当前位置: 首页 » 行业信息 » 高压永磁同步电动机介绍

行业信息

高压永磁同步电动机介绍

发布时间:2017-12-04

 高低压永磁同步电机的研究背景 

    节能减排在当今世界是一个无法回避的话题,影响着世界经济的发展。作为节能减排重点的工业领域,电机系统节能潜力巨大,用电量约占全国用电量的60%,引起各方关注。永磁同步电机高效节能已为所属技术人员公知,也已为国家认同,财政部、国家发展改革委二0一0 年五月三十一日印发《节能产品惠民工程高效电机推广实施细则》中支持开发永磁同步电机补贴范围从0.55KW-315KW 按60-40元KW计算,对符合资格的电机制造企业推广永磁同步电机,可以向政府申请上述补贴。 

   结合近年来设计、研制和生产永磁同步电机的工程化经验而专门设计的超高效节能、异步起动、同步运转三相永磁同步电动机。使 三相永磁同步电动机,节能效果最为明显,节能降耗最为有效,替代成本最低。为此,国家十大节能工程之—电机系统节能工程中推荐采用永磁同步电动机。 

   为了应对日见提高的国内电机能耗要求,河南全新机电设备有限公司通过与几所高等大学的合作,经过多年的努力,汇集国内多名电机领域的专家对永磁同步电动机和其配套变频器控制技术潜心研究,成就了这一高效节能技术产品一-高低压永磁同步电动机。并申请了5项发明专利,中国发明专利申请号: 

一种绕线转子自启动永磁同步电动机 201610018402.3 

一种自启动永磁同步电动机的转子 201610031940.6

自启动永磁同步电动机转子 201610034812.7

自启动永磁同步电动机的转子 201610040886.1

一种用于三相异步电动机的自启动永磁同步电动机的转子201610048183.3

   永磁同步电动机广泛应用于航空航天、国防、化工、电力、石化、钢铁、水利、建材等要求高性能的场合,如电厂、钢厂和各城市的自来水厂、污水处理厂、冷冻厂及油田抽油机、水泥厂的风机和泵类设备、电力机车、船舶的推进系统,应用在压缩机、起重机、破碎机、纺织机械、服装机械、冶金和钢铁行业的机械设备,也可应用在石油、化工、医药、矿山及其它环境条件比较恶劣的场合做专用原动机使用。 

   永磁同步电动机,不需要普通同步电动机的励磁调节系统。性能上不但优于异步电动机,并具有比普通同步电动机功率因数高,速度稳定等优点,而且效率还高于普通同步电动机。稀土钕铁硼材料的应用使得大功率永磁同步电机具有高密度的气隙磁通,轻便的体积和高磁磁密,形成大惯量的高转矩,保证了永磁同步电机具有快速动态响应能力。对于水泥厂的风机和泵类需要调速的设备还需要匹配变频器。匹配变频器无论是电动机启动时的软启动特性,工作期间的变频调速,还是节电效果都相当理想。 

   永磁同步电动机除少量采用绕线式转子的外串电阻的结构,大多采用鼠笼式转子结构方式,它们都是采用不再改动定子部分,只改动转子部分的专有工艺技术。 
永磁同步电动机与普通异步电动机比较,除在节能上具有一定的优势。但也存在着不足。永磁同步电机转子按规律磁钢占有了磁极二分之一左右的面积,影响了原有的磁导率,造成了启动困难,即存在有牵入同步困难的问题。为此针对于这一问题一般的电机均要采用专用变频器。 

   为最大化设计电动机的自启动,在电机转子外周采用外贴式磁钢结构方式,该磁路使得每极的磁通值大,磁阻转矩约占电磁转矩的40%,这样有利于提高电动机的过载能力和功率密度,而且易于 “弱磁”扩速。使电机实现了电机的自起动,转子采用实心矽钢片结构,起动时在实心转子表面产生感应电流,从而形成高起动转矩和低起动电流,牵入转矩大。这样电机既具有高起动转矩,又具有稳定运行时力能指标高的优点。


