文獻(xiàn)綜述-永磁調(diào)速器中速度調(diào)節(jié)裝置設(shè)計及其控制系統(tǒng)研究

永磁調(diào)速器中速度調(diào)節(jié)裝置設(shè)計及其控制系統(tǒng)研究——文獻(xiàn)綜述【前言】異步磁力聯(lián)軸器是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理來實現(xiàn)動力的傳動，而永磁調(diào)速器則是在異步永磁耦合器的基礎(chǔ)上加入調(diào)節(jié)裝置，并通過改變永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的氣隙厚度來進(jìn)行動力傳遞能力的調(diào)節(jié)。永磁調(diào)速器相比較于傳統(tǒng)機(jī)械式調(diào)速器，實現(xiàn)了電機(jī)與負(fù)載的無接觸式傳動，結(jié)構(gòu)簡單，且穩(wěn)定性、可靠性高，對中性要求低，能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)的輕載啟動與過載保護(hù)，提高電機(jī)的壽命。在無級調(diào)速的過程中，液力耦合器利用液體的動能來傳遞功率存在功率損耗大等問題；而在變頻調(diào)速的過程中，變頻器在高功率下則會對電網(wǎng)帶來高次諧波污染等問題；永磁調(diào)速器的調(diào)速原理以及調(diào)速性能解決了無級調(diào)速和變頻調(diào)速過程中所存在的問題，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的氣隙厚度，來實現(xiàn)變轉(zhuǎn)矩與變轉(zhuǎn)速輸出，達(dá)到調(diào)速目的。磁力聯(lián)軸器研究現(xiàn)狀國外研究現(xiàn)狀永磁傳動技術(shù)最早是在二十世紀(jì)三十年代提出的，但對這種技術(shù)的認(rèn)識過于缺乏，以及永磁材料發(fā)展的限制，研究始終停滯在試驗階段。直到二十世紀(jì)五十年代,才有一些科技人員重新對這項技術(shù)進(jìn)行了探討和研究，但還是因為技術(shù)限制，進(jìn)展仍然十分的緩慢。到了二十世紀(jì)七十年代，由于現(xiàn)代工業(yè)由資源型向技術(shù)型轉(zhuǎn)化以及人類環(huán)保意識的提高，特別是出現(xiàn)了第三代NdFeB稀土永磁材料，使永磁材料的性能得到大幅度地提高，永磁傳動才有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，各個領(lǐng)域都逐漸應(yīng)用到了永磁傳動技術(shù)，許多新的技術(shù)也因此產(chǎn)生。磁力泵是最早應(yīng)用磁力聯(lián)軸器的裝置，英國HMD公司于1946年研發(fā)出來了世界上第一臺磁力泵，并在英國的ICI公司得到了應(yīng)用。前西德在幾年后也研制成功，之后在Bayer化學(xué)公司得到了使用。至今，國外對磁力泵的研究已經(jīng)比較成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的拓寬，逐漸趨向于復(fù)雜化、微型化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和大型化是其設(shè)計的主要發(fā)展方向。1998年美國MFI提出一種全新的渦流式永磁耦合器，并可以對離心式風(fēng)機(jī)或泵實現(xiàn)調(diào)速功能，被人們稱為永磁調(diào)速器，其原理主要是通過調(diào)節(jié)氣隙實現(xiàn)負(fù)載調(diào)速，該產(chǎn)品一出來就受到了市場的廣泛關(guān)注。國內(nèi)研究現(xiàn)狀作為一個新生事物，永磁耦合調(diào)速技術(shù)從1997年發(fā)明至今也不過15年，國內(nèi)研究起步相對較晚。揚(yáng)州協(xié)力傳動科技有限公司和大連寶恒耦合器有限公司生產(chǎn)的聯(lián)軸器，其中一些性能指標(biāo)早已達(dá)到了國際先進(jìn)水平。