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稀土永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用

時(shí)間:2018-07-18 20:02 來源:未知 點(diǎn)擊:次

目前節(jié)能改造中,很多企業(yè)考慮使用永磁同步電機(jī),準(zhǔn)確的講,應(yīng)該叫異步起動(dòng)同步運(yùn)轉(zhuǎn)的永磁電機(jī)。這種電機(jī),使用中可以同尺寸代替原來的Y,Y2,Y3等電機(jī)。減少了更換過程的麻煩。與普通電機(jī)相比,永磁電機(jī)有其自己的特點(diǎn)。
1 轉(zhuǎn)速恒定,為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速較普通電機(jī)稍高,比如普通電機(jī)4極轉(zhuǎn)速為1400n/min多轉(zhuǎn),永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速就是1500n/min.其他轉(zhuǎn)速電機(jī),大致如此。
 2 功率因數(shù)高。永磁電機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速一致,轉(zhuǎn)子鼠籠條上沒有電流,定子上感應(yīng)電流減小,因此功率因數(shù)高??梢酝ㄟ^合理的設(shè)計(jì),可使其工作在滯后功率因數(shù)、單位功率因數(shù)和超前功率因數(shù)。一般滯后功率因數(shù)都可以達(dá)到和超過0.95,大量使用永磁電機(jī),可以省去無功功率補(bǔ)償器等設(shè)備。
 3 效率高,特別是運(yùn)行效率高。永磁電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),由于轉(zhuǎn)子上有永磁體--釹鐵硼磁鋼,靠永磁體的磁場(chǎng)就可以保證電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),因此轉(zhuǎn)子鼠籠條沒有電流,也就沒有繞組損耗。轉(zhuǎn)子鐵耗也沒有,因此效率較普通電機(jī)高的多。目前,永磁同步電機(jī)一般設(shè)計(jì)很容易達(dá)到GB/T18613-2012版規(guī)定的2級(jí)能效,甚至達(dá)到1級(jí)指標(biāo);而普通電機(jī),設(shè)計(jì)達(dá)到相應(yīng)的性能就比較麻煩,這在小功率電機(jī)中表現(xiàn)的尤為明顯。
 4  具有較寬的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍。普通電機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍一般為額定負(fù)載的60~100%,低于60%的負(fù)載時(shí),電機(jī)的效率和功率因數(shù)曲線下降很快,運(yùn)行效率和功率因數(shù)很低。而永磁電機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍遠(yuǎn)比普通電機(jī)寬,不僅在額定負(fù)載時(shí)效率很高,而且在25~120%額定負(fù)載的范圍內(nèi)都有較高的效率,效率曲線比較平滑,變化不大。電機(jī)效率基本不低于額定效率的80%。而普通電機(jī)在35%額定負(fù)載附近效率迅速下降,能低至30~40%。永磁電機(jī)在25%的負(fù)載時(shí),功率因數(shù)也可以達(dá)到0.9以上,越輕載功率因數(shù)越高;而普通電機(jī)從額定負(fù)載是的0.85左右迅速下降到0.5以下。
 5 體積小,重量輕。由于永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子上應(yīng)用了稀土永磁材料,損耗低,效率和功率因數(shù)高,達(dá)到同樣的功率,在保證效率和功率因數(shù)的基礎(chǔ)上,體積可以做的比普通電機(jī)小,重量可以輕。這在一些要求小機(jī)座號(hào),做大功率的場(chǎng)合,具有普通電機(jī)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。
 6 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)高。普通電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)一般是額定轉(zhuǎn)矩1.6~2.3倍,而永磁電機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩一般可達(dá)2.4倍以上,有些規(guī)格甚至可達(dá)到3.5倍以上。有些場(chǎng)合稱異步起動(dòng)永磁電機(jī)為“高效高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)”,在一些設(shè)備上如石油抽油機(jī),此性能發(fā)揮了不錯(cuò)的效果。原來采用普通電機(jī)的設(shè)備,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求高的情況下,很多采用高滑差電機(jī),但效率很低;再者就是增大容量,以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,但實(shí)際運(yùn)行時(shí),負(fù)載率很低,效率和功率因數(shù)都很低,造成設(shè)施和能源的浪費(fèi)。而使用永磁電機(jī),達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)矩,就可以不適當(dāng)?shù)臏p小電機(jī)容量,永磁電機(jī)功率因數(shù)和效率都較高,節(jié)能效果就很明顯。
 7 可以實(shí)現(xiàn)低速高效率。普通電機(jī)10極以上的電機(jī)很少,不是技術(shù)上達(dá)不到,而是轉(zhuǎn)速越低,效率做不高,而且機(jī)座號(hào)做的很大,功率很小,這在以前被認(rèn)為劃不來的事。而永磁電機(jī)可以把極數(shù)做的很高,異步起動(dòng)永磁電機(jī)有24極的,甚至32極。轉(zhuǎn)速做的很低,可以對(duì)一些設(shè)備采用直驅(qū),省去減速設(shè)施,從節(jié)能的角度來講,這樣可以提高效率。而且永磁電機(jī)因?yàn)檗D(zhuǎn)子損耗小,雖然極數(shù)高,效率也可以做的很高,節(jié)能前景很好。
 8 永磁電機(jī)成本高,加工工藝復(fù)雜。由于使用了高性能的稀土永磁材料釹鐵硼,所以制造成本較高。永磁體放置在轉(zhuǎn)子內(nèi)部,設(shè)計(jì)和安裝工藝復(fù)雜,也增加了制造成本。
 9 永磁電機(jī)的起動(dòng)有自己的特點(diǎn)。永磁電機(jī)不可以采用如星--三角等降壓起動(dòng)方式,因?yàn)槠胀ㄓ来烹姍C(jī)(380V,50HZ),在電壓降低到330V時(shí),起動(dòng)困難,轉(zhuǎn)子抖動(dòng)厲害。小功率的永磁電機(jī)一般采用直接起動(dòng)的方式。大功率的永磁電機(jī),在變壓器容量足夠大的情況下,而且對(duì)設(shè)備機(jī)械沖擊要求不嚴(yán)的情況下也可以直接起動(dòng)。否則,建議采用變頻器驅(qū)動(dòng)的軟起動(dòng)方式。關(guān)于純軟啟動(dòng)器對(duì)永磁電機(jī)的起動(dòng),目前正在研究中。
異步起動(dòng)永磁電機(jī)的制造成本較高,目前還沒有在所有的場(chǎng)合得到推廣,用以替代普通三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。它目前主要的應(yīng)用場(chǎng)合:
1 對(duì)節(jié)能要求高的場(chǎng)合
  在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,有大量的生產(chǎn)機(jī)械要求連續(xù)的以大致不變的速度運(yùn)行,例如風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、普通車床等。這類機(jī)械設(shè)備大量采用普通三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),但感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)較低,能源浪費(fèi)厲害。隨著社會(huì)對(duì)節(jié)能的重視和國(guó)家對(duì)高效電機(jī)和永磁電機(jī)的推廣力度的加大,這些節(jié)能潛力大的設(shè)備都有被永磁電機(jī)和普通高效電機(jī)代替的需求。而這些機(jī)械采用永磁電機(jī)則可獲得比普通電機(jī)高得多的效率和功率因數(shù)。
在某些場(chǎng)合,負(fù)載率低,若采用普通電機(jī),輕載時(shí)功率因數(shù)和效率低,經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍窄,造成大量的電能浪費(fèi)。若采用永磁電機(jī),部分設(shè)備可適當(dāng)?shù)慕档碗姍C(jī)容量,可以實(shí)現(xiàn)高效、高功率因數(shù)和寬廣的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍,節(jié)約大量的電能。
2 多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行的場(chǎng)合
在一些生產(chǎn)機(jī)械中,要求多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行。普通電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電源頻率之間沒有嚴(yán)格的固定關(guān)系,隨著負(fù)載的變化而變化,即使是同一廠家生產(chǎn)相同規(guī)格的感應(yīng)電動(dòng)機(jī),其轉(zhuǎn)速也有一定的差別,難以保證多臺(tái)電動(dòng)機(jī)以相同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率之間有嚴(yán)格的固定關(guān)系,只要多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的供電電源頻率和電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)相同,就可以方便的實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。這在某些紡織設(shè)備上已得到很好的推廣。既節(jié)約了能源,又能很方便的實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行。
 
