稀土永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用

目前節(jié)能改造中，很多企業(yè)考慮使用永磁同步電機(jī)，準(zhǔn)確的講，應(yīng)該叫異步起動(dòng)同步運(yùn)轉(zhuǎn)的永磁電機(jī)。這種電機(jī)，使用中可以同尺寸代替原來的Y,Y2,Y3等電機(jī)。減少了更換過程的麻煩。與普通電機(jī)相比，永磁電機(jī)有其自己的特點(diǎn)。
1 轉(zhuǎn)速恒定，為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速較普通電機(jī)稍高，比如普通電機(jī)4極轉(zhuǎn)速為1400n/min多轉(zhuǎn)，永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速就是1500n/min.其他轉(zhuǎn)速電機(jī)，大致如此。
 2 功率因數(shù)高。永磁電機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子磁場轉(zhuǎn)速一致，轉(zhuǎn)子鼠籠條上沒有電流，定子上感應(yīng)電流減小，因此功率因數(shù)高?？梢酝ㄟ^合理的設(shè)計(jì)，可使其工作在滯后功率因數(shù)、單位功率因數(shù)和超前功率因數(shù)。一般滯后功率因數(shù)都可以達(dá)到和超過0.95，大量使用永磁電機(jī)，可以省去無功功率補(bǔ)償器等設(shè)備。
 3 效率高，特別是運(yùn)行效率高。永磁電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子上有永磁體--釹鐵硼磁鋼，靠永磁體的磁場就可以保證電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)子鼠籠條沒有電流，也就沒有繞組損耗。轉(zhuǎn)子鐵耗也沒有，因此效率較普通電機(jī)高的多。目前，永磁同步電機(jī)一般設(shè)計(jì)很容易達(dá)到GB/T18613-2012版規(guī)定的2級能效，甚至達(dá)到1級指標(biāo)；而普通電機(jī)，設(shè)計(jì)達(dá)到相應(yīng)的性能就比較麻煩，這在小功率電機(jī)中表現(xiàn)的尤為明顯。
 4  具有較寬的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍。普通電機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍一般為額定負(fù)載的60~100%，低于60%的負(fù)載時(shí)，電機(jī)的效率和功率因數(shù)曲線下降很快，運(yùn)行效率和功率因數(shù)很低。而永磁電機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍遠(yuǎn)比普通電機(jī)寬，不僅在額定負(fù)載時(shí)效率很高，而且在25~120%額定負(fù)載的范圍內(nèi)都有較高的效率，效率曲線比較平滑，變化不大。電機(jī)效率基本不低于額定效率的80%。而普通電機(jī)在35%額定負(fù)載附近效率迅速下降，能低至30~40%。永磁電機(jī)在25%的負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)也可以達(dá)到0.9以上，越輕載功率因數(shù)越高；而普通電機(jī)從額定負(fù)載是的0.85左右迅速下降到0.5以下。
 5 體積小，重量輕。由于永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子上應(yīng)用了稀土永磁材料，損耗低，效率和功率因數(shù)高，達(dá)到同樣的功率，在保證效率和功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，體積可以做的比普通電機(jī)小，重量可以輕。這在一些要求小機(jī)座號，做大功率的場合，具有普通電機(jī)不可比擬的優(yōu)勢。
 6 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)高。普通電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)一般是額定轉(zhuǎn)矩1.6~2.3倍，而永磁電機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩一般可達(dá)2.4倍以上，有些規(guī)格甚至可達(dá)到3.5倍以上。有些場合稱異步起動(dòng)永磁電機(jī)為“高效高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)”，在一些設(shè)備上如石油抽油機(jī)，此性能發(fā)揮了不錯(cuò)的效果。原來采用普通電機(jī)的設(shè)備，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求高的情況下，很多采用高滑差電機(jī)，但效率很低；再者就是增大容量，以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，負(fù)載率很低，效率和功率因數(shù)都很低，造成設(shè)施和能源的浪費(fèi)。而使用永磁電機(jī)，達(dá)到同樣的轉(zhuǎn)矩，就可以不適當(dāng)?shù)臏p小電機(jī)容量，永磁電機(jī)功率因數(shù)和效率都較高，節(jié)能效果就很明顯。
 7 可以實(shí)現(xiàn)低速高效率。普通電機(jī)10極以上的電機(jī)很少，不是技術(shù)上達(dá)不到，而是轉(zhuǎn)速越低，效率做不高，而且機(jī)座號做的很大，功率很小，這在以前被認(rèn)為劃不來的事。而永磁電機(jī)可以把極數(shù)做的很高，異步起動(dòng)永磁電機(jī)有24極的，甚至32極。轉(zhuǎn)速做的很低，可以對一些設(shè)備采用直驅(qū)，省去減速設(shè)施，從節(jié)能的角度來講，這樣可以提高效率。而且永磁電機(jī)因?yàn)檗D(zhuǎn)子損耗小，雖然極數(shù)高，效率也可以做的很高，節(jié)能前景很好。
 8 永磁電機(jī)成本高，加工工藝復(fù)雜。由于使用了高性能的稀土永磁材料釹鐵硼，所以制造成本較高。永磁體放置在轉(zhuǎn)子內(nèi)部，設(shè)計(jì)和安裝工藝復(fù)雜，也增加了制造成本。
