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摘 要：永磁调速技术是一种先进、可靠的电动机调速节能技术。该文介绍了永磁调速的节能原理，通过对比某1 000 MW机组闭式水泵在不同负荷下的运行工况，量化分析了在闭式水泵电机上应用永磁调速技术节能量的大小及经济上的可行性，总结了在电厂运行工况变化较大的辅机上应用永磁调速技术的优点，是离心式风机或泵类负荷调速节能的一种新选择。
关键词：永磁调速 1 000 MW机组 闭式水泵 节能
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（c）-0073-02
1 永磁调速装置介绍
其工作原理是通过气隙将扭力从电机端传向负载端，设备传动侧与负载侧之间无连接。位于传动装置一侧的强力稀土磁和位于另一侧的导体产生的感应电流在交互作用下产生扭力。通过改变气隙间距可以实现扭力的精确控制，从而达到速度控制。
永磁调速装置由四个部分组成：（1）永磁轉子组件内含稀土磁，与负载连接。（2）导体转子组件与电机连接。（3）执行组件用于控制永磁转子与导体转子之间的气隙间距。
轮毂和缩紧盘高强度缩紧盘将耦合器轮毂固定在电机轴和负载轴上。
2 永磁调速技术节能原理
在实际工程设计与应用中，为了保证负荷最大时风机或水泵系统满足输出要求，通常需要按系统的最大输出能力配备风机水泵系统，而真正实用中，绝大多数情况下并非需要系统在满负荷下使用，而是根据负载的实际需要，通过流量控制元件如阀门或风门挡板等实现流量和/或压力控制，以满足生产过程的需要，但在阀门或挡板开度减小时，电机输入功率不会显著减小，很多能量由此浪费掉。
采用永磁调速器技术，可以通过调节气隙实现流量和/或压力的连续控制，取代原系统中控制流量和/或压力的阀门或风门挡板，在电机转速不变的情况下，调节风机或水泵的转速。
风机水泵等离心负载符合相似定律：
Q1/Q2=n1/n2 （流量变化与转速变化成正比）
H1/H2=（n1/n2）2 （压力变化与转速变化的平方成正比）
P1/P2=（n1/n2）3 （负载功率变化与转速变化的立方成正比）
T1/T2=（n1/n2）2 （负载扭矩变化与转速变化的平方成正比）
电机输出功率P=T×ω （功率=扭矩×转速）
所以电机输出功率P1/P2=（n1/n2）2
从公式及图表可以看出，当输出流量和/或压力减少时，按照离心负载的相似定律，电机功率急剧下降，减少了能源需求，从而大大节约了能源。
3 永磁调速技术在某1 000 MW机组闭式水泵电机上应用研究
永磁调速技术在现有已应用的案例中，用于电厂锅炉风机或泵类的基本属于离心式，依靠出口或入口挡板调节风量，节流损失较大，风机运行效率较低，故主要是应用在离心式风机或水泵类负荷上较多，以下是某1 000 MW机组闭式水泵电机采用永磁调速技术的节能量化分析。
1 000 MW工况时：
闭式水泵有效功率：
1×9.8×2 127×62/3 600=359（kW）
式中：为水密度，g为重力速度，g=9.8 N/kg，Q为水泵流量，m3/s，H为水泵扬程，m。
闭式水泵电机功率：
（kW）
500 MW工况时：
闭式水泵有效功率：
×9.8×1 887×64/3 600=329（kW）
闭式水泵电机功率：
（kW）
通过以上计算看出，机组负荷1 000 MW降至500 MW时，闭式水泵有效功率减少30 kW，而电机输入功率仅减少12 kW，30 kW-12 kW=18 kW，因水泵与电机效率下降而损耗掉。无论是1 000 MW还是500 MW工况下，閉式水系统均存在一定节流损失，若采用永磁调速装置，改变闭式水泵转速，合理设置闭式水泵运行工作点，使之在较高效率下运行，进一步减少系统阀门的节流损失，节能量是可观的。当然闭式水泵运行时，出口压力考虑各种裕量后应≮0.55MPa。
