矩2～3倍；

  — 通過控制繞組中的電流，實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩控制，如恒轉(zhuǎn)矩控制，或預(yù)先        設(shè)定的任意轉(zhuǎn)矩曲線控制；

  —通過檢測繞組中的電流，實(shí)現(xiàn)精確、快速、方便的保護(hù)。

  2、繞組式永磁耦合傳動技術(shù)介紹

  2.1 繞組式耦合傳動技術(shù)簡介

  圖2 繞組式永磁耦合器

  永磁轉(zhuǎn)子3和繞組轉(zhuǎn)子4構(gòu)成類似永磁電機(jī)（永磁發(fā)電機(jī)），只要兩者之間有速差，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。控制單元接通則產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生扭矩傳動，相當(dāng)于離合器的合；控制單元斷開無感應(yīng)電流產(chǎn)生，不傳遞扭矩，相當(dāng)于離合器的離；控制單元控制感應(yīng)電流的大小，則可控制傳遞扭矩的大小，進(jìn)而控制速度的大小，達(dá)到軟起動和調(diào)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(shù)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(yōu)點(diǎn)：

  —幾乎免維修；

  —起動轉(zhuǎn)矩可精確調(diào)整；

  —操作非常方便；

  —溫升低，起動轉(zhuǎn)矩可提高3倍以上。

  2.3 繞組式永磁耦合調(diào)速器

  圖4 繞組式永磁耦合傳動調(diào)速功能原理框圖

  采用繞組式永磁耦合傳動技術(shù)還可以作為調(diào)速器，取代變頻調(diào)速器，主要特點(diǎn)如下：

  — 調(diào)速范圍寬、平滑、無級：在同步轉(zhuǎn)速以下，實(shí)現(xiàn)用戶要求的最低轉(zhuǎn)速至99%額定轉(zhuǎn)速間平滑無級調(diào)速，且機(jī)械特性硬；

  — 高效率的調(diào)速性能：因?yàn)樽兞骺刂频墓β手皇强偣β实囊徊糠郑ɑ罟β剩?，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(gè)百分點(diǎn)，系統(tǒng)綜合效率在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能保持在96%以上，節(jié)電率很高；

  — 高精度的轉(zhuǎn)速控制：系統(tǒng)的靜態(tài)精度≥99.8%，完全滿足各類負(fù)載對轉(zhuǎn)速精度的要求；

  — 技術(shù)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(fēng)機(jī)類負(fù)載），僅承受繞組轉(zhuǎn)子回路的低電壓，系統(tǒng)可靠性得到保證；變頻控制的功率小，因而變流產(chǎn)生的諧波也小，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)要求，一般無須加濾波器；

  —靈活方便的控制方式：可實(shí)現(xiàn)開環(huán)運(yùn)行與閉環(huán)運(yùn)行、本地控制與遠(yuǎn)程控制?？煞奖銓?shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)或其它計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接。

  — 完善的保護(hù)措施：全面完善的保護(hù)和閉鎖措施。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，用戶可選擇全速運(yùn)行或負(fù)載停車，同時(shí)因?yàn)橛来篷詈险{(diào)速器具有離合功能，所以負(fù)載停車時(shí)原動機(jī)或驅(qū)動電機(jī)不必停機(jī)；

  — 具有優(yōu)異的起動性能：一般的，異步電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其最大轉(zhuǎn)矩。在重載起動場合，永磁耦合調(diào)速器允許電機(jī)空載起動，利用電動機(jī)的最大過載轉(zhuǎn)矩而不是起動轉(zhuǎn)矩來起動負(fù)載，從而無需采購特殊的大起動轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動設(shè)備；

  — 優(yōu)異的過載能力和過載保護(hù)功能：過載能力可設(shè)置成等于原動機(jī)或驅(qū)動電機(jī)的過載能力，過載保護(hù)大小可任意設(shè)定；

  — 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小，控制容易，對環(huán)境要求低，一般廠房的自然環(huán)境即可；

  —非接觸傳動，不傳遞熱振動和噪聲，抗沖擊性能強(qiáng)，維護(hù)費(fèi)用低，日常維護(hù)少，使用壽命長。

  3、結(jié)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(chǎn)品，其優(yōu)異的離合和軟起動性能完全可取代液力耦合器，而在調(diào)速方面則具有變頻調(diào)速所不具備的一些優(yōu)異特點(diǎn)。作為一種隔離傳動技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢非常明顯，具有非常廣泛的發(fā)展前景。