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高效永磁电动机的现状与发展.doc

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高效永磁电动机的现状与发展唐任远安忠良赫荣富(沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心,沈阳110178)摘要能源紧张是影响我国国民经济发展的一个重要问题,也是全世界共同关心的问题。而工业用电动机消耗了大部分的能源,因此提高工业用电动机的效率可以获得显著的节能效果。根据IEC制定的超高效和超超高效电机效率标准,永磁电动机由于采用永磁体励磁,在提高效率方面具有很大的空间和优势。针对永磁电动机自身特点,经过优化设计可以达到IEC规定的IE3和IE4的效率限值。考虑到我国稀土资源率富和稀土永磁产量已列世界前茅的优势,研发起高效和超超高效永磁同步电动机是我国发展高效电机的重要速径。关键词:电动机;效率;瘩磁;节能l 引言能源紧张是影响我国国民经济发展的一个重要问题,也是全世界共同关心的阔题。节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针,也是当前一项极为紧迫的任务。据国际电工委员会(IEC)统计,工业用电动机消耗全世界发电量的30%-40%,改善整个驱动系统(电动机和调速传动)和应用技术(或工艺技术)的效率对节能关系重大,系统优化总的节能潜力可达到30%~60%。据国际能源机构(IEA)2006年7月的工作报告,通过改善电动机效率结合变频调速可以节约大约7%的电能,其中大致有1/4~1/3是靠提高电动机效率来获得的,其余部分则来自系统的改进。目前,美、欧、日、澳大利亚、巴西等国都纷纷制订电动机效率限值,并强制执行。为协调各国能效分级标准,2006年IEC制定一项新的能效标准IEC60034-30。该标准将一般用途电动机效率水平分为IEl(International Efficiency,简称IE)、IE2、IE3和IE4四级,其中IEl为标准效率,相当于我国目前生产的普通系列感应电动枫的效率水平;IE2为高效率,比普通电机的效率平均提高2.75个百分点,损耗平均下降20%左右;IE3为超高效率,即效率再提高1.5--一2个百分点,损耗平均再降低15%左右,目前只有美国预计2010年达到IE3能耗水平,强制执行;IE4为超超高效率,损耗预计再下降20%左右,需要进行全新的电机设计,建也新的体系结构(新的电机极数、速度范围),采用更高性能的材料。由于IE4的技术目前尚不成熟,该标准仅在附录中给出供参考的指标。IEC规定的各级效率指标如表I~表4所示。众所周知,永磁电动机采用永磁体励磁,不需要无功励磁电流,所以显著提高功率因数,减小了定子电流和定子电阻损耗;而且在稳定运行时没有转子电阻损耗,进而可以因总损耗降低而减小风扇(小容量电机甚至可以去掉风扇)和相应的风摩耗,从而使其效率和功率因数比同规格感应电动机高。两且在轻载时仍可保持较高的效率和功率因数,使轻载运行时节能效果更为显著。因此,永磁电动机较容易做到高效率,既达到lE2级的效率值。如果迸一步优化设计,采用高性硅钢片和先进工艺,在降低一个机座号或者缩短铁心的情况下,可以达到超高效,既IE3级的效率值;在不降低机座号或适当增加铁心的情况下,部分规格有可能达到超超高效,既IE4级的效率值。考虑到我国稀土资源丰富和稀土永磁产量已列世界前茅的优势,研发超高效和超超高效永磁同步电动机是我国发展高效电机的重要途径。2我国高效永磁同步电动机的研发现状国内许多高校、研究所和企业针对不同应用场合,先后开发出了多种高效、超高效超超高效异步起动永磁同步电动机和变频调速永磁同步电动机产品。现简要介绍几种典型产品,需要说明的是,这些产品是在IEC60034-30颁布之前研发的,与IE3和IE4的效率值稍有出入,只要调整设计和优华,有可能达到所规定的标准。2.1油田抽油机用高效高起动转矩永磁同步电动机目前,油田抽油机用感应电动机普遍存在“大马拉小车”现象,电能浪费严重。国内针对油田抽油机负载特性,在减小l~2个机座号的情况下开发出高效高起动转矩永磁同步电动机系列(图1),该系列电机不仅在额定负载时效率和功率因数高,并且在轻载(1/4额定负载)时仍具有用较高的效率和功率因数,在不同油田运行时节电率达20%以上,表5为其中两种典型规格电机效率与感应电动机和IE3标准对比。2.2化纤纺织用高效高牵入转矩永磁同步电动机化纤纺织用高效高牵入转矩永磁同步电动机属于异步起动永磁同步电动机。化纤纺织用电机稳定运行时负载并不很大,但是其负载的转动惯量却很大,这对电机的牵入同步能力提出了较高的要求。永磁同步电动机在起动过程中不但要求有足够的起动转矩,以克服负载转矩使电机起动并运行到接近同步转速,还要求电机有足够高的牵入同步能力,使电机能够顺利牵入同步,这在设计上是相互制约的,而且永磁同步电机由于转子上要安放永磁体,转子槽不可能太深,使起动性能的改善更难。因此在相同负载情况下,化纤纺织用电机尺寸一般比普通电机大l~2个功率等级,使得电机
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