永磁同步電動(dòng)機(jī)節(jié)能降耗作用研究

卜憲存

（棗莊科技職業(yè)學(xué)院，山東 棗莊 277500）

永磁同步電動(dòng)機(jī)節(jié)能降耗作用研究

卜憲存

（棗莊科技職業(yè)學(xué)院，山東 棗莊 277500）

本文通過研究永磁同步電動(dòng)機(jī)為研究視角，分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，介紹了三相雙定子永磁同步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能效果。

永磁同步電動(dòng)機(jī)；節(jié)能；降耗

1 永磁同步電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

1.1 永磁同步電機(jī)應(yīng)用在電梯領(lǐng)域

研究傳統(tǒng)電梯曳引技術(shù)得出，感應(yīng)電機(jī)+減速機(jī)構(gòu)的有齒輪間接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)長期應(yīng)用。這種系統(tǒng)存在材料消耗過大、運(yùn)行效率低、維護(hù)繁雜等缺點(diǎn)。與傳統(tǒng)有齒輪驅(qū)動(dòng)電梯系統(tǒng)相比較，永磁同步電動(dòng)機(jī)無齒輪系統(tǒng)在節(jié)能、降耗等方面有著突出的優(yōu)點(diǎn)。使用在電梯系統(tǒng)中的永磁同步電動(dòng)機(jī)通常采用多極結(jié)構(gòu)，從而提供低速大轉(zhuǎn)矩的性能。使用多極結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)都可以獲得較高的功率因數(shù)和效率。功率因數(shù)若接近1，處于低極數(shù)可以提升15%的電機(jī)效率，高極數(shù)時(shí)效果更加明顯。與傳統(tǒng)交流有齒輪曳引技術(shù)相比，永磁同步無齒輪曳引技術(shù)可以節(jié)省40%的能源[2]。

1.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用在船舶領(lǐng)域

傳統(tǒng)船舶推行方式使用柴油機(jī)帶動(dòng)螺旋槳推動(dòng)船舶運(yùn)行，使用的柴油機(jī)通常是低速柴油機(jī)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速必須由船舶運(yùn)行狀態(tài)而變化，實(shí)際運(yùn)行效率不高。隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，研究出綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為：節(jié)約燃料、效率高、降低30%以上的油耗、布局靈活，各個(gè)設(shè)備之間采用電纜連接，有助于提升船舶的操作性能和靈活性。因永磁同步電動(dòng)機(jī)具有效率高、輕量化等優(yōu)點(diǎn)，在船舶綜合電力系統(tǒng)中管飯應(yīng)用。例如：船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的供應(yīng)商西門子就開發(fā)出采用永磁同步電動(dòng)機(jī)為SPP的推進(jìn)系統(tǒng)。西門子工程師合理運(yùn)用永磁同步電動(dòng)機(jī)節(jié)能、高性能等特點(diǎn)，確保設(shè)計(jì)出的SPP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，明顯提升系統(tǒng)的使用效率。

1.3 永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用在汽車領(lǐng)域

在發(fā)展不同電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)中，永磁同步電動(dòng)機(jī)是重點(diǎn)發(fā)展方向之一[1]。歐中很多發(fā)達(dá)國家很早就開展研究電動(dòng)機(jī)。在選取著的電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，各個(gè)國家的側(cè)重點(diǎn)有所不同，英法國家側(cè)重于研究永磁無刷直流電機(jī)，德國重視開發(fā)開關(guān)磁阻電機(jī)。同傳統(tǒng)直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比較，法國使用的三相永磁同步電機(jī)具有效率高、可靠性好、維修方便、轉(zhuǎn)矩密度比高等優(yōu)點(diǎn)。德國第三代奧迪混合電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用永磁同步電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)的最大輸出功率為32kW。永磁同步電動(dòng)機(jī)不僅再電梯、船舶、汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用外，在風(fēng)力發(fā)電、紡織機(jī)械等領(lǐng)域也有很好的發(fā)展前景，隨著永磁材料的價(jià)格和價(jià)值趨向合理，永磁同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。

2 三相雙定子永磁同步電動(dòng)機(jī)節(jié)能效果

2.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及指標(biāo)

三相雙定子永磁同步電動(dòng)機(jī)由機(jī)座、端蓋、定子、風(fēng)扇等部分組成，這種電動(dòng)機(jī)與普通系列電機(jī)大致相同，與普通同步電機(jī)的區(qū)分是沒有勵(lì)磁線圈和集電環(huán)，結(jié)構(gòu)比較簡單，電機(jī)轉(zhuǎn)子采用釹鐵硼材料設(shè)計(jì)組成。永磁同步電動(dòng)機(jī)的創(chuàng)新在于電機(jī)座內(nèi)設(shè)有2個(gè)獨(dú)立的定子和繞組，接線盒中設(shè)有自動(dòng)切斷輔助啟動(dòng)定子繞組的回路。該電動(dòng)機(jī)的額定電壓為380V，額定轉(zhuǎn)速為750r/min，防護(hù)和絕緣等級分別為IP44、B級，進(jìn)行冷卻的方式是ICO141。同步發(fā)動(dòng)機(jī)為達(dá)到轉(zhuǎn)換能量的目的，必須設(shè)有一個(gè)直流磁場。

