永磁电动机的应用分析

永磁电动机的应用分析
摘要：大型煤化工项目，都是需要大量的电力消耗。

在项目研究和设计阶段，
注重收集和使用的电气节能技术成熟和可靠的模型，在项目投入运行后节约电能，这对提高企业经营成本比较优势，提高企业竞争力，具有重要作用。

现就大型煤
化工项目电气节能技术作一简要阐述。

关键词：煤化工；变频器；烧毁
0、引言
大型煤化工项目是耗能大户，每年的用电量居各行业前列，其中电动机又是主要用电设备，对于电动机的节能，随着材料与制造工艺的进步与革新，永磁电机逐步成发展趋势，本
文将对永磁电机的技术特点及经济性进行分析，寻找节能的空间。

1、名词术语
电机的效率是指电机所输出的机械能与电源所提供的电能之比。

用字母“η”表示。

高效率
意味着在从电能向机械能转化的过程中伴随着更少的能量损失。

2、永磁电机与异步电机能效对比
3、节能原理
永磁同步电动机是在电动机转子内部安装稀土永磁体以代替异步电动机转子绕组产生感
应磁场。

所以在电机运行时转子没有电阻损耗，定子减少电阻损耗，电机总损耗减少20%。

其次，由于永磁电机的磁场由稀土永磁体产生，不需要定子增加无功励磁电流，使得电机的
功率因数大幅提高（可达0.95-1），这样使得电机的定子绕圈中电流显著降低，从而提高电
机的效率达2至6个百分点，达到国际IE4标准。

4、与普通电机相比，永磁电机有以下特点:
4.1、转速恒定，为同步转速。

转速较普通电机稍高，比如普通电机4极转速为1400 -1500 r/min，永磁同步电机转速就是1500r/min。

4.2、功率因数高。

永磁电机在正常运转时，转子转速和定子磁场转速一致，转子鼠笼条
上没有电流，定子上感应电流减小，因此功率因数高。

通过合理的设计，可使其工作在滞后
功率因数、单位功率因数和超前功率因数。

一般滞后功率因数都可以达到和超过0.95，大量
使用永磁电机，可以省去无功功率补偿器等设备。

4.3、效率高。

永磁电机正常运转时，由于转子上有永磁体--钕铁硼磁钢，靠永磁体的磁
场就可以保证电机的正常运转，因此转子鼠笼条没有电流，也就没有绕组损耗。

转子铁耗也
没有，因此效率较普通电机高的多。

目前，永磁同步电机一般设计很容易达到GB18613-2012
版规定的2级能效，甚至达到1级指标；而普通电机，设计达到相应的性能就比较麻烦，这
在小功率电机中表现的尤为明显。

4.4、具有较宽的经济运行范围。

普通电机的经济运行范围一般为额定负载的60-100%，
低于60%的负载时，电机的效率和功率因数曲线下降很快，运行效率和功率因数很低。

而永
磁电机的经济运行范围远比普通电机宽，不仅在额定负载时效率很高，而且在25-120%额定
负载的范围内都有较高的效率，效率曲线比较平滑，变化不大。

电机效率基本不低于额定效
率的80%。

而普通电机在35%额定负载附近效率迅速下降，能低至30-40%。

永磁电机在25%
的负载时，功率因数也可以达到0.9以上，越轻载功率因数越高；而普通电机从额定负载时
的0.85左右迅速下降到0.5以下。

4.5 、体积小，重量轻。

由于永磁电机转子上应用了稀土永磁材料，损耗低，效率和功
率因数高，达到同样的功率，在保证效率和功率因数的基础上，体积可以做的比普通电机小，重量可以轻。

这在一些要求小机座号，做大功率的场合，具有普通电机不可比拟的优势。

4.6、堵转转矩倍数高。

普通电机堵转转矩倍数一般是额定转矩1.6-2.3倍，而永磁电机
的堵转转矩一般可达2.4倍以上，有些规格甚至可达到3.5倍以上。

有些场合称异步起动永
磁电机为“高效高起动转矩永磁同步电机”。

原来采用普通电机的设备，起动转矩要求高的情
况下，很多采用绕线式电机，但效率很低；再者就是增大容量，以增大起动转矩，但实际运
行时，负载率很低，效率和功率因数都很低，造成设施和能源的浪费。

而使用永磁电机，达
到同样的转矩，就可以适当的减小电机容量，永磁电机功率因数和效率都较高，节能效果就
很明显。

4.7、可以实现低速高效率。

普通电机10极以上的电机很少，不是技术上达不到，而是
转速越低，效率做不高，而且机座号做的很大，功率很小，这在以前被认为划不来的事。

而
永磁电机可以把极数做的很高，有24极的，甚至32极。

转速做的很低，可以对一些设备采
用直驱，省去减速设施，从节能的角度来讲，这样可以提高效率。

而且永磁电机因为转子损
耗小，虽然极数高，效率也可以做的很高，节能前景很好。

4.8、永磁电机的起动有自己的特点。

永磁电机不可以采用如星--三角等降压起动方式，
因为普通永磁电机（380V,50HZ),在电压降低到330V时，起动困难，转子抖动厉害。

小功率
的永磁电机一般采用直接起动的方式。

大功率的永磁电机，在变压器容量足够大的情况下，
而且对设备机械冲击要求不严的情况下也可以直接起动。

否则，建议采用变频器驱动的软起
动方式。

4.9、永磁电机缺点是成本高，加工工艺复杂。

由于使用了高性能的稀土永磁材料钕铁硼，所以制造成本较高。

永磁体放置在转子内部，设计和安装工艺复杂，也增加了制造成本。

在
这个方面，国家为了鼓励推广高效电机，实行惠民政策对此进行补贴（100元/KW）。

5、永磁电机提高电机效率的技术手段
5.1、降低定子铜耗。

选用更高质量等级铜线，采取紧凑的端部设计，保证良好的槽满率，选用优异的浸漆工艺，适当增加铁心长度（降低电流密度）。

5.2、降低转子铝耗。

选用优异的转子压铸工艺，改进转子绝缘，使用高压冲模铸铝转子，保证高的转子动平衡。

5.3、降低风摩损耗。

不降低冷却效果的前提下，使用更小尺寸的风扇。

使用更高品质的
轴承。

保证更高等级的定转子同心度，降低振动、摩擦。

5.4、降低铁耗。

选用高效、更薄的硅钢片，确保材质的低损耗、高磁感特性。

采用先进
合理的槽形设计。

5.5、降低杂散损耗。

优化的电磁设计，采用更高要求的制造工艺措施。

6、结束语
1、永磁电机运行可靠性需进一步验证。

2、新建项目电动机的效率必须符合国家所规定的满足节能认证要求的最低标准值（二级），如永磁电机运行可靠性可以保证，优先选用永磁电机，以提高供电系统功率因数，降低供电系统成本。

3、全年连续工作8000小时，电机负荷率60%及以下的电动机须改造为高效电机, 以起到节能降耗的目的。

4、部分运行状态不佳、维修成本高、缺乏备件的能效等级低于GB18613-2012规定的三级能效的电动机建议改造为高效电机。

参考文献：
[1] 荆志杰，电动机的节能探讨，2013，39(5):78一81.
[2]李法展，永磁电机制造工艺，2008(2):3一6.
[3] 张杰，电动机的能效探讨[J]通用机械，2007(5):59。