高效高壓永磁同步電動機技術應用實踐

靳鵬飛

（太原鋼鐵集團有限公司裝備部， 山西 太原 030003）

1 高效高壓同步電動機技術簡介

高功能異步起動永磁同步電機的核心技術，是在其轉子磁路中嵌入釹鐵硼永磁材料，去掉轉子繞組（只有起動鼠籠繞組），由永磁體的永久磁能提供勵磁，提高了其功率因數，反映在相量圖中，即定子電流Is與電源電壓Us之間的夾角φs變小，從而降低了定子輸入電流，減少了定子銅損耗，穩態運行時沒有轉子電流，沒有轉子銅損耗，因為總損耗的降低，使溫升下降，定性地說，又可以減小冷卻風扇功率，帶來機械風摩損耗的減少。這就是永磁同步電機較同規格異步電機效率提高、節能的基本原理。

2 試驗設備介紹

某公司層流泵站共有5 臺旁濾泵驅動電動機，編號分別為 P203-01、P203-02、P203-03、P203-04、P203-05，驅動電動機型號為YKK450-6，其技術參數為：額定功率315 kW、額定電壓10 kV、額定電流23.9 A、額定功率因數0.82、額定轉速990 r/min、接法Y、工作方式S1、防護等級IP44、絕緣等級F。為了測試高效高壓永磁同步電動機的技術，將編號為P203-04 的旁濾泵三相異步驅動電動機替換為高效高壓永磁同步電動機做對比試驗，以考核其節能、環保的性能指標。

用于測試的高效高壓永磁同步電動機技術參數為：效率96.3%、功率因數0.999、起動能力(堵轉轉矩/額定轉矩）1.7、低運行噪聲（小于105 dB）和寬廣的經濟運行范圍（25%～120%負載范圍內均可保持較高的運行效率）、額定功率315 kW、額定電壓10 kV、額定電流18.9 A、額定轉速1 000 r/min、接法Y、工作方式S1、防護等級IP23、絕緣等級F。

經技術參數分析，更換電動機后無需改變原電動機的操作控制系統和保護系統，滿足實際工況使用要求。

3 工業性試驗情況

由于實際工況需要3 臺電機同時并行運行，因此采用組合運行對比試驗方式進行試驗。

組合一：2 臺異步電機（P203-02、P203-03）和 1臺高效高壓永磁同步電機并行運行。

組合二 ：3 臺異步電機（P203-02、P203-03、P203-05）同時并行運行。

3.1 數據處理的原則

對采集的原始試驗數據進行算術平均值計算，保留3 位小數。原始試驗數據包括平均流量、電壓、電流、有功功率、無功功率等。

3.2 綜合性能分析

根據現場實測轉速、三相繞組溫度、軸伸端軸承溫度、非軸伸端軸承溫度、振動數據對比分析，判定高效高壓永磁同步電動機的可靠性和穩定性優于YKK450-6（P203-02、P203-03、P203-05）異步電機。

3.3 綜合節電效果分析

3.3.3 試驗計算方法

3.3.3.1 無功功率引起的電網有功功率損耗PCQ

式中：PCQ為無功功率引起的電網有功功率損耗，kW；PQ為電機無功功率，kVar；KQ為無功經濟當量，根據國標GB/T 12497—2006《三相異步電動機經濟運行》中的第6.4 項規定（無功功率按無功經濟當量折算成電網的有功功率損耗、無功經濟當量按電網線路一次變壓來考慮），取KQ=0.04。

因此，組合一無功功率引起的電網有功功率損耗PCQ1=KQPQ1=0.04×513.769=20.551 kW，組合二無功功率引起的電網有功功率損耗PCQ2=KQPQ2=0.04×748.933=29.957 kW。

3.3.3.3 綜合功率消耗同一性修正

在試驗中，兩組流量有差異，組合一流量大則做功多，為進行同一性對比試驗，用兩個流量之比作為修正系數（組合一平均流量Q1/組合二平均流量Q2）修正組合一綜合功率消耗。修正公式為：

3.3.3.4 綜合功率消耗之差即綜合節電量ΔPC

式中：ΔPC為綜合節電量，kW為原電動機（組合二）綜合消耗功率，kW為更換后電動機（組合一）綜合消耗功率修正值，kW。

因此，ΔPC=1 044.578-1 016.894=27.684 kW。

3.3.3.5 綜合節電率η

式中：PC為異步電機的綜合功率消耗，kW。

因此，η=27.684÷348.193=7.951%，即綜合節電率為7.951%。

4 結論

結合高效高壓永磁同步電動機在層流泵站連續運行的實際狀況，綜合以上數據對比分析，表明該電機性能先進、運行穩定、質量可靠，與原YKK450-6三相異步電動機相比，綜合節電率為7.951%，節電效果顯著，值得推廣應用。