變頻調(diào)速與永磁調(diào)速技術(shù)和經(jīng)濟(jì)對比分析
目前，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法主要有變頻調(diào)速、液耦調(diào)速以及永磁調(diào)速等方法。變頻調(diào)速是目前應(yīng)用最廣，技術(shù)相對成熟的調(diào)速技術(shù)；永磁調(diào)速是一種透過氣隙傳遞轉(zhuǎn)矩的“革命性”傳動技術(shù)，因其高效節(jié)能、簡單可靠、震動噪音小等諸多優(yōu)點(diǎn)，在調(diào)速領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣；而液耦調(diào)速由于調(diào)節(jié)精度低、調(diào)速范圍有限、低速轉(zhuǎn)差損耗大、控制精度低、線性度差、響應(yīng)慢、容易漏液等原因，其運(yùn)用正在逐步減少。
本文主要針對永磁調(diào)速和變頻調(diào)速兩種調(diào)節(jié)方式，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)行了比較和分析。
1 永磁調(diào)速和變頻調(diào)速的基本原理
永磁調(diào)速是一種透過氣隙傳遞轉(zhuǎn)矩的傳動技術(shù)。它以現(xiàn)代磁學(xué)為基本理論基礎(chǔ)，通過調(diào)節(jié)永磁體和導(dǎo)體之間的氣隙或耦合面積，來改變負(fù)載端的輸出轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)控制負(fù)載端流量或壓力的變化。 永磁調(diào)速裝置主要由導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和控制器三部分組成。導(dǎo)體轉(zhuǎn)子固定在電動機(jī)軸上，永磁轉(zhuǎn)子固定在負(fù)載轉(zhuǎn)軸上，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間無機(jī)械連接，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時帶動導(dǎo)體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，切割磁力線產(chǎn)生渦電流，該渦電流在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)磁場，使導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子間互相拉動，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩傳輸。永磁調(diào)速的特點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變，當(dāng)負(fù)載端的控制信號（如壓力、流量等）變化后，由執(zhí)行器對信號進(jìn)行識別和轉(zhuǎn)換，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間空氣間隙的大小，來改變負(fù)載端功率的輸出。
變頻調(diào)速的基本原理為：異步感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機(jī)極對數(shù)p三個參數(shù)有如下線性關(guān)系：
n = 60f （ 1 - s ） / p。
改變其中任何一個參數(shù)都可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。變頻器是通過改變電源頻率f 的方式來改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速的。根據(jù)泵的相似定律，可知泵的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，通過改變轉(zhuǎn)速，軸功率會大大降低，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
2 永磁調(diào)速和變頻調(diào)速的技術(shù)性比較
永磁調(diào)速和變頻調(diào)速都是高效節(jié)能的調(diào)速技術(shù)，但是二者從原理、構(gòu)造、使用維護(hù)以及對運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)能力等都有明顯的差異。下面從安裝、運(yùn)行和檢修維護(hù)三方面對兩種調(diào)速技術(shù)進(jìn)行了對比分析：
永磁調(diào)速和變頻調(diào)速技術(shù)性比較
項(xiàng)目 永磁調(diào)速 變頻器調(diào)速
工作原理 無機(jī)械連接，氣隙傳遞扭矩 電子變頻率
安裝 安裝難度 容易 難
軸系找中 電機(jī)軸和泵軸之間無機(jī)械連接，
軸系找中要求低 電機(jī)軸和泵軸之間機(jī)械剛性連接，軸系找中要求高