目前異步起動(dòng)永磁同步電機(jī)應(yīng)用經(jīng)典的場(chǎng)合是在油田的抽油機(jī)。抽油機(jī)是油田的主要生產(chǎn)機(jī)械,所消耗的電能約占油田電能消耗的60%左右。抽油機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求是大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、高效率和寬廣的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍。若采用普通電機(jī),為滿足抽油機(jī)大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求,需配置大功率的電機(jī),而平時(shí)運(yùn)行時(shí)負(fù)載率較低,大多在40%以下,有的甚至30%的負(fù)載率,效率和功率因數(shù)很低,造成大量浪費(fèi)。與普通電機(jī)相比,將永磁電機(jī)用于抽油機(jī),具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)經(jīng)過合理設(shè)計(jì),可以獲得大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因而可以用小機(jī)座號(hào)的永磁電機(jī)代替比其大1~2個(gè)機(jī)座號(hào)的普通電機(jī),在減小了體積的同時(shí),提高了效率;(2)可以獲得高效率和高功率因數(shù);(3)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍寬。這對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行的抽油機(jī)來說,節(jié)能意義重大。
油田抽油機(jī)用380V系列永磁電機(jī)包括11KW、15KW、18.5KW、22KW、30KW、37KW、45KW共7個(gè)功率等級(jí),每個(gè)功率等級(jí)都有6極8極兩個(gè)規(guī)格,與普通電機(jī)的替代關(guān)系見表一。表二為22KW 、6極永磁電機(jī)與其替代的37KW、6極普通電機(jī)的比較,可以看出,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能夠滿足要求,起動(dòng)電流與普通感應(yīng)電流基本相當(dāng),效率和功率因數(shù)明顯高于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
  表一抽油機(jī)用永磁同步電機(jī)與感應(yīng)電機(jī)的替代關(guān)系

永磁同步的電動(dòng)機(jī)功率/KW 11 15 18.5 22 30 37 45  
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率/KW 18.5 22 30 37 45 55 75  
表二22kw/6極永磁電機(jī)與其替代的37kw/6極的永磁電機(jī)的比較
  效率(%) 功率因數(shù) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩/N.m 起動(dòng)電流/A
22kw/6極永磁電機(jī) 93.5 0.989 704.1 423.9
37kw/6極普通電機(jī)性能要求 90.8 0.86 636.3 433.6
37kw/6極普通電機(jī)實(shí)際性能 91.6 0.885 774.2 427
 
 


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