1. 技术名称

永磁式大功率能源装备多机智能调速节能技术

2. 适用范围

能源领域及化工行业高速、 大功率电机调速传动系统， 上游匹配异步电机、 下游匹配减速器或直接匹配负载， 适应高温、低温（ -40℃）、 高粉尘环境。

3. 技术内容

3.1 技术原理

永磁式大功率能源装备多机智能调速节能技术基于电磁感应原理， 通过电机带动导磁体盘切割永磁体磁力线产生感应涡流， 在涡流磁场与永磁体磁场相互作用下生成转矩带动永磁体盘旋转， 驱动负载运行， 并通过自主调节导磁体盘和永磁体之间的气隙精确控制传递扭矩大小， 实现不同特性负载输出转速和输出扭矩的精确调节。 采用 MRAS 智能控制策略实现恒扭矩负载的软启动， 减小电机及设备损伤， 缩短电流浪涌时间； 采用模糊自适应整定 PID 控制策略控制多机驱动场合电机输出功率， 按需出力， 实现多机功率均衡控制， 节省电能； 应用于离心式负载调速时， 可实时精确调节流量， 减少阻力损失， 节能降耗。

3.2 主要创新点

（ 1） 揭示了高速运行状态下磁场、 热场、 流场及力场等多物理场动态耦合机理， 提出多场耦合计算方法， 实现传递扭矩及各场分布的精确计算， 解决了大功率下传动能力不足的问题。

（ 2） 提出了流固耦合传热结合多重参考系模型的温度场精确表征方法， 有效表征铜导体及永磁体等关键零部件温度分布，指导散热设计， 解决了温度场表征难题及高温导致的运行故障。

（ 3） 揭示了不同气隙下轴向力变化规律， 设计了基于正弦曲线的调速曲线， 开发了正弦曲线调速沟槽与齿轮齿条及内外套结合的全行程多点定位调速机构， 满足气隙高精实时调节需求。

（ 4） 提出了模型自适应法及模糊自适应整定 PID 控制法，开发了大功率煤机装备软启动及多机功率平衡智能控制系统，

解决了电机过载、 皮带断裂等技术故障， 实现了离心负载自主流量调节， 节能显著。

（ 5） 提出了恶劣工况下基于有限测点实测结合全场分布信息估算的多参量状态在线感知方法， 实现永磁调速装备内部全场信息精确获取， 解决封闭空间下磁场、 温度场等运行参数无法测量而导致故障发生的测量难题。

4. 节能与温室气体减排效果

应用于恒扭矩负载调速传动系统， 实现负载启动加速度≤ 0.15m/s2、 启动时间≥ 20s， 多机功率不平衡度≤ 3%， 节能率10%～ 20%； 应用于离心负载调速， 可解决“大马拉小车” 及阀门节流损失问题， 节能率 15%～ 30%。

如果按照永磁调速装备市场占工业节能调速领域总量的5%～ 10%计算， 每年可节约电量 21.5 亿～ 28.7 亿 kW·h， 折合成标准煤约为 26.4 万～ 35.3 万 t， 减少 CO2 排放 122.6 万～ 163.7万 t。

5. 技术示范情况

该技术作为国内唯一通过国家安标认证的永磁式调速节能手段， 目前已成功应用于陕西黄陵煤业、 山西阳泉煤业、 山东金源煤矿、 内蒙古神华煤业等二十余家煤矿现场， 装机功率75kW～ 400kW 不等， 运行时间 3～ 5 年， 节能 10%～ 20%， 解决了煤矿井下恶劣工况高效、 高稳态传动技术难题。

该技术亦成功应用于湘潭钢铁集团、 天津中海油、 国投宣城电厂、 国电泰州、 中科院沈阳自动化研究所水下机器人等十余个现场， 装机功率 2kW～ 1000kW 不等， 运行时间 3～ 5 年，不仅解决动密封失效、 不对中振动等问题， 还克服了“大马拉小车” 及阀门节流损失造成能源损耗问题， 节能 15%～ 30%，节能效果显著。

6. 投资估算

该技术及对应规模下的设备根据功率及转速不同， 投资额不同， 小功率情况下投资约为几万元到几十万元不等， 大功率情况下投资约为几十万元到百万元不等。 该设备为纯机械结构，无需介质传动， 运行期间几乎免维护， 极大降低了维护费用；同时， 该设备已突破多项技术攻关， 各零部件设计合理、 加工精度满足要求， 运行可靠， 并具有温度、 转矩等技术参数在线监测及故障诊断功能， 技术寿命长达 10 余年。

7. 投资回收期

小功率设备投资在几万元到几十万元不等， 年节电量约为10 万～ 60 万 kW·h， 年节电费用在 10 万～ 50 万元左右， 投资回收期为 1～ 2 年。 大功率设备投资为几十万元到百万元， 年节电量在 50 万～ 100 万 kW·h， 年节电费用在 30 万～ 80 万元左右，投资回收期为 1～ 2.5 年。

8. 技术成果转化推广前景

传统电机调速传动技术中液力耦合器效率低、 动密封易失效、 变频器谐波干扰严重、 环境适应性差， 而永磁调速技术采用非接触磁力传动， 具有效率高、 环境适应性强等优点， 能够解决传统传动技术存在的问题。 在国家节能环保战略要求下，永磁调速技术解决了国家重大核心工程装备调速传动的难题，市场空间可达上百亿元， 具有较大的推广应用前景。