永磁同步電動機節能降耗作用研究

卜憲存

（棗莊科技職業學院，山東 棗莊 277500）

永磁同步電動機節能降耗作用研究

卜憲存

（棗莊科技職業學院，山東 棗莊 277500）

本文通過研究永磁同步電動機為研究視角，分析了永磁同步電動機的特點及應用領域，介紹了三相雙定子永磁同步電動機的節能效果。

永磁同步電動機；節能；降耗

1 永磁同步電機的應用領域

1.1 永磁同步電機應用在電梯領域

研究傳統電梯曳引技術得出，感應電機+減速機構的有齒輪間接驅動系統長期應用。這種系統存在材料消耗過大、運行效率低、維護繁雜等缺點。與傳統有齒輪驅動電梯系統相比較，永磁同步電動機無齒輪系統在節能、降耗等方面有著突出的優點。使用在電梯系統中的永磁同步電動機通常采用多極結構，從而提供低速大轉矩的性能。使用多極結構永磁同步電動機都可以獲得較高的功率因數和效率。功率因數若接近1，處于低極數可以提升15%的電機效率，高極數時效果更加明顯。與傳統交流有齒輪曳引技術相比，永磁同步無齒輪曳引技術可以節省40%的能源[2]。

1.2 永磁同步電動機應用在船舶領域

傳統船舶推行方式使用柴油機帶動螺旋槳推動船舶運行，使用的柴油機通常是低速柴油機，柴油機轉速必須由船舶運行狀態而變化，實際運行效率不高。隨著電力電子技術的快速發展，研究出綜合電力推進系統。該系統的主要特點為：節約燃料、效率高、降低30%以上的油耗、布局靈活，各個設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。因永磁同步電動機具有效率高、輕量化等優點，在船舶綜合電力系統中管飯應用。例如：船舶電力推進系統的供應商西門子就開發出采用永磁同步電動機為SPP的推進系統。西門子工程師合理運用永磁同步電動機節能、高性能等特點，確保設計出的SPP系統結構更加緊湊，明顯提升系統的使用效率。

1.3 永磁同步電動機應用在汽車領域

在發展不同電動機驅動機中，永磁同步電動機是重點發展方向之一[1]。歐中很多發達國家很早就開展研究電動機。在選取著的電動車驅動電機上，各個國家的側重點有所不同，英法國家側重于研究永磁無刷直流電機，德國重視開發開關磁阻電機。同傳統直流驅動系統相比較，法國使用的三相永磁同步電機具有效率高、可靠性好、維修方便、轉矩密度比高等優點。德國第三代奧迪混合電動車驅動電機使用永磁同步電動機，設計的最大輸出功率為32kW。永磁同步電動機不僅再電梯、船舶、汽車等領域廣泛應用外，在風力發電、紡織機械等領域也有很好的發展前景，隨著永磁材料的價格和價值趨向合理，永磁同步電動機的應用領域更加廣泛。

2 三相雙定子永磁同步電動機節能效果

2.1 永磁同步電動機結構及指標

三相雙定子永磁同步電動機由機座、端蓋、定子、風扇等部分組成，這種電動機與普通系列電機大致相同，與普通同步電機的區分是沒有勵磁線圈和集電環，結構比較簡單，電機轉子采用釹鐵硼材料設計組成。永磁同步電動機的創新在于電機座內設有2個獨立的定子和繞組，接線盒中設有自動切斷輔助啟動定子繞組的回路。該電動機的額定電壓為380V，額定轉速為750r/min，防護和絕緣等級分別為IP44、B級，進行冷卻的方式是ICO141。同步發動機為達到轉換能量的目的，必須設有一個直流磁場。

2.2 永磁同步電動機工作原理

三相雙定子永磁同步電動機是在電機內部設置2個定子，也就是說一臺電機內部配備2臺電機。兩個轉子分別是高轉矩異步轉子、稀土永磁同步轉子。若抽油機處于正常啟動狀態，三相雙定子永磁電動機2個定子繞組會同時工作，轉軸得到較大的啟動轉矩，直至同步轉速后電動機自動切斷輔助定子繞組回路，采用永磁電機推動負載正常運行。如果合上空氣開關啟動電動機的過程中，時間繼電器與交流接觸器的吸合線圈回路接通，交流接觸器經常開觸點吸合，確保其在永磁測定子繞組工作瞬間通電，完成永磁轉子與鼠籠轉子一同工作，等到完成整個啟動過程并穩步運行后，時間繼電器在設定的時間自動切斷接觸器的吸合線圈回路，保證交流接觸器處于觸點斷開，達到自動切斷輔助啟動定子繞組回路的效果。

2.3 永磁電機實際應用情況

以某采用廠才有作業區為試驗區給予5臺永磁電機，所用電機的型號和技術參數如表1所示。根據本公司節能監測站對電機安裝前后的節能效果展開監測，得出結果：使用永磁同步電動機之后，電機的運行電流平均下降為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及配電裝置的損耗。同時，整個系統平均效率提升6%，提升了電網和變壓器的利用率。

表1 電動機型號及參數對比

（1）節省電容器投資費用。該油田機采用系統配電網的無功補償一直是有待解決的問題，在線路上設置的補償電容器并未收到理想效果。使用永磁同步電動機能從根源上解決上述問題，有效節省補償電容器更新和維護費用。通常補償電容器每隔3a就必須更換1次，估算下來每臺永磁呢同步電動機可以節省一次性投資費用為600～2000元。使用永磁同步電動機后，其運行電流遠遠小于異步電機使用的電流，從而降低存在的線路損耗情況。

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

2.4 無軸承電動機的發展

無軸承電動機并非不需要軸承作為支撐，而是不用設計專門的機械、氣浮或液浮軸承。一個完整的無軸承電動機依靠2個無軸承電動機單元與1個軸向次軸承組合而成。運用磁場定向分別對電動機的懸浮和旋轉進行控制，達到電動機無軸承化。無軸承永磁電動機在高新技術領域具有巨大的發展優勢，是傳統電動機永遠無法達到的。無軸承電動機具有無摩擦、無污染、高效率、壽命長、不需要使用潤滑劑等優點，可以應用于無菌、無污染、有毒害氣體等場合中。無軸承永磁同步電動機與其他電動機相比具有以下特點：因永磁體的存在，電動機的勵磁繞組電流不再是必要的方面；這種電動機的控制回路比較簡單。

3 結束語

綜上所述，使用永磁同步電動機可以節省配電箱和變頻調速的投資，在一定程度上提升運行功率因素。可以減小電網導線的截面積，同時減少電網容量的收費，因此三相雙定子永磁同步電動機的應用范圍更廣。

[1]安振華.永磁同步電動機替換異步電動機的應用與節能分析[J].冶金動力，2014，(5):1-3，6.

[2]史朝暉，黃遠倫.火電廠輔機電機運行經濟性分析及永磁電動機在輔機電機上的應用[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

（責任編輯：張時瑋）

卜憲存（1979-），男，山東滕州人，講師，研究方向：電工電子技術。