電力技術專欄

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前言

近年來，節能減碳已成為全球關注的議

題，隨著永續發展的環保意識抬頭，市場對

於節能產品的需求也日益劇增。馬達驅動的

離心式設備 (泵或風機 )是廣泛應用於各大工

業的轉動機械，在設計上，通常會保留較多

的流量，慣用方式是透過入、出口閥門調節

或分流來調節需要的流量，此控制方式無形

中造成能量的損失，若透過變速調節來提供

系統所需流量，則可以大大降低泵或風機的

功率損耗。

永磁傳動器是一種機械式的調速裝置，

安裝於馬達和離心式設備中間，除可調速之

外同時兼具聯軸器的功能，把原先的實體聯

結改為非接觸式的聯結，具有構造簡單、無

諧波、減少設備振動、對心容忍度高和延長

系統維護使用壽命等優點。

技術原理

永磁傳動技術的應用乃依據電磁學中

Lenz's Law，如圖 1所示，原永磁體磁力線

通過靜止的導體銅盤，當導體銅盤和永磁盤

之間有相對運動時，導體銅盤切割磁力線形

成感應渦電流和感應磁極。感應磁極和永磁

體間形成遠離端的拉力與靠近端的推力。感

應磁極一方面推動靠近端的永磁體，另一方

面拉動遠離端的永磁體而使得永磁盤跟著被

帶動。

撰▓余銘容

圖 1. 永磁體與感應磁極作用力 (中興電工提供 )

永磁傳動器的原理與應用

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永磁傳動器是一種透過上述電磁感應來

傳遞轉矩的裝置，如圖 2水泵和馬達之間配

置永磁傳動器，馬達與水泵之間並無實體的

連結，當馬達旋轉時帶動主動盤，透過永磁

傳動來拉動被動盤組件旋轉，實現了馬達與

水泵之間的無接觸轉矩傳遞。

進一步透過改變主動盤與被動盤之間的

距離 (氣隙 )，因磁力線密度不同，可產生不

同大小的推拉力作用來轉遞扭矩。當氣隙最

小時，傳遞扭矩最大；氣隙變大時，傳遞扭

矩變小，負載轉速變慢，達到調節負載端轉

速的目的。除了降轉速功能外，因無機械實

體聯結，可容許較大的安裝偏心誤差，並且

有緩衝和降低馬達啟動電流的優點。

永磁傳動設備依氣隙能否線上調整分為

二大類，第一類是氣隙固定型的永磁聯軸器

(如圖 3)，氣隙必須於停機靜止狀態下，調整

至需求氣隙；另一種是氣隙可調型的永磁調

速器 (如圖 4)，搭載氣隙調整機構和執行器，

能配合工況需求進行不停機即時調速。

節能應用

利用永磁傳動器來調節離心式設備 (泵

或風機 )流量是屬於變速調節的一種，所謂

變速調節指的是在管路負載特性曲線不變的

情況下，透過改變轉速來改變泵或風機設備

圖 5. 節能原理圖 中興電工提供

圖2. 永磁傳動器示意圖 (中興電工提供 ) 圖3. 永磁聯軸器示意圖 (中興電工提供 )

圖 4. 永磁調速器示意圖 (中興電工提供 )

 

