繞組式永磁耦合傳動技術

  1、引言

  耦合傳動是一種隔離傳動方式，它允許電機（或其它原動機）單獨空載起動，而后通過摩擦力、液力或磁力逐漸加載，帶動負載。耦合傳動方式使得系統(tǒng)的起動時間、起動轉矩可控可調(diào)，并能隔離負載端的沖擊，實現(xiàn)對電機（或其它原動機）的保護。，因此在工業(yè)領域得到廣泛的應用。

  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為驅動端功率；

  P₂為負載端功率；

  sP₁為轉差功率

  s為轉差，s=（n1-n2）/n1

  轉差功率的處理方法，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，轉差功率消耗在銅導體上，銅導體發(fā)熱導致耦合器溫度升高。

  因此，這些耦合器都不太適合于長時間、大轉矩起動的場合。而渦流式永磁級耦合器具有結構簡單可靠、維護較為方便等優(yōu)點，在風機、水泵等應用場合具有一定的實用性。

  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，特別是堵轉時溫升迅速上升需及時斷開保護；

  — 不適合重載起動，速差大時傳遞扭矩??；

  — 傳動效率隨調(diào)速范圍線性減低；

  — 轉差越大，節(jié)能效果越不明顯；

  — 不適合恒轉矩調(diào)速；

  —操作機構和溫升冷卻系統(tǒng)不可少，整體結構臃腫復雜，可靠性降低 。

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

  相對渦流式結構，繞組式永磁耦合傳動具有以下明顯優(yōu)點：

  — 無機械執(zhí)行機構，結構更簡單，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，提高起動轉矩2～3倍；

  — 通過控制繞組中的電流，實現(xiàn)精確的轉矩控制，如恒轉矩控制，或預先        設定的任意轉矩曲線控制；

  —通過檢測繞組中的電流，實現(xiàn)精確、快速、方便的保護。

  2、繞組式永磁耦合傳動技術介紹

  2.1 繞組式耦合傳動技術簡介

  圖2 繞組式永磁耦合器

  永磁轉子3和繞組轉子4構成類似永磁電機（永磁發(fā)電機），只要兩者之間有速差，在繞組中產(chǎn)生感應電動勢?？刂茊卧油▌t產(chǎn)生感應電流，產(chǎn)生扭矩傳動，相當于離合器的合；控制單元斷開無感應電流產(chǎn)生，不傳遞扭矩，相當于離合器的離；控制單元控制感應電流的大小，則可控制傳遞扭矩的大小，進而控制速度的大小，達到軟起動和調(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：

  —幾乎免維修；

  —起動轉矩可精確調(diào)整；

  —操作非常方便；

  —溫升低，起動轉矩可提高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還可以作為調(diào)速器，取代變頻調(diào)速器，主要特點如下：

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

  — 高效率的調(diào)速性能：因為變流控制的功率只是總功率的一部分（滑差功率），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個百分點，系統(tǒng)綜合效率在全轉速范圍內(nèi)都能保持在96%以上，節(jié)電率很高；

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

  — 技術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、風機類負載），僅承受繞組轉子回路的低電壓，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，遠低于國家標準要求，一般無須加濾波器；

  —靈活方便的控制方式：可實現(xiàn)開環(huán)運行與閉環(huán)運行、本地控制與遠程控制?？煞奖銓崿F(xiàn)與DCS系統(tǒng)或其它計算機網(wǎng)絡連接。

  — 完善的保護措施：全面完善的保護和閉鎖措施。當系統(tǒng)故障時，用戶可選擇全速運行或負載停車，同時因為永磁耦合調(diào)速器具有離合功能，所以負載停車時原動機或驅動電機不必停機；

  — 具有優(yōu)異的起動性能：一般的，異步電動機起動轉矩遠遠小于其最大轉矩。在重載起動場合，永磁耦合調(diào)速器允許電機空載起動，利用電動機的最大過載轉矩而不是起動轉矩來起動負載，從而無需采購特殊的大起動轉矩的驅動設備；

  — 優(yōu)異的過載能力和過載保護功能：過載能力可設置成等于原動機或驅動電機的過載能力，過載保護大小可任意設定；

  — 系統(tǒng)結構簡單、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，維護費用低，日常維護少，使用壽命長。

  3、結論

  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。作為一種隔離傳動技術，在工業(yè)領域的技術優(yōu)勢非常明顯，具有非常廣泛的發(fā)展前景。