摘要 调速是节能降耗的重要方式，本文分析了电机调速、液力耦合调速和永磁调速的优缺点，详细介绍了一种改变绕组电流大小的新型永磁调速技术，通过永磁体的磁力电机与负载联接起来的一种具有保护功能的调速联轴器，内外转子通过非接触柔性传动取代了传统联轴器的机械联接，实现软联接。此外，新型永磁调速技术将转子的转差功率通过调速控制柜回送给电机的工作电源，起到节能作用，进一步降低负载的能耗。利用该技术改造功率为450kW闭式水泵，能够快速、灵活地调速运行，有效降低水泵的能耗，是离心式调速负载节能降耗的应用趋势。
关键词：IGBT 新型永磁调速技术 节能
0 引言
随着火力发电机组容量的增大、技术的成熟，降低煤耗，已成为火力发电研究的热潮，其中电厂辅机能耗是影响机组煤耗的重要因素。现场运行中，通过管道中调节阀门控制流量或压力，以满足生产过程的需要，但在调节阀门开度减小时，由于电机输入功率不会显著减小，多余的流量通过循环管道回至水泵的输入端，这样很多能量由此浪费掉。
而采用永磁调速技术，在电机转速不变的情况下改变水泵运行的转速，实现水泵流量和压力的控制。按照水泵离心负载的相似定律[1] ：水泵出口流量变化与转速成正比，压力变化与转速的平方成正比，泵输出功率变化与转速的三次方成正比。这样在水泵降速运行时，可以降低水泵出口的压力与流量，不必有多余的流量产生。同时可以急剧降低驱动电机功率，从而大大节约了电能。
目前，永磁调速技术研究较多是调整永磁转子与导体转子之间的气隙，气隙磁场的改变使得传递的扭矩和速度改变，从而获得可调整的、可控制的转速，实现负载速度的调节[4]。在实际生产中，磁场间气隙的调节还是属于机械部分的调节，存在机械动态调整，安装准心定位困难，维护量较大。本文介绍一种新型永磁调速技术，改变流过绕组回路中的IGBT电流大小，实现调速运行。该技术避免机械调节磁场的问题，具有超级弹性缓冲，停机更换配件大幅减少，后期无维护费。
1 新型永磁调速装置
新型永磁调速从装置结构与气隙控制永磁调速有所不同，由内转子绕组通过碳刷引至调速控制器，改变绕组的内阻，与负载侧相连的内绕组力矩的改变来实现调速。新型永磁调速装置如图1所示：
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（a）本体结构 （b）一次系统示意图
图 1 新型永磁调速器装置
图1为永磁本体结构，其安装于电机与泵体之间，永磁外转子与电机轴相连接，随电机空载启动。内转子与泵体轴相连接，永磁调速器内转子绕组被动切割永磁外转子的磁力线，产生感应电动势，转差越大，永磁调速器内转子绕组上的感应电动势越大。调速过程中改变绕组中的电流大小，不再在对气隙磁场的机械调节。该系统由本体、可调电阻柜、整流器、IGBT调速器、变压器、转接柜组成。在内、外转子之间存在转差时。整个控制回路上就存在转差功率，将该转差功率逆变回电机输入端，减小电机的输入电流，起到节能作用。
2 新型永磁调速工作原理
如下图2所示，系统启动时,电机空载启动，带动永磁转子转动，永磁调速器未启动，内转子绕组处于开路状态,即开关S1和S2处于断开状态，绕组不会产生电流，内转子就不会产生转矩。
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图 2 新型永磁调速器工作原理
电机空载运行后，启动永磁调速器，由PLC控制开关S1闭合、S2断开，接通内转子绕组电流回路。调节启动电阻R1，改变绕组电流的大小，则可控制转矩 的大小，进而控制负载额定In电流运行，达到软启动。
当系统启动完成进入调速运行时，断开S1，闭合S2，切除启动电阻，内绕组交流电通过三相整流模块，将交流电转换成直流电，然后通过改变IGBT的占空比改变控制回路电流，实现负载的转速调节，占空比越小，流过IGBT中回路电流越小，负载的转速越低；同时升压直流母线的电压，逆变单元将系统转差功率逆变回电机电源，供电机的工作电源，进一步起节能作用。
3 实验调试
改造功率为450kW闭式水泵，电机驱动额定转速为1485r/min，调速范围50%~99%。正常运行时，现场运行中调速范围不可能从50%调至99%，采取现场中占空比与转速的对应关系如下图3:
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图3 永磁调速转速-占空比
改变流过绕组回路中的IGBT的占空比，实际上就是改变流过IGBT的电流，从而改变内转子的力矩，从而达到调速的目的，调速灵活便捷。
改造后，永磁装置安装于电机与泵之间，占用空间小，方便检查检修。满足闭冷水系统的要求，减少不必要的水浪费，改造后闭冷泵电流下降13A，节能效果明显。闭冷泵属6kV电机，按照原泵额定电流46.6A，功率400KW计算，每天可节电约111×24＝2644kWh，一年则可节约厂用电约97万度电。
4 结论
本文详细介绍了新型永磁调速技术，取代传统联轴器的硬联接，实现非接触软性启动。通过改造闭式水泵永磁调速，结构简单、调速灵活便捷、运行维护费低，且具有良好的经济节能效果，是具有很大的推广意义。
参考文献
[1]张瑞,乌海热电厂升压泵永磁调速改造及应用[D].华北电力大学,2013
[2]李冬冬，刘建频，匡俊，马玉顺，吴义敏，陈永跃.永磁调速技术节能研究[J].黑龙江科学,2014,5(4):26-27