永磁同步电动机节能降耗作用研究

卜宪存

（枣庄科技职业学院，山东 枣庄 277500）

永磁同步电动机节能降耗作用研究

卜宪存

（枣庄科技职业学院，山东 枣庄 277500）

本文通过研究永磁同步电动机为研究视角，分析了永磁同步电动机的特点及应用领域，介绍了三相双定子永磁同步电动机的节能效果。

永磁同步电动机；节能；降耗

1 永磁同步电机的应用领域

1.1 永磁同步电机应用在电梯领域

研究传统电梯曳引技术得出，感应电机+减速机构的有齿轮间接驱动系统长期应用。这种系统存在材料消耗过大、运行效率低、维护繁杂等缺点。与传统有齿轮驱动电梯系统相比较，永磁同步电动机无齿轮系统在节能、降耗等方面有着突出的优点。使用在电梯系统中的永磁同步电动机通常采用多极结构，从而提供低速大转矩的性能。使用多极结构永磁同步电动机都可以获得较高的功率因数和效率。功率因数若接近1，处于低极数可以提升15%的电机效率，高极数时效果更加明显。与传统交流有齿轮曳引技术相比，永磁同步无齿轮曳引技术可以节省40%的能源[2]。

1.2 永磁同步电动机应用在船舶领域

传统船舶推行方式使用柴油机带动螺旋桨推动船舶运行，使用的柴油机通常是低速柴油机，柴油机转速必须由船舶运行状态而变化，实际运行效率不高。随着电力电子技术的快速发展，研究出综合电力推进系统。该系统的主要特点为：节约燃料、效率高、降低30%以上的油耗、布局灵活，各个设备之间采用电缆连接，有助于提升船舶的操作性能和灵活性。因永磁同步电动机具有效率高、轻量化等优点，在船舶综合电力系统中管饭应用。例如：船舶电力推进系统的供应商西门子就开发出采用永磁同步电动机为SPP的推进系统。西门子工程师合理运用永磁同步电动机节能、高性能等特点，确保设计出的SPP系统结构更加紧凑，明显提升系统的使用效率。

1.3 永磁同步电动机应用在汽车领域

在发展不同电动机驱动机中，永磁同步电动机是重点发展方向之一[1]。欧中很多发达国家很早就开展研究电动机。在选取着的电动车驱动电机上，各个国家的侧重点有所不同，英法国家侧重于研究永磁无刷直流电机，德国重视开发开关磁阻电机。同传统直流驱动系统相比较，法国使用的三相永磁同步电机具有效率高、可靠性好、维修方便、转矩密度比高等优点。德国第三代奥迪混合电动车驱动电机使用永磁同步电动机，设计的最大输出功率为32kW。永磁同步电动机不仅再电梯、船舶、汽车等领域广泛应用外，在风力发电、纺织机械等领域也有很好的发展前景，随着永磁材料的价格和价值趋向合理，永磁同步电动机的应用领域更加广泛。

2 三相双定子永磁同步电动机节能效果

2.1 永磁同步电动机结构及指标

三相双定子永磁同步电动机由机座、端盖、定子、风扇等部分组成，这种电动机与普通系列电机大致相同，与普通同步电机的区分是没有励磁线圈和集电环，结构比较简单，电机转子采用钕铁硼材料设计组成。永磁同步电动机的创新在于电机座内设有2个独立的定子和绕组，接线盒中设有自动切断辅助启动定子绕组的回路。该电动机的额定电压为380V，额定转速为750r/min，防护和绝缘等级分别为IP44、B级，进行冷却的方式是ICO141。同步发动机为达到转换能量的目的，必须设有一个直流磁场。

2.2 永磁同步电动机工作原理

三相双定子永磁同步电动机是在电机内部设置2个定子，也就是说一台电机内部配备2台电机。两个转子分别是高转矩异步转子、稀土永磁同步转子。若抽油机处于正常启动状态，三相双定子永磁电动机2个定子绕组会同时工作，转轴得到较大的启动转矩，直至同步转速后电动机自动切断辅助定子绕组回路，采用永磁电机推动负载正常运行。如果合上空气开关启动电动机的过程中，时间继电器与交流接触器的吸合线圈回路接通，交流接触器经常开触点吸合，确保其在永磁测定子绕组工作瞬间通电，完成永磁转子与鼠笼转子一同工作，等到完成整个启动过程并稳步运行后，时间继电器在设定的时间自动切断接触器的吸合线圈回路，保证交流接触器处于触点断开，达到自动切断辅助启动定子绕组回路的效果。

2.3 永磁电机实际应用情况

以某采用厂才有作业区为试验区给予5台永磁电机，所用电机的型号和技术参数如表1所示。根据本公司节能监测站对电机安装前后的节能效果展开监测，得出结果：使用永磁同步电动机之后，电机的运行电流平均下降为34A，降低的电流率和线损分别为55%、50%，这在很大程度上降低电网及配电装置的损耗。同时，整个系统平均效率提升6%，提升了电网和变压器的利用率。

表1 电动机型号及参数对比

（1）节省电容器投资费用。该油田机采用系统配电网的无功补偿一直是有待解决的问题，在线路上设置的补偿电容器并未收到理想效果。使用永磁同步电动机能从根源上解决上述问题，有效节省补偿电容器更新和维护费用。通常补偿电容器每隔3a就必须更换1次，估算下来每台永磁呢同步电动机可以节省一次性投资费用为600～2000元。使用永磁同步电动机后，其运行电流远远小于异步电机使用的电流，从而降低存在的线路损耗情况。

（2）开发电网潜在的容量。使用永磁电动机之后，电机的视在功率降低为50%以上，简言之就是说电网的供电能力提升1倍，可以开发出一半左右的电网容量。这部分容量可以采用加密井等产能项目给予供电，并能提升电网的利用率。

2.4 无轴承电动机的发展

无轴承电动机并非不需要轴承作为支撑，而是不用设计专门的机械、气浮或液浮轴承。一个完整的无轴承电动机依靠2个无轴承电动机单元与1个轴向次轴承组合而成。运用磁场定向分别对电动机的悬浮和旋转进行控制，达到电动机无轴承化。无轴承永磁电动机在高新技术领域具有巨大的发展优势，是传统电动机永远无法达到的。无轴承电动机具有无摩擦、无污染、高效率、寿命长、不需要使用润滑剂等优点，可以应用于无菌、无污染、有毒害气体等场合中。无轴承永磁同步电动机与其他电动机相比具有以下特点：因永磁体的存在，电动机的励磁绕组电流不再是必要的方面；这种电动机的控制回路比较简单。

3 结束语

综上所述，使用永磁同步电动机可以节省配电箱和变频调速的投资，在一定程度上提升运行功率因素。可以减小电网导线的截面积，同时减少电网容量的收费，因此三相双定子永磁同步电动机的应用范围更广。

[1]安振华.永磁同步电动机替换异步电动机的应用与节能分析[J].冶金动力，2014，(5):1-3，6.

[2]史朝晖，黄远伦.火电厂辅机电机运行经济性分析及永磁电动机在辅机电机上的应用[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

（责任编辑：张时玮）

卜宪存（1979-），男，山东滕州人，讲师，研究方向：电工电子技术。