1 000 MW工况下，为满足闭式水系统冷却需要，设定流量仍为2 127 t/h，出口压力≮0.55 MPa（即设定泵的运行工作点为出口压力0.55 MPa，流量2 127 t/h）时，设定最理想工况及不计永磁调速装置本身功率损耗，采用永磁调速后，闭式水泵于额定效率η电机=0.945、η泵=0.898下运行，此时
闭式水泵有效功率：
×9.8×2 127×55×3 600=318（kW）
闭式水泵电机功率：
（kW）
节约功率：
（kW）
节电率：
在500 MW工况下，为满足闭式水系统冷却需要，设定流量仍为1 887 t/h，出口压力≮0.55 MPa（即设定泵的运行工作点为出口压力0.55 MPa，流量1 887 t/h）时，设定最理想工况及不计永磁调速装置本身功率损耗，采用永磁调速后，闭式水泵仍于额定效率η电机=0.945、η泵=0.898下运行，此时
闭式水泵有效功率：
×98×1 887×55/3 600=283（kW）
闭式水泵电机功率：
（kW）
节约功率：
（kW）
节电率：
因此，考虑总体工况，采用永磁调速后，设定最理想工况及不计永磁调速装置本身功率损耗情况下，
平均节约功率：
（kW）
平均节电率：
考虑闭式水泵通常为双泵互换运行，机组年运行小时按8 000 h计算，单泵运行时间为4 000 h，节省出的厂用电量用于多发电量，上网电价按当地0.46元/kW·h计算，目前市场上500 kW电机配套的永磁调速装置价格约为100万元，理论上：
年节约电费：
（万元）
投资回收年限：
（年）
4 结语
通过上述应用分析，在 1000 MW机组类似闭式水泵电机等随机组运行方式变化较大的高压辅机上采用永磁调速技术具有较好的节能经济性，且具有结构简单、运行维护费用低、投资回收快等优点，是离心式风机或泵类负荷调速节能的一种新选择。
参考文献
[1] 王玉彬.电动机调速及节能技术[M].北京：中国电力出版社，2008.
[2] 徐莆荣.大功率风机水泵调速节能运行的技术经济分析[J].电源技术应用，2002，5（1）：46-52.
关键词：永磁调速 1 000 MW机组 闭式水泵 节能
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（c）-0073-02
1 永磁调速装置介绍
其工作原理是通过气隙将扭力从电机端传向负载端，设备传动侧与负载侧之间无连接。位于传动装置一侧的强力稀土磁和位于另一侧的导体产生的感应电流在交互作用下产生扭力。通过改变气隙间距可以实现扭力的精确控制，从而达到速度控制。
永磁调速装置由四个部分组成：（1）永磁轉子组件内含稀土磁，与负载连接。（2）导体转子组件与电机连接。（3）执行组件用于控制永磁转子与导体转子之间的气隙间距。
轮毂和缩紧盘高强度缩紧盘将耦合器轮毂固定在电机轴和负载轴上。
2 永磁调速技术节能原理
在实际工程设计与应用中，为了保证负荷最大时风机或水泵系统满足输出要求，通常需要按系统的最大输出能力配备风机水泵系统，而真正实用中，绝大多数情况下并非需要系统在满负荷下使用，而是根据负载的实际需要，通过流量控制元件如阀门或风门挡板等实现流量和/或压力控制，以满足生产过程的需要，但在阀门或挡板开度减小时，电机输入功率不会显著减小，很多能量由此浪费掉。
采用永磁调速器技术，可以通过调节气隙实现流量和/或压力的连续控制，取代原系统中控制流量和/或压力的阀门或风门挡板，在电机转速不变的情况下，调节风机或水泵的转速。
风机水泵等离心负载符合相似定律：
Q1/Q2=n1/n2 （流量变化与转速变化成正比）
H1/H2=（n1/n2）2 （压力变化与转速变化的平方成正比）
P1/P2=（n1/n2）3 （负载功率变化与转速变化的立方成正比）