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的性能曲線，使設備輸出與運行工況點需求

一致。如圖 5節能原理圖，當靜揚程為零時，

管路負載特性曲線為 H-Q曲線， N1, N2曲

線分別為變速前後的設備性能曲線，額定操

作點為 H-Q負載特性曲線和 N1設備性能曲

線的交點 A點，額定流量為 Q1。當系統實際

需求流量為 Q2時，若關小出口閥門控制流

量，操作點將沿 N1設備性能曲線移動至 A1

點。由於離心式設備消耗功率正比於流量和

揚程的乘積，故馬達所耗功率相當於長方形

OH1A1Q2所圍之面積；若安裝永磁傳動器

調降轉速，特性曲線由 N1變成 N2，與管路

負載特性曲線 H-Q交於 A2點，流量為 Q2，

此時馬達所耗的功率為長方形 OH2A2Q2。

由面積大小可看出透過變速調節的能耗明顯

低於出口閥門控制，兩者的面積差值 (長方

形 H1A1A2H2)即為可節省的能耗。由此可

見，採用變速調節可大幅降低能耗，達到節

能的效果。

實際案例

案例一：

以麥寮某化工廠實際安裝永磁聯軸器於

離心式冷卻水泵為例，原離心式泵機採用出

口閥門來控制水泵的流量，此流量控制方式

雖可達到控制流量符合製程的需求，但管內

流阻增大，形成浪費能耗的現象。因此對原

有水泵進行變速改造，其實際安裝後情況如

圖 6，冷卻水泵原始設計額定流量為 4000

(M3/H)，在此設計點的馬達額定電流值為

138A。而實際工況運轉所需水量僅需 2500

(M3/H)，原冷卻水泵在恆轉速 895rpm之下

運轉，出口節流閥開度關小至 30%，使流量

控制在 2500(M3/H)，此時馬達運轉電流值為

132A。在安裝永磁聯軸器後，出口節流閥門

全開，調整氣隙開度使轉速與流量下降，流

量 2500 (M3/H) 時轉速約為 781rpm，此時馬

達電流僅為 102A，節省的能耗高達 23 %。

案例二：

麥寮某化工廠冷卻水塔的散熱需求隨

產量需求變動，因此將原定轉速冷卻水泵加

裝永磁調速器如圖 7，配合產量需求線上調

節冷卻水的流量，達到節能省電的效果。未

安裝前，冷卻水泵恆速在 885rpm運轉，採

出口閥門控制流量，實際馬達運轉電流值為

30A。在安裝永磁調速器後，轉速調降至 814

rpm運轉時，可符合製程工況流量需求，馬

達電流值降至 25A，和安裝永磁調速器前相

比，節電率達 16.7%。

圖 6. 麥寮某化工廠現場安裝永磁聯軸器 (中興電工提供 )

 

圖5. 節能原理圖 (中興電工提供 )

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永磁調速器的應用如圖 8所示，能依不

同工況需求進行即時控制，圖示執行器依製

程監控系統的回饋訊號進行氣隙調整。在不

需停機狀況下，即可控制負載流量，非常適

合製程有尖峰離峰變化需求的系統，並可與

原製程監控系統做整合，達成自動化操作的

目的。

案例三：

高雄某石化公用廠鍋爐原本燃燒 6號重

油改為燃燒天然氣，其鼓風機因所使用的燃

料變更，空氣需求量因此大大減少。原風量

控制方式為把入口風門關小至 5%的開度以

減少風量，但因此造成入口風門阻力大增，

入口風門擋板容易損壞。客戶經改裝永磁聯

軸器後，入口風門調整至 30%便可符合工

況需求風量，並且風機轉速由 1750rpm降

至 1125rpm，馬達運轉電流值從 46.5A降為

35.1A，電流下降 24%，節能效果顯著，現

場安裝照片如圖 9。

結語

泵和風機廣泛用於各工業領域，是消

耗電能的主要設施，統計資料顯示，有超過

60%以上電能是為驅動馬達所消耗。而在各

製程系統實際運行中，泵和風機不在原設計

點運轉值時，通常採用出口閥門節流限制多

餘流量，造成能源浪費。採用永磁傳動器對

離心泵和風機進行調速，即可消弭此類浪費。

在提倡節能減碳的今日，永磁傳動器是一種

革命性的節能利器，已逐漸被應用在石化、

發電及煉鋼等高耗能產業。而中興電工投入

研發該產品，已具有眾多應用實績，對節能

減碳提供具體貢獻。

( 作者為中興電工公司操作器事業處處長 )

圖8. 配置示意圖 (中興電工提供 )

圖 7. 麥寮某化工廠安裝永磁調速器 (中興電工提供 )

 

圖 9. 高雄某石化公用廠安裝永磁聯軸器 (中興電工提供 )

 

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