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永磁同步电机对于电梯节能的探讨
2011-06-22 15:50:03 来源:《科技致富向导》 作者:李广伟 【 】 浏览:2967次 评论:0

  【摘要】永磁同步电机以其体积小,结构简单,动态响应快,高效节能等优点,在很多行业得到了应用。通过对永磁同步电机节能改造的研究,建立详细的节能数据与购置回收数据,其结果表明,永磁同步电机节能降耗的效果非常明显,不仅短期可以收回改造费用,而且节能效应影响深远。
  【关键词】永磁同步电机;电梯;节能
  
  0.引言
  节能,是指加强用能管理,采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以接受的措施,减少从能源生产到消费各个环节的损失,更有效、合理地利用能源。2005年7月,国家发改委在《建设节约型社会近期重点工作分工》的通知中明确提出:节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针。全国人大常委会于2007年10月28日通过的《中华人民共和国节约能源法》中规定,“ 对高耗能的特种设备,按照国务院的规定实行节能审查和监管”。
  1.永磁同步电机的概况
  1.1永磁同步电机的概念及特点
  所谓永磁同步电机就是指采用永磁体代替通电线圈励磁的电机。由于永磁电机的转子是永磁体,所以永磁电机发展与永磁材料的发展密不可分。虽然之前有很多关于永磁电机的研究,但直到1983年铷铁硼(NdFeB)的出现,才使得永磁电机真正的被人们重视,也才使得永磁电机真正的被各行各业所采用。我国是稀土资源大国,目前探测的稀土储量占世界总量的85%,在研究高磁场永磁材料方面有着得天独厚的优势,这就为我国的永磁电机的研究和发展奠定了坚实的基础。
  目前在工程上常用的伺服电机主要有感应异步电机(Induction Motor)和永磁同步电机(Permanent Magnetic Synchronous Motor)两种。由于永磁交流伺服系统在转矩波动、调速范围、损耗和效率等方面都有明显的优势,随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低,其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛[1]。永磁同步电机较感应异步电机主要有以下优点:
  (1)永磁同步电机结构简单,重量轻,体积小,应用范围更为广泛。例如10Kw的异步电机重量为220kg,而永磁电机仅为92kg,相当于异步电机重量的45.8%。
  (2)永磁同步电机转子为永磁体,无需励磁,因此减少了定子电流和定子电阻的损耗,电机效率更高。
  (3)永磁同步电机具有较低的惯性,转矩一定,响应速度快,即转矩/惯性比高,无转子损耗和发热现象,能源利用率高。
  (4)随着新型永磁材料铷铁硼的大量使用,使得转子永磁体的剩余磁密,矫顽力,最大磁能积等性能有了很大的提高,在提高电机性能的同时减小了电机的体积。随着铷铁硼永磁材料的发展,永磁同步电机的应用会越来越广泛[2]。
  

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  如表1所示,永磁同步电机比感应异步电机重量减轻30%,体积减少78%,节电率30%。
  1.2 永磁同步电机节能机理
  三相永磁同步电机属于涡流启动、同步运转,转子实现了稀土永磁化,所以无滑差,无电励磁、转子无基波铁、铜损耗。转子由永磁体励磁,无需无功励磁电流,功率因数提高,无功功率减少,定子电流大幅下降,定子铜耗大为减少,效率明显提高。
  由于永磁电机的极弧系数大于异步电机的极弧系数,当电压和定子结构一定时,同步电机的平均磁感应强度比异步电机的小,铁损耗小。
  由于永磁电机的不变损耗小,可变损耗比异步电机低,这样效率特性可在20%~120%额定负载区间内呈现高而平,节能效果十分明显。
  2.永磁同步电机在电梯行业的节能调查
  众所周知,电梯是现代建筑最大的用电设备之一。美国和香港权威机构提供的统计数据显示,电梯耗电要占到大楼总能耗的3~7%;据调查,我国仅三星级以上的酒店,空调和电梯两项耗电量就占城市耗电量的三分之一。因此,电梯节能降耗的研究已引起社会各界的关注。
  文献[3]中介绍了节能降耗有两个方面,一是改进机械传动和电力拖动系统。如将涡轮蜗杆传动改为无齿轮传动,机械效率可提高15%~25%;将AC-2系统改为变压变频(VVVF)电力拖动,电能损耗可减少20%以上。二是利用电梯的位能负载发电回收。节能最有效、最有潜力、替代成本最低的办法,就是研制和推广高效节能电机。由此可见,将永磁同步电机应用于电梯并替代或者改造现有的异步感应电机,将会达到很好的节能降耗效果。
  

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  表2为某公司电机改造与节能购置费回收的清单,从表2中能够看出:
  (1)改造435台(380V,50Hz)异步电机,将其全部换用永磁同步电机,以年运行小时和平均电价0.63元/KW·h计算,年总耗电费用为7330379元,改造更换永磁同步电机后,年总节电费用为1869025元,平均节电率为25.5%。
  (2)购置435台永磁同步电机的总费用为3264085元,平均可在1.754年(21个月)内从节约的电费中回收,因节能效果明显,投资回报率高。
  (3)以产品寿命周期20年计算,总共可节约电费1869025元×(20-1.75)=34109706.25元,节电效果十分可观。
  3.结论
  永磁同步电机以其特定的电磁结构,与感应异步电机相比,其在很多方面,特别是节能降耗方面比感应异步电机具有非常明显的优势。通过对某公司电机的改造数据表明,永磁同步电机在节能降耗方面确实达到了良好的效果,对今后电梯行业乃至整个电机行业都有着很好的启示作用。
  
  【参考文献】
  [1]张宏宇,闫镔,陆利忠.永磁同步电机控制策略及应用研究综述[J].微电机,2008,(04):69-73.
  [2]赵言.永磁同步电机直接转矩控制的改进研究[D].山东大学硕士学位论文,2009:5.
  [3]孙立新.关于电梯能效评价的探讨[J].中国电梯.2008,19(04):43-45.

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Tags:永磁同步电机 电梯 节能 责任编辑:草木含羞

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