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  • 當前位置: 首頁(yè) -  > 永磁同步電機替換異步電機的綜合效益分析!節能又減排,經(jīng)濟又高效!

這期我們從永磁同步電動(dòng)機的特點(diǎn)出發(fā),結合實(shí)際運用來(lái)闡述推廣永磁同步電動(dòng)機的綜合效益。

    同步電動(dòng)機相對異步電動(dòng)機而言,優(yōu)點(diǎn)是高功率因素、高效率、轉子參數可測、定轉子間氣隙大、控制性能好、體積小、重量輕、結構簡(jiǎn)單、高轉矩/慣量比等,在石油、化工、輕紡、礦山、數控機床、機器人等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應用,正面向大功率化(高轉速、高轉矩)、高功能化和微型化方面發(fā)展。


    永磁同步電動(dòng)機由定子和轉子組成,定子與異步電動(dòng)機相同,由三相繞組和定子鐵心組成。轉子上安裝有預先磁化(充磁)過(guò)的永磁體,不需要外加能量就能在其周?chē)臻g建立磁場(chǎng),既簡(jiǎn)化電機結構,又節約能量。本文從永磁同步電動(dòng)機的特點(diǎn)出發(fā),結合實(shí)際運用來(lái)闡述推廣永磁同步電動(dòng)機的綜合效益。


永磁同步電機的突出優(yōu)點(diǎn)


   (1)由于轉子采用永磁體制成,因此磁通密度高,不需要勵磁電流,消除了勵磁損耗。與異步電機相比,減少了定子邊繞組的勵磁電流和轉子邊的銅、鐵損耗,大幅度減少了無(wú)功電流,由于定、轉子磁勢同步,轉子鐵心無(wú)基波鐵耗,因此效率(關(guān)系有功電能)和功率因素(關(guān)系無(wú)功電能)都比異步電動(dòng)機高。永磁同步電動(dòng)機一般設計即使在輕載運行時(shí)功率因素和效率也較高。

    上圖為某臺永磁同步電動(dòng)機與同規格異步電動(dòng)機效率和功率因素的比較曲線(xiàn)。 從電機的負載變化看, 稀土永磁同步電動(dòng)機可以在25%~120% 額定功率的范圍內保持高功率因數和高效率狀態(tài)運行,而一般三相異步電動(dòng)機通常只能在60%~100% 額定功率保持。


  (2)永磁同步電動(dòng)機具有較硬的機械特性,對于因負載變化引起的電機轉矩擾動(dòng)具有較強的承受能力。永磁同步電動(dòng)機轉子鐵心可做成鏤空結構以減少轉子慣量,而且啟、制動(dòng)時(shí)間都比異步電動(dòng)機快很多,高轉矩/慣量比使得永磁同步電動(dòng)機比異步電動(dòng)機更適合在快速響應的條件下運行。

  (3)永磁同步電動(dòng)機的尺寸較異步電動(dòng)機大幅減小,重量也相對減輕。同樣散熱條件和絕緣材料的永磁同步電動(dòng)機比三相異步電動(dòng)機功率密度大2倍以上。


  (4)轉子結構大大簡(jiǎn)化,便于維護,提高了運行的穩定性。


     交流永磁伺服電機,其轉子上的磁鋼與鐵心通常采用高溫膠粘接在一起,膠水固化時(shí)間一般比較長(cháng),并且電機在運轉過(guò)程中,磁鋼在溫度變化、沖擊力的反復作用下有變形乃至脫落的風(fēng)險。為解決這一技術(shù)難題,四方研制的CM500系列重載型永磁同步電動(dòng)機,將磁瓦膠粘工藝改為由不銹鋼套機械緊固的方式,完全消除了磁鋼松脫的風(fēng)險。本項創(chuàng )新應用技術(shù)已申請為專(zhuān)利,是電機轉子技術(shù)的一大進(jìn)步。

圖為永磁同步電機轉子組件結構


     三相異步電動(dòng)機由于要設計較高的功率因素,就必需把定轉子間的氣隙做的很小,同時(shí)氣隙的均勻性對電機的安全運行和振動(dòng)噪聲也至關(guān)重要,對此異步電動(dòng)機對零部件的形位公差和裝配同心度的要求就相對嚴格,對軸承游隙選擇的自由度也比較少,較大機座的異步電機通常使用油浴潤滑方式的軸承,必需在規定的工作時(shí)間內加注潤滑油,油腔漏油或加注不及時(shí)都會(huì )加速軸承失效,在三相異步電動(dòng)機維修中,軸承的維護占了很大的比例。另外由于三相異步電動(dòng)機轉子有感應電流的存在,軸承的電腐蝕問(wèn)題也在近幾年被很多研究者所關(guān)注。