T1/T2=（n1/n2）2 （负载扭矩变化与转速变化的平方成正比）
电机输出功率P=T×ω （功率=扭矩×转速）
所以电机输出功率P1/P2=（n1/n2）2
从公式及图表可以看出，当输出流量和/或压力减少时，按照离心负载的相似定律，电机功率急剧下降，减少了能源需求，从而大大节约了能源。
3 永磁调速技术在某1 000 MW机组闭式水泵电机上应用研究
永磁调速技术在现有已应用的案例中，用于电厂锅炉风机或泵类的基本属于离心式，依靠出口或入口挡板调节风量，节流损失较大，风机运行效率较低，故主要是应用在离心式风机或水泵类负荷上较多，以下是某1 000 MW机组闭式水泵电机采用永磁调速技术的节能量化分析。
1 000 MW工况时：
闭式水泵有效功率：
1×9.8×2 127×62/3 600=359（kW）
式中：为水密度，g为重力速度，g=9.8 N/kg，Q为水泵流量，m3/s，H为水泵扬程，m。
闭式水泵电机功率：
（kW）
500 MW工况时：
闭式水泵有效功率：
×9.8×1 887×64/3 600=329（kW）
闭式水泵电机功率：
（kW）
通过以上计算看出，机组负荷1 000 MW降至500 MW时，闭式水泵有效功率减少30 kW，而电机输入功率仅减少12 kW，30 kW-12 kW=18 kW，因水泵与电机效率下降而损耗掉。无论是1 000 MW还是500 MW工况下，閉式水系统均存在一定节流损失，若采用永磁调速装置，改变闭式水泵转速，合理设置闭式水泵运行工作点，使之在较高效率下运行，进一步减少系统阀门的节流损失，节能量是可观的。当然闭式水泵运行时，出口压力考虑各种裕量后应≮0.55MPa。
1 000 MW工况下，为满足闭式水系统冷却需要，设定流量仍为2 127 t/h，出口压力≮0.55 MPa（即设定泵的运行工作点为出口压力0.55 MPa，流量2 127 t/h）时，设定最理想工况及不计永磁调速装置本身功率损耗，采用永磁调速后，闭式水泵于额定效率η电机=0.945、η泵=0.898下运行，此时
闭式水泵有效功率：
×9.8×2 127×55×3 600=318（kW）
闭式水泵电机功率：
（kW）
节约功率：
（kW）
节电率：
在500 MW工况下，为满足闭式水系统冷却需要，设定流量仍为1 887 t/h，出口压力≮0.55 MPa（即设定泵的运行工作点为出口压力0.55 MPa，流量1 887 t/h）时，设定最理想工况及不计永磁调速装置本身功率损耗，采用永磁调速后，闭式水泵仍于额定效率η电机=0.945、η泵=0.898下运行，此时
闭式水泵有效功率：
×98×1 887×55/3 600=283（kW）
闭式水泵电机功率：
（kW）
节约功率：
（kW）
节电率：
因此，考虑总体工况，采用永磁调速后，设定最理想工况及不计永磁调速装置本身功率损耗情况下，
平均节约功率：
（kW）
平均节电率：
考虑闭式水泵通常为双泵互换运行，机组年运行小时按8 000 h计算，单泵运行时间为4 000 h，节省出的厂用电量用于多发电量，上网电价按当地0.46元/kW·h计算，目前市场上500 kW电机配套的永磁调速装置价格约为100万元，理论上：
年节约电费：
（万元）
投资回收年限：
（年）
4 结语
通过上述应用分析，在 1000 MW机组类似闭式水泵电机等随机组运行方式变化较大的高压辅机上采用永磁调速技术具有较好的节能经济性，且具有结构简单、运行维护费用低、投资回收快等优点，是离心式风机或泵类负荷调速节能的一种新选择。
参考文献
[1] 王玉彬.电动机调速及节能技术[M].北京：中国电力出版社，2008.
[2] 徐莆荣.大功率风机水泵调速节能运行的技术经济分析[J].电源技术应用，2002，5（1）：46-52.