2.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)工作原理

三相雙定子永磁同步電動(dòng)機(jī)是在電機(jī)內(nèi)部設(shè)置2個(gè)定子，也就是說一臺(tái)電機(jī)內(nèi)部配備2臺(tái)電機(jī)。兩個(gè)轉(zhuǎn)子分別是高轉(zhuǎn)矩異步轉(zhuǎn)子、稀土永磁同步轉(zhuǎn)子。若抽油機(jī)處于正常啟動(dòng)狀態(tài)，三相雙定子永磁電動(dòng)機(jī)2個(gè)定子繞組會(huì)同時(shí)工作，轉(zhuǎn)軸得到較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，直至同步轉(zhuǎn)速后電動(dòng)機(jī)自動(dòng)切斷輔助定子繞組回路，采用永磁電機(jī)推動(dòng)負(fù)載正常運(yùn)行。如果合上空氣開關(guān)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的過程中，時(shí)間繼電器與交流接觸器的吸合線圈回路接通，交流接觸器經(jīng)常開觸點(diǎn)吸合，確保其在永磁測定子繞組工作瞬間通電，完成永磁轉(zhuǎn)子與鼠籠轉(zhuǎn)子一同工作，等到完成整個(gè)啟動(dòng)過程并穩(wěn)步運(yùn)行后，時(shí)間繼電器在設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)切斷接觸器的吸合線圈回路，保證交流接觸器處于觸點(diǎn)斷開，達(dá)到自動(dòng)切斷輔助啟動(dòng)定子繞組回路的效果。

2.3 永磁電機(jī)實(shí)際應(yīng)用情況

以某采用廠才有作業(yè)區(qū)為試驗(yàn)區(qū)給予5臺(tái)永磁電機(jī)，所用電機(jī)的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)如表1所示。根據(jù)本公司節(jié)能監(jiān)測站對電機(jī)安裝前后的節(jié)能效果展開監(jiān)測，得出結(jié)果：使用永磁同步電動(dòng)機(jī)之后，電機(jī)的運(yùn)行電流平均下降為34A，降低的電流率和線損分別為55%、50%，這在很大程度上降低電網(wǎng)及配電裝置的損耗。同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)平均效率提升6%，提升了電網(wǎng)和變壓器的利用率。

表1 電動(dòng)機(jī)型號(hào)及參數(shù)對比

（1）節(jié)省電容器投資費(fèi)用。該油田機(jī)采用系統(tǒng)配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償一直是有待解決的問題，在線路上設(shè)置的補(bǔ)償電容器并未收到理想效果。使用永磁同步電動(dòng)機(jī)能從根源上解決上述問題，有效節(jié)省補(bǔ)償電容器更新和維護(hù)費(fèi)用。通常補(bǔ)償電容器每隔3a就必須更換1次，估算下來每臺(tái)永磁呢同步電動(dòng)機(jī)可以節(jié)省一次性投資費(fèi)用為600～2000元。使用永磁同步電動(dòng)機(jī)后，其運(yùn)行電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于異步電機(jī)使用的電流，從而降低存在的線路損耗情況。

（2）開發(fā)電網(wǎng)潛在的容量。使用永磁電動(dòng)機(jī)之后，電機(jī)的視在功率降低為50%以上，簡言之就是說電網(wǎng)的供電能力提升1倍，可以開發(fā)出一半左右的電網(wǎng)容量。這部分容量可以采用加密井等產(chǎn)能項(xiàng)目給予供電，并能提升電網(wǎng)的利用率。

2.4 無軸承電動(dòng)機(jī)的發(fā)展

無軸承電動(dòng)機(jī)并非不需要軸承作為支撐，而是不用設(shè)計(jì)專門的機(jī)械、氣浮或液浮軸承。一個(gè)完整的無軸承電動(dòng)機(jī)依靠2個(gè)無軸承電動(dòng)機(jī)單元與1個(gè)軸向次軸承組合而成。運(yùn)用磁場定向分別對電動(dòng)機(jī)的懸浮和旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，達(dá)到電動(dòng)機(jī)無軸承化。無軸承永磁電動(dòng)機(jī)在高新技術(shù)領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展優(yōu)勢，是傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)永遠(yuǎn)無法達(dá)到的。無軸承電動(dòng)機(jī)具有無摩擦、無污染、高效率、壽命長、不需要使用潤滑劑等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于無菌、無污染、有毒害氣體等場合中。無軸承永磁同步電動(dòng)機(jī)與其他電動(dòng)機(jī)相比具有以下特點(diǎn)：因永磁體的存在，電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組電流不再是必要的方面；這種電動(dòng)機(jī)的控制回路比較簡單。

3 結(jié)束語

綜上所述，使用永磁同步電動(dòng)機(jī)可以節(jié)省配電箱和變頻調(diào)速的投資，在一定程度上提升運(yùn)行功率因素。可以減小電網(wǎng)導(dǎo)線的截面積，同時(shí)減少電網(wǎng)容量的收費(fèi)，因此三相雙定子永磁同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍更廣。

[1]安振華.永磁同步電動(dòng)機(jī)替換異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用與節(jié)能分析[J].冶金動(dòng)力，2014，(5):1-3，6.

[2]史朝暉，黃遠(yuǎn)倫.火電廠輔機(jī)電機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析及永磁電動(dòng)機(jī)在輔機(jī)電機(jī)上的應(yīng)用[J].科技信息，2014，(10):81-82.

Research on energy saving and consumption reduction of permanent magnet synchronous motor

BU Xian-cun

(Zaozhuang science and technology Career Academy， Zaozhuang Shandong 277500)

In this paper， the characteristics and application field of permanent magnet synchronous motor are analyzed by studying the permanent magnet synchronous motor as the research angle of view， and the energy saving effect of the three-phase double stator permanent magnet synchronous motor is introduced.

Permanent magnet synchronous motor; Energy saving; Consumption reduction

U676.3

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.05.032

1672–7304(2016)05–0065–02

（責(zé)任編輯：張時(shí)瑋）

卜憲存（1979-），男，山東滕州人，講師，研究方向：電工電子技術(shù)。