礦用調(diào)速型永磁耦合器性能影響因素分析之結(jié)構(gòu)原理

      摘要：

      為了更好地指導(dǎo)礦用調(diào)速型永磁耦合器的設(shè)計(jì)、選型和使用,采用有限元仿真的方法,選取氣隙厚度、導(dǎo)體盤電導(dǎo)率、導(dǎo)體盤厚度三個(gè)關(guān)鍵因素,對(duì)40kW礦用調(diào)速型永磁耦合器的最大傳遞轉(zhuǎn)矩、最大可調(diào)轉(zhuǎn)速、功率損耗這三個(gè)重要性能指標(biāo)的影響進(jìn)行了分析；并將分析結(jié)論應(yīng)用于負(fù)載匹配,分析其調(diào)速特性及節(jié)能效果。分析結(jié)果表明三個(gè)因素分別與三個(gè)性能指標(biāo)存在相關(guān)性；對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩與二次方律負(fù)載，永磁耦合器都有13%的最大調(diào)速范圍，對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載起不到節(jié)能效果，對(duì)于二次方律負(fù)載,在需要調(diào)節(jié)流量的情況下，最多可降低13%的流量及34%的電機(jī)功率，相較于增阻調(diào)節(jié)流量方式有一定的節(jié)能效果。

      永磁耦合器作為一種新型的磁力傳動(dòng)機(jī)械，具有可靠性、長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)越性，并廣泛應(yīng)用在礦山生產(chǎn)中。永磁耦合器的原理和機(jī)械特性曲線與異步電機(jī)類似，主要性能指標(biāo)為最大可傳遞轉(zhuǎn)矩，一些學(xué)校及科研機(jī)構(gòu)已對(duì)其進(jìn)行了一定的研究。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中主要使用的是調(diào)速型永磁耦合器，調(diào)速特性是其關(guān)鍵性能，也直接影響其節(jié)能效果，而相關(guān)的研究較少。本文采用有限元仿真的方法，以40kW礦用調(diào)速型永磁耦合器為研究對(duì)象，選取氣隙厚度、導(dǎo)體盤電導(dǎo)率、導(dǎo)體盤厚度三個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)永磁耦合器調(diào)速性能的影響因素進(jìn)行了研究。

      結(jié)構(gòu)及工作原理

      分析礦用調(diào)速型永磁耦合器剖視圖得知，輸入端由輸入軸1、兩組外鋼盤2、兩組導(dǎo)體盤3組成，輸出端由輸出軸4、兩組磁體盤5組成，磁體盤中按圓周方向嵌入永磁體6，輸入端與輸出端無(wú)直接連接，通過(guò)導(dǎo)體盤與磁體盤的氣隙來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。氣隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由蝸桿、渦輪8、絲杠9、軸套10組成，通過(guò)蝸桿端連接伺服電機(jī)，根據(jù)實(shí)際工況，操作伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

      工作原理

      當(dāng)永磁耦合器工作時(shí)，導(dǎo)體盤與磁體盤有相對(duì)轉(zhuǎn)差，因而產(chǎn)生感應(yīng)渦流。由楞次定律可知，由渦流產(chǎn)生的等效磁場(chǎng)阻礙原磁場(chǎng)的變化，感應(yīng)磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)的相互作用力成為動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力。當(dāng)氣隙變化時(shí)，永磁耦合器轉(zhuǎn)差發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。

      轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差的關(guān)系采用如下步驟獲得:

      ①永磁耦合器的永磁體工作點(diǎn)位于其回復(fù)線上，可構(gòu)建回復(fù)線方程;

      ②由永磁耦合器結(jié)構(gòu)可繪制等效磁路模型，進(jìn)而得到外磁路特性曲線方程;

      ③聯(lián)立上述兩個(gè)方程可求得永磁體實(shí)際工作時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁場(chǎng)強(qiáng)度H，由電磁感應(yīng)原理可計(jì)算得導(dǎo)體盤不同半徑處的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)差，并參考薄膜電阻計(jì)算方法計(jì)算導(dǎo)體盤渦流區(qū)域等效電阻，進(jìn)而得到渦流大小，并由此得到渦流損耗功率;

      ④由能量守恒定律可知渦流損耗功率等于輸入輸出端功率差，由此得到轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差的關(guān)系方程式中，NP為耦合器磁極數(shù);Br為永磁體剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度;hm為永磁體充磁方向厚度;ws為導(dǎo)體盤與永磁體盤間的轉(zhuǎn)差；rm1為永磁體內(nèi)徑；rm2為永磁體外徑；ＲP為導(dǎo)體盤等效電阻；ＲPS為外鋼盤等效電阻，與其電導(dǎo)率有關(guān)；Ｒm為永磁體等效磁阻Ｒ"為永磁耦合器外磁路磁阻，與氣隙厚度、導(dǎo)體盤厚度有關(guān)；μ0為真空磁導(dǎo)率；μr為永磁體相對(duì)磁導(dǎo)率;Am為永磁體截面積。

本文由 永磁耦合器 整理編輯。