变频调速与永磁调速技术和经济对比分析

　　目前，实现调速的方法主要有变频调速、液耦调速以及永磁调速等方法。变频调速是目前应用最广，技术相对成熟的调速技术；永磁调速是一种透过气隙传递转矩的“革命性”传动技术，因其高效节能、简单可靠、震动噪音小等诸多优点，在调速领域的应用也越来越广；而液耦调速由于调节精度低、调速范围有限、低速转差损耗大、控制精度低、线性度差、响应慢、容易漏液等原因，其运用正在逐步减少。

　　本文主要针对永磁调速和变频调速两种调节方式，从技术和经济两方面进行了比较和分析。

　　1 永磁调速和变频调速的基本原理

　　永磁调速是一种透过气隙传递转矩的传动技术。它以现代磁学为基本理论基础，通过调节永磁体和导体之间的气隙或耦合面积，来改变负载端的输出转矩，从而实现控制负载端流量或压力的变化。 永磁调速装置主要由导体转子、永磁转子和控制器三部分组成。导体转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，导体转子和永磁转子之间无机械连接，电机旋转时带动导体转子旋转，切割磁力线产生涡电流，该涡电流在导体转子上产生感应磁场，使导体转子与永磁转子间互相拉动，从而实现了电机与负载之间的转矩传输。永磁调速的特点是电机转速基本不变，当负载端的控制信号（如压力、流量等）变化后，由执行器对信号进行识别和转换，通过调节导体转子与永磁转子之间空气间隙的大小，来改变负载端功率的输出。

　　变频调速的基本原理为：异步感应电动机的转速n与电源频率f、转差率s、电机极对数p三个参数有如下线性关系：

　　n = 60f （ 1 - s ） / p。

　　改变其中任何一个参数都可以实现转速的改变。变频器是通过改变电源频率f 的方式来改变电动机转速的。根据泵的相似定律，可知泵的功率与转速的三次方成正比，通过改变转速，轴功率会大大降低，从而实现节能。

　　2 永磁调速和变频调速的技术性比较

　　永磁调速和变频调速都是高效节能的调速技术，但是二者从原理、构造、使用维护以及对运行环境的适应能力等都有明显的差异。下面从安装、运行和检修维护三方面对两种调速技术进行了对比分析：

　　永磁调速和变频调速技术性比较

　　项目 永磁调速 变频器调速

　　工作原理 无机械连接，气隙传递扭矩 电子变频率

　　安装 安装难度 容易 难

　　轴系找中 电机轴和泵轴之间无机械连接，

　　轴系找中要求低 电机轴和泵轴之间机械刚性连接，轴系找中要求高

　　附属厂房及设 备安装工作量 除了两轴之间永磁装置和永磁 执行器之外无其他附件，安装工 作简易 由于变频器电气元件对环境要 求很高，整套变频系统除了变 频设备和连接电缆之外，需要 设置单独的带空调设备的变频 器室，来确保变频器安全稳定 运行，所以附属房间和设备的工作量很大。

　　运行 效率 96%～99% 98%以上（进口），96%（国产）

　　输入电压敏感 无电气元件，对输入电压要求很 低 对输入的电压敏感，不同电压 等级的变频器设置不同，电压等级越高，设置越复杂。

　　过载保护 通过滑差来实现过载保护 过流保护

　　系统减震 由于轴系之间无机械刚性连接， 且泵在最佳工况下运行，可以有效地降低震动。 由于变频器只是对电机进行控 制，泵与电机之间还是传统的

　　机械连接

　　运行环境要求 可适用于室外、高粉尘、矿井、

　　轮船等恶劣环境 需要防雷，空调，防尘，对环境

　　要求很高

　　能频繁启停 是 否

　　响应速度 较慢 快

　　调节精度 较高 很高

　　增加轴承油封

　　和系统寿命 是 否

　　软启动 空载启动 低频启动

　　输入功率因数 同电机 低于电机

　　电力谐波 无 较高

　　使用寿命 25 年以上 10 年左右

　　维护 与检 修 故障查找难度 容易 较难

　　故障点数量 最少 较多

　　轴承油封更换 频率 极低 高

　　维护难易度 只需要钳工对永磁机械设备进 行维护，操作简单，维护检修时 间短，人员要求低。 需要电气专业工程师对变频设 备进行检查，由于变频器电气 元件和设备复杂，所需人员要

　　求和时间也较高。

　　通过对比可以看出，永磁调速技术在效率、调节精度和响应速度三个方

　　面略比变频差，其余方面都是要比变频调速有优势。

　　3 永磁调速和变频调速的经济对比

　　以某发电厂每台机组配两台50%的凝结水泵，对两种调速方式在造价、安装调试、运营和维护费用进行经济性比较，见下表：

　　凝结水泵永磁调速和变频调速经济对比

　　项目 永磁调速 变频器调速

　　凝结水泵 扬程300mH2O，流量600m3/h， 电机功率650kW，电压等级6kV

　　造价 调速器价格 进口设备：108 万元/台 进口设备：130 万元/台

　　材料配件 1万元 8万元（变频电缆5万元，制冷空调3万元）

　　数量 2 1

　　附属厂房造价 无附属厂房 变频室（4*9M）：10.8万元

　　小计

　　217万元 进口设备：148.8万元

　　运营成本 纯机械结构 制冷系统年耗能（5.6%）：12.74万元/年

　　维护成本 润滑油脂等维护：0.2万元/年 模块损坏更换等1万元/年

　　总体来说， 无论从初投资还是后续运营及维护，凝结水泵采用永磁较进口变频调速造价要经济。

　　4 结束语

　　通过分析可知，相比于变频调速技术，永磁调速在传递效率、调节精度和响应速度方面略低于变频调速，但在泵组的安装、调试、检修方面，要比变频简单、方便，在使用寿命、运行环境适应性、泵组减震降噪、软启动、过载保护、对电网谐波影响等方面的性能，都要优于变频调速；经济方面，永磁设备现阶段都依赖于进口，设备价格昂贵，工程初期投资要高于进口变频设备，如果考虑到设备寿命，永磁调速的初期投资比变频调速的投资低，并且运行成本比变频节省，所以总体来讲，永磁调速相比于进口变频调速装置要更经济。

　　总之，永磁调速是一种技术先进的新型节能调节技术，为电动机的调速节能提供了一种新的选择。目前，该技术在国内应用时间还比较短，随着产品的应用，运行可靠性得到充分证明后，将会有广阔的应用前景。