目前，國內(nèi)許多大學(xué)開始對該技術(shù)進(jìn)行研究,如江蘇大學(xué)、上海交通大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué)等。江蘇大學(xué)許士芬(香港)聯(lián)合研究所從20世紀(jì)90年代就已經(jīng)對磁力傳動裝置開始進(jìn)行了探索。為了有效地解決同步磁力聯(lián)軸器高溫時內(nèi)轉(zhuǎn)子上永磁體退磁問題，并為解決高溫介質(zhì)輸送時的密封問題，利用電磁感應(yīng)原理，研制出了耐高溫異步磁力聯(lián)軸器，其內(nèi)轉(zhuǎn)子上采用導(dǎo)體轉(zhuǎn)子而無需永磁體。而后又開發(fā)了耐高溫雙層實心轉(zhuǎn)子異步磁力聯(lián)軸器和耐高溫鼠籠轉(zhuǎn)子異步磁力聯(lián)軸器等多種系列。在上述研究的基礎(chǔ)上通過變異和演化，這些年又自主研發(fā)了一種可調(diào)速盤式異步磁力聯(lián)軸器。這種可調(diào)速盤式異步磁力聯(lián)軸器導(dǎo)體轉(zhuǎn)子采用深槽鼠籠導(dǎo)體轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式，不僅研究了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對轉(zhuǎn)矩特性的影響，而且還深入研究工作參數(shù)對轉(zhuǎn)矩、效率特性的影響，這些為產(chǎn)品的應(yīng)用提供指導(dǎo)。為此，本課題針對上述永磁耦合器在調(diào)速時需對氣隙厚度進(jìn)行變化的要求，提出進(jìn)行其氣隙調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計及自動控制系統(tǒng)的開發(fā)研究，為實現(xiàn)永磁調(diào)速器的自動調(diào)節(jié)及其控制打下基礎(chǔ)。永磁調(diào)速器特點轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)平穩(wěn)，調(diào)速范圍廣。永磁調(diào)速器本身帶電動執(zhí)行器．可接收控制中心4～20mA的控制信號。根據(jù)信號的大小自動調(diào)整離心泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)速范圍為0~98%，節(jié)電率為10%~50%。而變頻器調(diào)速受最低頻率限制，因此變頻器不能在低速下運(yùn)行。機(jī)械結(jié)構(gòu)，無需外接電源。變頻調(diào)速器需要改變電動機(jī)電纜進(jìn)線，加裝變頻器機(jī)柜，機(jī)柜制冷要求較高，需要提供房間、空調(diào)等。隔離振動，無機(jī)械連接。機(jī)泵系統(tǒng)的故障原因之一是振動，振動會導(dǎo)致軸承、油封等加速磨損。除永磁調(diào)速器外，其他的調(diào)速或調(diào)節(jié)裝置如CST、變頻器等因為不改變電機(jī)與負(fù)載設(shè)備的連接，因此在安裝過程中必須保證其軸的同心度。永磁調(diào)速器因為采用氣隙傳遞扭矩，電機(jī)與負(fù)載設(shè)備之間沒有剛性連接，且在機(jī)械沖擊過程中通過滑差實現(xiàn)緩沖，因此減小了振動和噪音。安裝簡便，可容忍較大的對中誤差。永磁調(diào)速器電機(jī)與負(fù)載設(shè)備之間沒有剛性連接，對同心度要求不是很高，安裝起來比較簡單。適應(yīng)惡劣的環(huán)境。相對于變頻調(diào)速器，永磁調(diào)速器對運(yùn)行環(huán)境要求低。安全可靠，使用壽命長達(dá)30年。變頻器的壽命約為8年，且隨著使用年限的增加，故障率逐年提高，運(yùn)行維護(hù)費用高，維護(hù)保養(yǎng)難度大。而永磁調(diào)速器維護(hù)保養(yǎng)工作量極小，運(yùn)行成本低。