 9 永磁電機(jī)的起動(dòng)有自己的特點(diǎn)。永磁電機(jī)不可以采用如星--三角等降壓起動(dòng)方式，因?yàn)槠胀ㄓ来烹姍C(jī)（380V,50HZ),在電壓降低到330V時(shí)，起動(dòng)困難，轉(zhuǎn)子抖動(dòng)厲害。小功率的永磁電機(jī)一般采用直接起動(dòng)的方式。大功率的永磁電機(jī)，在變壓器容量足夠大的情況下，而且對設(shè)備機(jī)械沖擊要求不嚴(yán)的情況下也可以直接起動(dòng)。否則，建議采用變頻器驅(qū)動(dòng)的軟起動(dòng)方式。關(guān)于純軟啟動(dòng)器對永磁電機(jī)的起動(dòng)，目前正在研究中。
異步起動(dòng)永磁電機(jī)的制造成本較高，目前還沒有在所有的場合得到推廣，用以替代普通三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。它目前主要的應(yīng)用場合：
1 對節(jié)能要求高的場合
  在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，有大量的生產(chǎn)機(jī)械要求連續(xù)的以大致不變的速度運(yùn)行，例如風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、普通車床等。這類機(jī)械設(shè)備大量采用普通三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，但感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)較低，能源浪費(fèi)厲害。隨著社會對節(jié)能的重視和國家對高效電機(jī)和永磁電機(jī)的推廣力度的加大，這些節(jié)能潛力大的設(shè)備都有被永磁電機(jī)和普通高效電機(jī)代替的需求。而這些機(jī)械采用永磁電機(jī)則可獲得比普通電機(jī)高得多的效率和功率因數(shù)。
在某些場合，負(fù)載率低，若采用普通電機(jī)，輕載時(shí)功率因數(shù)和效率低，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍窄，造成大量的電能浪費(fèi)。若采用永磁電機(jī)，部分設(shè)備可適當(dāng)?shù)慕档碗姍C(jī)容量，可以實(shí)現(xiàn)高效、高功率因數(shù)和寬廣的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍，節(jié)約大量的電能。
2 多臺電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行的場合
在一些生產(chǎn)機(jī)械中，要求多臺電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行。普通電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電源頻率之間沒有嚴(yán)格的固定關(guān)系，隨著負(fù)載的變化而變化，即使是同一廠家生產(chǎn)相同規(guī)格的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速也有一定的差別，難以保證多臺電動(dòng)機(jī)以相同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率之間有嚴(yán)格的固定關(guān)系，只要多臺電動(dòng)機(jī)的供電電源頻率和電動(dòng)機(jī)極對數(shù)相同，就可以方便的實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行。這在某些紡織設(shè)備上已得到很好的推廣。既節(jié)約了能源，又能很方便的實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行。
 
目前異步起動(dòng)永磁同步電機(jī)應(yīng)用經(jīng)典的場合是在油田的抽油機(jī)。抽油機(jī)是油田的主要生產(chǎn)機(jī)械，所消耗的電能約占油田電能消耗的60%左右。抽油機(jī)對電動(dòng)機(jī)的要求是大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、高效率和寬廣的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍。若采用普通電機(jī)，為滿足抽油機(jī)大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，需配置大功率的電機(jī)，而平時(shí)運(yùn)行時(shí)負(fù)載率較低，大多在40%以下，有的甚至30%的負(fù)載率，效率和功率因數(shù)很低，造成大量浪費(fèi)。與普通電機(jī)相比，將永磁電機(jī)用于抽油機(jī)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，可以獲得大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因而可以用小機(jī)座號的永磁電機(jī)代替比其大1~2個(gè)機(jī)座號的普通電機(jī)，在減小了體積的同時(shí)，提高了效率；（2）可以獲得高效率和高功率因數(shù)；（3）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍寬。這對于長期運(yùn)行的抽油機(jī)來說，節(jié)能意義重大。
油田抽油機(jī)用380V系列永磁電機(jī)包括11KW、15KW、18.5KW、22KW、30KW、37KW、45KW共7個(gè)功率等級，每個(gè)功率等級都有6極8極兩個(gè)規(guī)格，與普通電機(jī)的替代關(guān)系見表一。表二為22KW 、6極永磁電機(jī)與其替代的37KW、6極普通電機(jī)的比較，可以看出，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能夠滿足要求，起動(dòng)電流與普通感應(yīng)電流基本相當(dāng)，效率和功率因數(shù)明顯高于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
  表一抽油機(jī)用永磁同步電機(jī)與感應(yīng)電機(jī)的替代關(guān)系