二、高低压永磁同步电机技术优点 

   电机是一种以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。为了建立机电能量转换所必需的气息磁场,可以通过两种方法:一是在电机绕组内通以电流来产生磁场,这种电励磁的电机既需要有专门的绕组和相应的装置,又需要不断供给能量以维持电流流动;另一种是由永磁体来产生磁场。由于永磁体的固有特性,它经过预先磁化(充磁)以后,不再需要外加能量就能在其周围空间建立磁场。这既可简化结构,又可节约能量。高低压永磁同步电动机就是第二种电能与机械能转化的电动机。该电动机的发展是与永磁材料的发展密切相关的。20世纪60年代和80年代,稀土钴永磁和钕铁硼永磁相继问世。它们的高剩磁密度和高矫顽力,高磁能积和线性退磁曲线的优异性能特别适合于制造电机。从而使永磁同步电动机的发展进入了一个新的历史时期。 

   高效永磁同步电机的最大特点是无绕组、无磁力切割。该电机转子在制造工艺材料上不使用铜线缠绕,使用矽钢片。达到工作效率94%以上,功率因数97%以上,综合节能率10%以上,在电机设计、结构、制造的理论上与传统电机有本质上的区别。该电机平均综合节电率与传统的世界知名品牌电机相比在10%以上。使用寿命是世界知名品牌同类普通电机的1—2倍以上,是高效、节能电机,可广泛应用于工农业各领域。 

 大量实际应用的实验数据证明该电机在以下四方面取得重大突破: 

  一.平均功率因素高达95%,比发达国家的西门子、ABB、万高等世界知名电机制造企业的84. 5%高出10个百分点;比我国传统电机高出23-27个百分点; 

  二.以315KW电机为例空载电流为<2A,发达国家为12. 5A,整整降低了10A;而国产传统电机为12-20A; 

  三.起动功率为额定功率的2. 5-4倍,发达国家为6-10倍,而我国传统电机为8-12倍; 

 四.起动扭矩为设计扭矩的2.5倍以上,发达国家为1. 2-1.5倍,我国传统电机为1-1.2倍。堵转扭矩达到>10892Nm。 

 由此可见该电机功率因数高、空载电流低、磁场大、扭矩强、效率高、适用范围广、最大限度的降低了线损和铜损。 

三、高低压永磁同步电动机的制造工艺 

   目前,永磁同步电机是在用电机中较好的选择之一,因为所有电机中它的效率最高,功率因数最高,运转在同步转速下没有滑差。永磁同步电动机采用高磁能积的钕铁硼(NdFeB)材料镶嵌于转子外表,高磁力使拖动风机水泵型F系列的电动机启动转矩可达250%以上,启动电流低的特性,效率比所有高效率电机还要高,转速不会因为电网电压变动或负载大小而改变,是风机水泵压缩机负载取代高效率异步电机的最佳选择。高启动转矩通用型G系列,启动转矩高达350%,已经成功的应用于油田抽油机、水泵、冷冻机、空气压缩机等设备,并取得了很好的节电效果。 

   通过优化设计和计算,合理选择磁钢材料、磁导材料、并结合隔磁技术和隔磁材料;设计制造多种型号,多种系列不同电压不同极数与容量的防爆与普通的永磁同步电机。 

四、高低压永磁同步电机的热处理 

   1、有耐150度磁钢应用。2、有转子轴向添加的风扇结构,通风的特性良好。3、转子自有的鼠笼系统消耗启动电流,来保护磁钢在启动过程所承担的短路电流。磁钢的退磁问题,基本得到解决。 


永磁同步电机,严格控制出厂的标准质量。从生产到装配到型式试验达到国家标准才准予出厂。 

五、高低压永磁同步电机产品特性 

   1、高精度高转速的负载工况 

永磁同步电动机具有同步输出转速,在电源频率不变动的情况下转速不会改变,即使电压变动或负载变动都会运转在同步转速,这种特性非常适用在高精度定转速的负载场合,例如各种定量泵或定量风机,这种特性最适合用在产业机械比例联动控制的交流变频驱动;因为同步速度运转,完全由指令控制转速,只要指令精度高,整个比例联动控制性能就非常高,可以省去其它传感器的设置。 