[9]磁力聯(lián)軸器存在的不足發(fā)展的時間不長的永磁傳動技術(shù)，還存在一些問題：永磁傳動往往還只停留在理論研究上，是因為制造困難，性價比低，；目前還沒有一套系統(tǒng)和完善的設(shè)計方法來設(shè)計永磁傳動，磁路的設(shè)計、轉(zhuǎn)矩的計算均還是建立在實驗、半實驗基礎(chǔ)上，研制周期長，不僅代價高，重復(fù)性勞動也多；在磁路設(shè)計方面，未能充分利用多體漸變技術(shù)；磁場計算多成用上述的一些方法，由于多是近似計算，精度也還需要進(jìn)一步提升。磁力聯(lián)軸器的發(fā)展趨勢隨著新型磁性材料的出現(xiàn)以及磁性材料的發(fā)展，磁力傳動聯(lián)軸器傳遞的扭矩將越來越大，其體積卻將越來越小，他的應(yīng)用范圍將越來越廣，除了泵和反應(yīng)釜以外，還可應(yīng)用在閥門、液壓缸和氣缸以及其他一些需解決動密封泄漏問題的場合。隨著世界環(huán)境保護(hù)，節(jié)約能源也越來越受到各個國家的關(guān)注，而永磁傳動在防止泄漏，減少污染，節(jié)約能源方面有著突出優(yōu)點，因此，它必將得到更加廣泛的應(yīng)用；在一些極端的工作條件下，常規(guī)的傳動方法不能滿足要求時，最有效的解決方法往往是使用永磁傳動。中國蘊(yùn)藏著豐富的稀土資源，稀土永磁材料產(chǎn)量非常大，這樣造就了永磁傳動技術(shù)將在中國有著更加廣闊的發(fā)展前景。因而，永磁傳動技術(shù)的未來將是十分光明的。永磁傳動技術(shù)的發(fā)展也任重而道遠(yuǎn)。參考文獻(xiàn)楊超君，顧紅偉．永磁傳動技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望．機(jī)械傳動．2008楊超君，李文雙，周曰華，徐燕飛，張濤．可調(diào)速同軸式異步磁力聯(lián)軸器的傳動機(jī)理及工作特性分析．機(jī)械傳動．2013．楊超君，管春松，丁磊，李文雙．盤式異步磁力聯(lián)軸器傳動特性木．機(jī)械工程學(xué)報．201401．趙家文．磁力傳動聯(lián)軸器及其應(yīng)用[J]．機(jī)械設(shè)計與制造工程．200231(2)．王晶晶，鄭鵬飛．磁力聯(lián)軸器研究發(fā)展現(xiàn)狀．現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)．201301．陳競．一種基于PLC控制的可調(diào)速磁力聯(lián)軸器設(shè)計．機(jī)械研究與應(yīng)用．2015[2]．王玉良．國外永磁傳動技術(shù)的新發(fā)展．磁性材料及器件．200108．易軼虎．永磁調(diào)速技術(shù)在煉油企業(yè)的應(yīng)用與前景分析．石油石化節(jié)能與減排．2013．王希國，趙立春，王靜．永磁調(diào)速器[期刊論文]．油氣田地面工程．2014[11]．劉偉，佟強(qiáng)，楊帛潤，梁新蘭．永磁調(diào)速器的有限元分析與性能計算．設(shè)計與分析．2015．曾令烈，匡俊，馬玉順．永磁調(diào)速器應(yīng)用前景分析．黑龍江科學(xué)．201601．涂福泉，胡良智，李賀，曾慶兵．永磁磁力耦合調(diào)速器的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用．中國科技論文在線．201308．楊志軼，趙韓．軸向磁性聯(lián)軸器軸向力與傳動力矩計算及其特性分析．磁性材料及器件．200112．張磊，王印福．最快無接觸式智能永磁調(diào)速器的研究與應(yīng)用．應(yīng)用技術(shù)．2015．許新軍，李俊卿．淺談磁力耦合器調(diào)速[J]．中國科技博覽．2014[5].Budris,AllanR.EvaluatingAdjustableSpeed,PermanentMagneticCouplingDrives.WaterWorld2012Vol.28-No.8-12-47.XinDai;JiayongCao;YongjunLong;QinghuaLiang;JinqiuMo;ShigangWangAnalyticalModelingofanEddy-currentAdjustable-s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