助力碳中和的油冷型永磁調(diào)速器關(guān)鍵技術(shù)深度解讀

碳達峰、碳中和是我國統(tǒng)籌國際國內(nèi)兩個大局確定的目標(biāo)，是綜合考慮生態(tài)文明和經(jīng)濟發(fā)展后向國際社會作出的莊嚴(yán)承諾，對全球應(yīng)對氣候變化和我國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。電熱、石化、鋼鐵、冶金等能源消耗高密集型行業(yè)，一直是中國的碳排放“大戶”，從用電消費來看，其用電量占全國電力消費的68.2%*，如何治理高能耗？

根據(jù)國家惠民工程實施情況的統(tǒng)計，工業(yè)電機用電約占工業(yè)用電總量的75%。經(jīng)過努力，我國高效電動機的市場占有率已經(jīng)從原來不足5%提高到25%左右，但是還應(yīng)看到，70%以上的電機產(chǎn)品效率仍然比國外先進水平低2%～5%，高效電動機的市場占有率總體還比較低。而在實際運行中，由于系統(tǒng)匹配不合理、設(shè)備長期低負(fù)荷運行、系統(tǒng)傳動調(diào)速方式落后等原因，導(dǎo)致電機系統(tǒng)的實際運行效率比國外先進水平低10%～20%，差距更大。

永磁調(diào)速器是透過氣隙傳遞轉(zhuǎn)矩的革命性傳動設(shè)備,電機與負(fù)載設(shè)備轉(zhuǎn)軸之間無需機械連結(jié),電機旋轉(zhuǎn)時帶動導(dǎo)體主動轉(zhuǎn)子在裝有強力稀土磁鐵的磁盤從動轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的強磁場中切割磁力線，因而在導(dǎo)磁盤中產(chǎn)生渦電流(Eddy Current),該渦電流在導(dǎo)體主動轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)磁場，感應(yīng)磁場和永磁場之間磁性的相互吸合和排斥拉動從動轉(zhuǎn)載，從而實現(xiàn)了電機與負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩傳輸

電機與主動轉(zhuǎn)子連接在一起，轉(zhuǎn)速不變。通過調(diào)節(jié)從動轉(zhuǎn)子與主動轉(zhuǎn)子之間的氣隙（距離）的大小，可以調(diào)節(jié)從動轉(zhuǎn)子所處位置的磁場大小，氣隙越小，主動轉(zhuǎn)子所處位置的磁場越強，其高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場也越強，所產(chǎn)生的扭矩也越大，負(fù)載轉(zhuǎn)速也越高。反之，氣隙越大，主動轉(zhuǎn)子所處位置的磁場越小，其高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場也越小，產(chǎn)生的扭矩也越小，負(fù)載轉(zhuǎn)速也就越低。

臥式油冷型永磁調(diào)速器系統(tǒng)，是在油冷型專用永磁調(diào)速器裝置外加裝了其他三個部分，用于設(shè)備運行時的降溫冷卻，整體構(gòu)成為：油冷型永磁調(diào)速器+永磁分線箱+稀油站+稀油站端子箱

油冷型永磁調(diào)速器由外套筒、永磁設(shè)備主體、電動執(zhí)行器等部件組成，永磁設(shè)備主體由一個高精度的永磁轉(zhuǎn)子組件（含有高強度的永磁體）與負(fù)載軸相連，一個復(fù)合導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與電機軸相連。外轉(zhuǎn)子與內(nèi)轉(zhuǎn)子之間沒有物理(機械)聯(lián)接。整個永磁設(shè)備主體安裝在密封的外套筒內(nèi)，工作時由稀油站供油噴淋在永磁設(shè)備主體上起到降溫潤滑作用。

有效節(jié)能：

采用永磁調(diào)速器技術(shù)，可以通過調(diào)節(jié)氣隙實現(xiàn)流量和/或壓力的連續(xù)控制，取代原系統(tǒng)中控制流量和/或壓力的閥門或風(fēng)門擋板，在電機轉(zhuǎn)速不變的情況下，調(diào)節(jié)風(fēng)機或水泵的轉(zhuǎn)速。

永磁傳動技術(shù)主要是傳遞扭矩電機輸出的扭矩：

電機輸出的扭矩=負(fù)載設(shè)備所需扭矩;

風(fēng)機水泵等離心負(fù)載符合相似定律,扭矩變化與轉(zhuǎn)速變化的平方成正比,即：Tl/ T2 = (N1/N2)2;功率= T×W(扭矩×轉(zhuǎn)速）,所以電機輸出功率與負(fù)載設(shè)備轉(zhuǎn)速比的平方成正比,即：P1/P2 = (N1/N2)2。

減振：

如圖所示，無機械連接的扭矩傳遞，解決了聯(lián)軸器對心帶來振動及電機軸承負(fù)荷過高的問題。

帶緩沖的軟啟動

減少電機的啟動沖擊電流，減小扭振，避免了電機軸承跑套，減輕電機的軸承負(fù)荷，同時有2～4%降速*，可進一步降低電機的運行電流從而降低軸承溫度。

允許較大的安裝對中誤差

大大簡化安裝、調(diào)試過程，節(jié)約了時間。

使用壽命長

聯(lián)軸器和永磁耦合器輸出功率對比圖（來源于沃弗實驗室）

目前，沃弗油冷型永磁調(diào)速器已經(jīng)應(yīng)用于中煤大同能源電廠、國電龍山電廠、國電泰安電廠、神華國華孟津電廠、大唐發(fā)耳電廠、國電鎮(zhèn)江大港電廠、南京鋼鐵集團三煉鋼廠、中船重工、湘潭鋼鐵、云南鋁業(yè)等眾多能源消耗高密集型大型工礦企業(yè)大功率電機節(jié)能技改，設(shè)備均運行良好，以國電鎮(zhèn)江大港熱電廠改造項目為例，引風(fēng)機采用臥式油冷型永磁調(diào)速器調(diào)節(jié)，年節(jié)約總電量為224.58萬kW?h，折合年節(jié)約標(biāo)煤729.88t，減排二氧化碳2023.6t/a*。

2021年是“十四五”開局之年，亦是后疫情時代發(fā)展的關(guān)鍵之年。制造業(yè)正由中低端向中高端轉(zhuǎn)型，由大而全向?qū)６D(zhuǎn)型，由生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變。要在實現(xiàn)碳達峰、碳中和的同時實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，任務(wù)異常艱巨、挑戰(zhàn)非常巨大。要想在這場前所未有的變革中有所作為，沃弗永磁力爭在永磁傳動領(lǐng)域的新理論、新發(fā)現(xiàn)、新技術(shù)上取得重大突破，為碳達峰、碳中和作出真貢獻。

注釋：

1、電量占全國電力消費的68.2%，數(shù)據(jù)來源于中電聯(lián)、智研咨詢整理；

2、2～4%降速，數(shù)據(jù)來源于沃弗實驗室。

3、節(jié)電率：20%~50%；年節(jié)約總電量為224.58萬kW?h，折合年節(jié)約標(biāo)煤729.88t，減排二氧化碳2023.6t/a，數(shù)據(jù)來源于2020年《國家工業(yè)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用指南與案例（2020）》，

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