     永磁同步電動(dòng)機則不存在此類(lèi)問(wèn)題。永磁同步電動(dòng)機由于氣隙較大,以上異步電動(dòng)機氣隙小而引起的相關(guān)問(wèn)題在同步電動(dòng)機上表現的并不明顯,同時(shí)永磁同步電動(dòng)機的軸承采用帶防塵蓋的脂潤滑軸承,軸承在出廠(chǎng)時(shí)已封入了適量的優(yōu)質(zhì)潤滑脂,可終生免維護。


永磁同步電機的典型應用


2.1電液伺服注塑機應用方案


    傳統注塑機使用三相異步電動(dòng)機帶定量泵,注塑機工作過(guò)程中,電機需長(cháng)期運行。通過(guò)伺服油泵驅動(dòng)系統的節能改造,永磁同步電動(dòng)機的快速響應和大啟動(dòng)轉矩,可以在注塑機需要完成注塑成型時(shí),才啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機帶動(dòng)油泵產(chǎn)生壓力,在下料和合模的過(guò)程中,油泵主電機則處于停機狀態(tài),實(shí)現了間歇零功耗,通過(guò)對比節能率最高可達85% 。


    在優(yōu)異的伺服電機算法控制下,噪音大大低于普通注塑機。在配置低噪聲螺桿泵的理想狀態(tài)下,注塑機整機噪音低于70 分貝,實(shí)現靜音運行,改善工作環(huán)境。


2.2鐵礦干選機上的節能應用


   使用現場(chǎng)為西北某采礦場(chǎng),多粉塵環(huán)境。該設備共使用125臺電動(dòng)機,揚卷設備啟動(dòng)時(shí)需要有較大的啟動(dòng)力矩,而正常作業(yè)時(shí)電動(dòng)機長(cháng)期運行在30%~50%額定功率的輕載狀態(tài),原先使用的三相異步電動(dòng)機其效率僅為65%左右,功率因數為0.4~0.6 左右,造成嚴重的能源浪費,選用永磁同步電動(dòng)機,節能效果非常明顯。節電測試統計數據如下:



用戶(hù)關(guān)心的問(wèn)題


3.1 電機壽命


     整個(gè)電機的壽命取決于軸承的使用壽命,電機外殼采用IP55的防護等級,特殊環(huán)境下可以提高至IP65,滿(mǎn)足大部分粉塵和潮濕環(huán)境的使用要求。在保證電機軸伸安裝同軸度較好,轉軸徑向載荷適量的情況下,電機軸承最少使用壽命在2萬(wàn)小時(shí)以上。其次是散熱風(fēng)機的壽命,風(fēng)機采用的是單相220V罩極馬達,使用壽命比電容運轉電機長(cháng)。在粉塵潮濕環(huán)境下長(cháng)期運行時(shí),需定期清除風(fēng)機上附著(zhù)的粘性物質(zhì),以防止風(fēng)機因負荷過(guò)重而燒毀。


3.2 永磁材料的失效與保護


    永磁材料對永磁電機的重要性不言而喻,其成本占整臺電機材料成本近1/4以上。對此四方對永磁材料制定了企業(yè)標準,其中包含耐腐蝕、一致性、高溫退磁試驗、線(xiàn)性退磁曲線(xiàn)試驗等內容?,F在的永磁材料已能在電機繞組極限允許溫升下長(cháng)時(shí)間運行,退磁率在2%以?xún)?。常規的永磁材料要求表面鍍層承受大?4小時(shí)的鹽霧試驗,對氧化腐蝕較嚴重的環(huán)境,用戶(hù)需聯(lián)系廠(chǎng)家選用防護技術(shù)更高的永磁材料。


3.3線(xiàn)圈燒壞


    傳統的異步電機線(xiàn)圈燒壞故障率高達8%以上,主要與電機的熱保護和電工材料的品質(zhì)有關(guān)。本公司CM500系列永磁同步電動(dòng)機線(xiàn)圈內埋有熱敏元件,當線(xiàn)圈溫升達到F級絕緣極限溫升105K時(shí),驅動(dòng)器通過(guò)熱敏元件采集的溫度信號對電機實(shí)行過(guò)熱保護,確保電機安全運行,同時(shí)電機定子采用兩次真空浸漆工藝,大大提高了定子合格率。


結語(yǔ)


      從經(jīng)濟效益分析:永磁同步電動(dòng)機特別適合重啟動(dòng)輕運行的使用場(chǎng)合,推廣使用永磁同步電動(dòng)機具有積極的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益,對節能減排意義重大。在可靠性和穩定性方面,永磁同步電動(dòng)機也具有可貴的優(yōu)勢。選用高效永磁同步電動(dòng)機是一項一次性投資長(cháng)期受益的過(guò)程。


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