磁悬浮电机节能降本技术研究

陈梓铭

摘 要：随着我国电机行业的快速发展，磁悬浮电机也受到了越来越多的关注。但是由于我国磁悬浮电机技术发展时间较短，部分企业的磁悬浮电机运行效率较低，造成了大量的资源浪费。对此，本文从磁悬浮电机节能降本的角度出发，分析了磁悬浮电机节能的原理，同时从多个方面提出了磁悬浮电机节能的方法。期望通过本文的研究，能够为我国企业机电节能降本提供借鉴的经验。

关键词：磁悬浮电机；节能降本技术；降本技术；变频节能降本

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.164

1 引言

中國是能源相对缺乏的国家，目前，各种设施的节能降本是每一个生产型企业的重要课题。对于磁悬浮电机方面而言，由于我国技术较为薄弱，检测生产成本的方法落后，缺乏相应的管理手段，以及节能降本意识不强等其他原因。导致了电机功耗大以及运行效率较低的问题。在这种情况下，充分的开发磁悬浮电机节能降本的潜能从而找到一个有效的降本点，对于我国磁悬浮电机行业的发展而言是重中之重。

2 磁悬浮电机节能降本的相关因素分析

电机的效率能够通过电流效率曲线反映出来，一般而言，其特性随电流的变化而变化。对此，我们通过对Y系列电机的分析，可以得知不同类型的电动机在额定工况下效率不同，并且其电阻的最大值也不相同这一结论。电动机的效率S关系式如下所示：

式中，S为电机运行总效率；

P1为电机输出总功率；

P2为电机输入总功率；

P3为电机的各负载类型消耗总额。

当电机的总输出功率P1=0时，电机总效率也为0，随着电流增加，电机的工作效率会不断增加，但是增加幅度会有明显的下降，直到最大值。在电机的负载P3值增加较为缓慢时，效率曲线会保持较快的增长速度，但是随着负载值的增加，S也会相应降低，造成曲线的上升速度下降。综上所述，进行磁悬浮电机节能降本的技术最有效的方法就是从降低电机的负载消耗方面入手。

3 磁悬浮电机节能降本技术分析

3.1 电机类型的选择

根据磁悬浮电机节能降本的需求，需要以效率较高电机来进行电力的提供，从而降低所选电机的浮力，避免出现“大材小用”的情况，让电机的实际负载率维持在75%左右。例如，我国设计的Y型以及Z型磁悬浮电动机相对于老式系列的JO电机具有更高的效率。一般来说，普通电机的损耗为输入功率在5% -25%之间，平均损耗为13%，但是Y系列在效率上比JO型电机高出了超过1%的效率，Z型电机的平均效率在其他条件相同的情况下比Y系列电机还要高出3%。为了减少铜和铁在电机运行过程中的损耗，使用低损耗和导磁率较高的磁性材料是十分有效的办法。除此之外，还可以改进设计结构和制造工艺来减少杂散的损失。虽然在短期内会增加30%左右的电机制造成本，但是从长期运行和高负载率的情况下进行考虑，进行这种前期的投资是较为划算的。由于转子效率的差异，鼠笼电机优于直线电机；由于功率因数的不同，高速电机优于低速电机；当电压等级不同时，高压电机优于低压电机。

3.2 “无功补偿”方法的运用

磁悬浮电动机的功率因数与负载呈反比关系，在额定负载数值提高时，负载功率因数数值就会下降，其数值通常在0.2～0.85之间。在磁悬浮电动机在运行过程中，会从电网中吸收大量的感应无功功率，从而使功率因数降低，造成系统效率降低的情况。这种时候，可以对电机进行相应的调整。最为常见的方法就是无功补偿，在保证磁悬浮电机能够正常运行的情况下，提高电流线路的效率数值，减少电阻来降低变压器的消耗。目前，无功补偿方法主要有以下几种：