附屬廠房及設(shè) 備安裝工作量 除了兩軸之間永磁裝置和永磁 執(zhí)行器之外無其他附件，安裝工 作簡易 由于變頻器電氣元件對環(huán)境要 求很高，整套變頻系統(tǒng)除了變 頻設(shè)備和連接電纜之外，需要 設(shè)置單獨(dú)的帶空調(diào)設(shè)備的變頻 器室，來確保變頻器安全穩(wěn)定 運(yùn)行，所以附屬房間和設(shè)備的工作量很大。
運(yùn)行 效率 96%～99% 98%以上（進(jìn)口），96%（國產(chǎn)）
輸入電壓敏感 無電氣元件，對輸入電壓要求很 低 對輸入的電壓敏感，不同電壓 等級的變頻器設(shè)置不同，電壓等級越高，設(shè)置越復(fù)雜。
過載保護(hù) 通過滑差來實(shí)現(xiàn)過載保護(hù) 過流保護(hù)
系統(tǒng)減震 由于軸系之間無機(jī)械剛性連接， 且泵在最佳工況下運(yùn)行，可以有效地降低震動。 由于變頻器只是對電機(jī)進(jìn)行控 制，泵與電機(jī)之間還是傳統(tǒng)的
機(jī)械連接
運(yùn)行環(huán)境要求 可適用于室外、高粉塵、礦井、
輪船等惡劣環(huán)境 需要防雷，空調(diào)，防塵，對環(huán)境
要求很高
能頻繁啟停 是 否
響應(yīng)速度 較慢 快
調(diào)節(jié)精度 較高 很高
增加軸承油封
和系統(tǒng)壽命 是 否
軟啟動 空載啟動 低頻啟動
輸入功率因數(shù) 同電機(jī) 低于電機(jī)
電力諧波 無 較高
使用壽命 25 年以上 10 年左右
維護(hù) 與檢 修 故障查找難度 容易 較難
故障點(diǎn)數(shù)量 最少 較多
軸承油封更換 頻率 極低 高
維護(hù)難易度 只需要鉗工對永磁機(jī)械設(shè)備進(jìn) 行維護(hù)，操作簡單，維護(hù)檢修時 間短，人員要求低。 需要電氣專業(yè)工程師對變頻設(shè) 備進(jìn)行檢查，由于變頻器電氣 元件和設(shè)備復(fù)雜，所需人員要
求和時間也較高。
通過對比可以看出，永磁調(diào)速技術(shù)在效率、調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)速度三個方
面略比變頻差，其余方面都是要比變頻調(diào)速有優(yōu)勢。
3 永磁調(diào)速和變頻調(diào)速的經(jīng)濟(jì)對比
以某發(fā)電廠每臺機(jī)組配兩臺50%的凝結(jié)水泵，對兩種調(diào)速方式在造價、安裝調(diào)試、運(yùn)營和維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，見下表：
凝結(jié)水泵永磁調(diào)速和變頻調(diào)速經(jīng)濟(jì)對比
項(xiàng)目 永磁調(diào)速 變頻器調(diào)速
凝結(jié)水泵 揚(yáng)程300mH2O，流量600m3/h， 電機(jī)功率650kW，電壓等級6kV
造價 調(diào)速器價格 進(jìn)口設(shè)備：108 萬元/臺 進(jìn)口設(shè)備：130 萬元/臺
材料配件 1萬元 8萬元（變頻電纜5萬元，制冷空調(diào)3萬元）
數(shù)量 2 1
附屬廠房造價 無附屬廠房 變頻室（4*9M）：10.8萬元
小計
217萬元 進(jìn)口設(shè)備：148.8萬元
運(yùn)營成本 純機(jī)械結(jié)構(gòu) 制冷系統(tǒng)年耗能（5.6%）：12.74萬元/年
維護(hù)成本 潤滑油脂等維護(hù)：0.2萬元/年 模塊損壞更換等1萬元/年
總體來說， 無論從初投資還是后續(xù)運(yùn)營及維護(hù)，凝結(jié)水泵采用永磁較進(jìn)口變頻調(diào)速造價要經(jīng)濟(jì)。
4 結(jié)束語
通過分析可知，相比于變頻調(diào)速技術(shù)，永磁調(diào)速在傳遞效率、調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)速度方面略低于變頻調(diào)速，但在泵組的安裝、調(diào)試、檢修方面，要比變頻簡單、方便，在使用壽命、運(yùn)行環(huán)境適應(yīng)性、泵組減震降噪、軟啟動、過載保護(hù)、對電網(wǎng)諧波影響等方面的性能，都要優(yōu)于變頻調(diào)速；經(jīng)濟(jì)方面，永磁設(shè)備現(xiàn)階段都依賴于進(jìn)口，設(shè)備價格昂貴，工程初期投資要高于進(jìn)口變頻設(shè)備，如果考慮到設(shè)備壽命，永磁調(diào)速的初期投資比變頻調(diào)速的投資低，并且運(yùn)行成本比變頻節(jié)省，所以總體來講，永磁調(diào)速相比于進(jìn)口變頻調(diào)速裝置要更經(jīng)濟(jì)。
總之，永磁調(diào)速是一種技術(shù)先進(jìn)的新型節(jié)能調(diào)節(jié)技術(shù)，為電動機(jī)的調(diào)速節(jié)能提供了一種新的選擇。目前，該技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用時間還比較短，隨著產(chǎn)品的應(yīng)用，運(yùn)行可靠性得到充分證明后，將會有廣闊的應(yīng)用前景。