    2、风机水泵工况 

永磁同步电动机的输出效率,几乎不会因为负载率变化而改变,因此在各种风机水泵负载的节电率最高,在轻载运行时功率因数会超前,所以又可以当作进相器,电容器,如整厂采用永磁同步电动机则不需要配备进相电容器,而且电源变压器效率最高,整厂的配线开关及输配电线损耗最低,是当今最高效益的电机。 

    3、大容量的变载工况 

   永磁同步电动机因为具有高效率,发电时为正弦波输出,高功率因素特性,因此非常适合使用在柴油发电机系统中作交流或直流发电机(另外增加整流桥),输出可为三相或多相电压。如果取代传统的直流或交流发电机可提高5%以上的运转效率。由于发电时具有正弦波输出的功能,能够将功率完全反馈电网,低载功率因数超前的特性变成进相电容器的功能,非常适合较大容量的变载工况,例如油田抽油机,磨粉机,空气压缩机及空调冷冻。 

    4、大马拉小车工况 

   “大马拉小车”选型设计时耗电量不增加,轻载时可以当作进相电容器使用,输出转速不随负载与电压变

六、高低压永磁同步电机技术指标 

   永磁同步电动机采用先进的混合式转子磁路结构, 应用隔磁桥隔磁和第二气隙,采用了异步起动、同步运转模式,也可应用户要求,采用软起动和变频调速器调速,满足负载工艺要求,同时采用了严密的多项设计或技术措施,有效地防止永磁磁钢体发生退磁及不可逆失磁现象。对轴承提出了径向游隙要求。主轴采用了低合金结构钢,使该产品具有超高效率、高功率因数、堵转转矩倍数大、牵入同步能力和过载能力强、运行稳定、可靠、噪声低、结构更加合理、外观新颖美观且温升裕度大等特点 

   永磁同步电动机取代三相异步电机,与异步电机比较综合效率高出10%以上。功率因数在0.97以上,负载率低时可以调节全厂电网落后功率因数;即使是”大马拉小车”的情况,运转效率也较高,还可当作进相电容器使用,是现代化产业自动化与节电改造最重要驱动装置之一。最适合使用在连续运转的电机驱动,以及负载变动率较大的场合。 

  1、产品规范 

 产品名称:三相永磁同步电动机 

 产品种类:风机水泵型F,高转矩通用型G. 

  容量范围:3~1600 KW

  极   数:4~8极 

 电   压:三相高低电压均可指定( 380~10000V)。

 频   率:50,60 hz

 转速精度:±1/4 rpm,转速不随电压负载变动而改变 

 启动转矩:风机水泵型:150% 通用型:350%

 失步转矩:风机水泵型:150% 通用型:250%

 启动电流:额定电流2.5倍 

 功率因素:0. 97以上,低负载率时超前 

 运行效率:94%以上 

 起动方式:全压启动,变频器启动后转入电网运行 

 反馈电压:正弦波,畸变率低于5%(电度表倒转)。 

 本公司所研发的电机具有和现有异步电机转子互换功能 


2、与国内外高低压电机参数对比 


型号

功率 
因数

启动功率 
(额定)

启动扭矩 
(额定)

空载 
电流

铁芯 
温度

启动次数 
(次/h)

噪音 
振动

异步

<72%

8-12倍

1

>20A

90℃

1次

世界名牌

<85%

6-10倍

1.3

<12.5A

70℃

1次

永磁同步

>97%

2-4倍

>2.5

<2A

<70℃

6-10


七、结论 


   本电机还具有一些显著的优越性,由于永磁同步电机不需要电励磁,转子也没有滑差电流,转子损耗很小,电机的效率有明显的提高。所研制的永磁同步电机的功率因数也大大高于异步电机的功率因数。 

   本电机的有益效果是结构简单,维修方便,又可抑制电机的震荡,有利于电机的稳定运行,使永磁同步电机规模化推广使用,节省大量的电力,延长其使用年限。由于永磁同步电动机的价格合理,其高效率及进相电容器特性,没有保养维护;客户投资回收期很短;工厂电机都不需购买任何节电装置,因为没有任何节电装置的整体效率会高于永磁同步电动机。为企业带来巨大的经济效益和社会效益。 

    该永磁同步电动机的发明给世界的电机制造工业带来了一场新的革命。