（1）进行电容器的相互并联。将于电机的出口端并连接到电容器上。在电容器没有得到电流补偿前将电流滞后，在接入电容器得到补偿后，输出端适当的电容可以增加磁悬浮电动机的功率因数。由于电机的端电压没有发生变化，不会对电机的正常运行造成影响，电容器本身消耗的功率可以忽略不计。（2）大容量绕线转子磁悬浮电动机可同步运行。（3）安装功率因数静态补偿器，主要由交流滤波器和感应无功设备组成，容量可连续调节。改进电网功率因数，降低系统电流，降低供电系统损耗，有效实现磁悬浮节能降本的效果。

3.3 变频节能的利用

企业的日常生产过程离不开电机的使用，包括水泵、风扇以及传热等多种设备。但是这些设备在实际运行的过程中并不会24小时的处于满负荷运作状态，与之相反，受到多方面因素的影响，这些设备的电机往往只需要以50%左右的额定功率进行使用就完全能够满足正常运作的需求了。但是在企业改变生产目标时，一般不会对设备恩电机的功率进行更改，只是通过改变节流控制的方法。这样不仅浪费了大量的电力资源，同时也让电机的使用年限大大降低。对此，我们可以通过调整所需轴功率，发挥变频节能的效果。通过变频技术调节电机转速的公式如下所示：

式中，S为电机的转速；

f为电机的频率；

n为转速差；

p为电机极对数。

通过公式我们可以看出，要想提高电机的转速只需要改变电源的频率就能够实现。在设备变频的效率基本不发生变化的情况下，只用过改变电源的频率，根据电机实际输出量来改变输出功率，来达到提高电机转速的效果。

对于风机和水泵而言，从流体力学的相关理论上来看，风量和转速在一种情况下呈正比关系，风压与速度值的平方成正比，轴功率转速S的三次方呈正比关系。当所需的风量减小并且风扇速度降低时，功率的旋转速度会呈现出三次方的速率降低。当所需风量下降到70%以下时，电机转速S也下降到额定转速的70%，而轴功率则下降为45%。如果采用阻尼器方法的，管网阻力增大，系统运行点从A变为新的运行点B，轴功率PZ和B区域必须与XB成比例；采用速度控制模式。通过实践统计，风机和水泵转速控制可节约30%左右。因此，当磁悬浮电动机应用于风扇和拖曳等负载变化时，如果采用频率的方法控制来调节电机功率，则可以有效的节省大量电能资源。传统的节能降本方法是改变电机通电时间的比例，虽然在一定时间内电机停止使用会减少电能资源的消耗，但是随着电机不断在停止和起动之间切换，也会加大电机的电能消耗，没有办法达到变频节能的效果。

3.4 通过新型材料增加铜线截面积

（下转第142页）

（上接第190页）

对于带有浸渍绝缘沥青云母的高压电机，在进行定子線圈的检修过程中，可以使用环氧玻璃粉云母带（B级带）绝缘来实现节省电力的效果。由于沥青云母带绝缘被浸渍，槽绝缘在一侧具有厚的厚度，并且B级带被热成型到地绝缘，并且槽绝缘在一侧上变薄。因此，在槽绝缘厚度变薄的同时，铜线的截面面积会有一定的增加。一般来说，在进行电机进行绝缘后，铜线平均截面积可增加30%左右。这样不仅可以让磁悬浮电机的温升也降低，还能够降低功率损耗。对于在技术不成熟之前生产的低压电动机来说，当定子线圈在检修过程中可以重新烧制，以此来保证槽内的绝缘层厚度下降。在其它因素不发生变化的前提下，通过加粗导线的方法能够让电机的运行效率提高3%左右。这个提升率对于常年运行的磁悬浮电机的节能降本效果来说是非常可观的。

4 结束语

进行磁悬浮电机技能降本的研究十分有意义，它不仅能够节约社会资源，同时还是我国电机行业技术发展的重要标志。在进行磁悬浮电机节能降本的过程中，企业需要从多个角度出发，运用多种方法，从源头上、方法上、技术上以及材料上对磁悬浮电机的运行进行剖析。只有这样才能够提高磁悬浮电机节能降本技术的发展，降低企业生产成本，提高经济效益，为我国经济的快速发展创造出良好的内外部环境。

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