刍议永磁同步电机的节能改造分析

刍议永磁同步电机的节能改造分析

刘军

合肥水泥研究设计院有限公司安徽合肥230051

摘要：随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展,永磁同步电机得以迅速的推广应用。根据科学技术进步极大地推动了同步电机的发展，本文就针对永磁同步电机的节能改造进行了简要探讨，以供参考。

关键词：永磁同步电机；节能改造

随着《中国制造2025》的贯彻和实施，我国工业也面临着由大国向强国的全面转型升级。生产设备高速化、智能化、自动化日新月异，节能减排、绿色发展新举措、新方法、新装备不断涌现。节能降耗将成为企业管理的重要课题。通常设备的良好运行和节能新技术、新工艺、新理念的运用，会给企业降低成本、提高竞争力带来意想不到的效果。电机是所有设备重要组成部分，电机本身的节电效果直接影响设备的运行效益。

1永磁同步电动机的简述

永磁同步电动机就是指采用永磁体代替通电线圈励磁的电机。由于永磁电机的转子是永磁体，所以永磁电机发展与永磁材料的发展密不可分。虽然之前有很多关于永磁电机的研究，但直到铷铁硼的出现，才使得永磁电机真正被人们重视，也才使得永磁电机真正被各行各业所采用。近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电机得以迅速推广应用。与传统的电励磁同步电机相比，永磁同步电机、特别是稀土永磁同步电机，具有损耗少、效率高、节电效果明显的优点。永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电机结构较为简单，降低了加工和装配费用，省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电机运行的可靠性；又因为无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电机的效率和功率密度，因而是近几年研究较多、并在各个领域中应用越来越广泛的一种电机。在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。

2永磁同步电机与异步电机的分析

2.1永磁同步电机节电的机理

永磁同步电机与异步电机的损耗对比表1所示。其中定子铜耗变化原因是定子电流减少，I2R减少；转子铜耗的变化原因是永磁电机同步运转，无滑差；定子铁耗的变化原因是永磁电机采用了低损耗矽钢片；转子铁耗的变化原因是永磁电机同步运转，无滑差；励磁铜耗的变化原因是励磁动率电磁钢提供；杂散损耗的变化原因是永磁电机单边气隙大；风摩损耗的变化原因是永磁电机温升低，可使用节能风扇。

由于永磁同步电机各种损耗的明显减少，导致永磁同步电机效率的提高，因此永磁同步电机相对于异步电机实实在在地在节能。

2.2永磁同步电机与异步电机能效等级的对比

永磁同步电机可达到一级能耗，异步电机最多可达到二级能耗，一般为三级或四级能耗。

2.3异步电机和永磁同步电机可能达到的能效等级

异步电机能达到能效二级，欲达到能效一级就十分困难；而永磁同步电机能达到能效一级（ie4）。经过努力，采取必要的技术措施，永磁同步电机能效限定值达到ie5也是有可能的，所以永磁同步电机将成为我国电机行业节能减排、能效提升的龙头产品，应用将越来越广泛。

2.4永磁同步电机的上游技术业已成熟

我国稀土资源丰富，稀土矿的储量占世界储量的80%，居世界首位。稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平，实现了产业化充分发挥我国稀土资源丰富的优势，大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种节能电机，将资源优势转化为经济优势，具备了前提性条件和基础。

3稀土永磁同步电机的节能改造应用

3.1th578J型电机主电机试验

3.1.1同品种、同机台、同速度两种电机节电对比th578J型电机，1008锭，主电机45kW，异步电机F2VP225m－4型（45kW），永磁同步电机xY225m－4型（45kW），异步电机和永磁同步电机试验对比相关数据可知，45kW永磁同步主电机在同台车、同品种上相比异步电机节电在4%以上，且温度低于异步电机。

3.1.2同品种、同机台不同速度段时节电对比

试验品种为JC9.8tex，th578J型电机，1008锭，主电机45kW，异步电机F2VP225m－4型（45kW），永磁同步电机xY225m－4型（45kW），做异步电机和永磁同步电机试验对比相关数据可知，同步电机与异步电机在同机台、同品种不同速度段时节电对比均在4%以上，且随着速度的提高，节电对比呈下降趋势。

3.1.3在同机台、同品种，不同定长时节电对比

试验品种为JC9.8tex，th578J型电机，1008锭，主电机45kW，机台号409＃，平均锭速17850r/min，两种定长分别取平均值，异步电机F2VP225m－4型（45kW），永磁同步电机xY225m－4型（45kW），异步电机和永磁同步电机试验对比相关数据可知，永磁同步电机与异步电机在同机台、同品种不同定长时节电对比在4%以上，且随着定长的提高，节电对比呈下降趋势（即：随着负载的增加，节电对比呈下降趋势）。

3.2负压风机电机试验

对th578J型1008锭电机11kW的负压风机电机，就异步电机和永磁同步电机做节能对比测试，试验品种为JC9.8tex，平均锭速17760r/min，负压2700kPa。由相关数据可知，11kW负压风机电机的永磁同步电机较异步电机在同机台、同品种、同速度段、同负压的情况下节电对比在10%以上，效果明显。

3.3主电机永磁同步电机的节能改造

经过一年的反复测试论证，主电机永磁同步电机与异步电机节电对比均在4%以上。我们决定对th578J型1008锭集电机（2013年设备）的主电机（45kW）进行节能改造，由异步电机改为永磁同步电机，第一阶段改19台车已经完成，第二阶段改20台车正在进行。

3.3.1改造内容

45kW主电机由异步电机改为永磁同步电机；对于45kW主电机变频器，我们设备已带变频器，只需要改一个变频器逻辑板即可。

3.3.2改造效果

①月度电流跟踪验证。主电机改为永磁同步电机，19台车主电机电流与大面积同品种异步电机主电机电流对比柱状图如图1所示。其中1月为改造前，4月、8月和12月为改造后。由图1可看出，19台车主电机由异步电机改为永磁同步电机后，与改前比主电机电流呈下降趋势；改后大面积主电机电流较改前大面积异步主电机电流也呈下降趋势。②降低生产成本，增加效益。主电机由异步电机改为永磁同步电机后，节电比按4%算，JC9.8tex集聚纺千米节电为1.18kW?h，一落纱（5.5h，定长按4500m）节电5.3kW?h，每天按4.3落纱，每台车每天节电4.3×5.31＝22.8（kW?h）；每台每月节电为30×22.8＝684（kW?h）；每台车每年（按350天算）节电22.8×350＝7980（kW?h）；大约两年可收回投资成本（按保守估算）。③主电机温度下降。主电机由异步电机改为永磁同步电机后，主电机温度降低了3℃左右，为夏季车间降温和空调用电的降低提供了有利条件。主电机改为永磁同步电机后，开车后无倒转现象，对车间生产无影响。

结语

总而言之，永磁同步电机从设计原理到实际应用技术已经日趋成熟，各企业应根据自己的实际情况进行节能改造。我们是在新设备三级能耗的基础上改造的，节电对比在4%以上。目前大部分企业的电机在三级和四级能耗之间，若进行改造，节电对比会更高。

参考文献

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[2]姜远远,闫强波,郑建平.基于交流调速永磁同步电机技术对潜水泵的节能改造[J].电动工具,2017(6).