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1、高壓永磁同步電動機應(yīng)用與研究
摘要： 目前工業(yè)領(lǐng)域中采用的高壓中、大功率異步電動機普遍存在效率偏低、功率因數(shù)差等浪費電能現(xiàn)象。為實現(xiàn)中、大功率電動機高效節(jié)能目標(biāo)，高效永磁同步電動機的研發(fā)和應(yīng)用已成為國內(nèi)外發(fā)展的必然趨勢。高效永磁同步電動機理論分析、實驗室試驗和國家權(quán)威機構(gòu)檢測成功后，對現(xiàn)場應(yīng)用尚無完整的試驗研究數(shù)據(jù)，缺少通過試驗和監(jiān)測手段對高效永磁同步電動機進行經(jīng)濟效益分析。本文通過在張家口發(fā)電廠首次應(yīng)用，并通過嚴格試驗得出相關(guān)研究數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。
關(guān)鍵詞：高效永磁同步電動機 試驗研究 結(jié)果分析 現(xiàn)場方案
引言
2、
在工業(yè)、建筑以及公用設(shè)施領(lǐng)域中電動機是重要的原動力設(shè)備，也是電能消耗的最大用戶，和節(jié)電潛力的最大用戶。2012年我國各類電動機總裝機容量約為5億千瓦，其中異步電動機的裝機容量占全國電動機裝機容量的90%，約占全國用電量的60%，占工業(yè)用量的75%，系統(tǒng)用電效率比國外先進水平低5%-15%，相當(dāng)于每年浪費電能約1500億千瓦時。
目前工業(yè)領(lǐng)域中采用的高壓中、大功率異步電動機普遍存在效率偏低、功率因數(shù)差等浪費電能現(xiàn)象。而高效永磁同步電動機能否達到高效節(jié)能目標(biāo)，現(xiàn)場應(yīng)用前景如何，已經(jīng)引起國內(nèi)各大企業(yè)關(guān)注。2013年工業(yè)和信息化部印發(fā)(2013年工業(yè)節(jié)能與綠色發(fā)展專項行動實施方案
3、)提出，選擇電機在能效提升和綠色發(fā)展方面要取得突破。本文將通過在張家口發(fā)電廠首次應(yīng)用和現(xiàn)場試驗進行分析。為企業(yè)應(yīng)用永磁同步電動機提供參考。
一、高壓永磁同步電動機概述
1、高壓永磁同步電動機的發(fā)展歷程
電機屬于電磁裝置，其工作原理是通過磁場實現(xiàn)電能與機械能間的不斷轉(zhuǎn)換。在電機的工作過程中，氣息磁場是必不可少的。獲得磁場的方法有兩種，其中一種是通過電流得到。該種電機叫做電勵磁電機，這種電機需要具備專門用來產(chǎn)生電流磁場的繞組，同時，為了保證電流的正常流動還需要為電機提供不間斷的能量供應(yīng)。另一種方法是通過永磁體來獲得磁場，這可以大大簡化電機的結(jié)構(gòu)，同時，因為
4、永磁體一旦磁化(充磁)之后就永久具有磁性，不再需要外界供給能量，這也大大的減少了能量的損耗。
高壓永磁同步電動機就是通過永磁體獲得磁場的電動機，永磁體材料的發(fā)展促進了此種電動機的發(fā)展。稀土鈷和釹鐵硼永磁分別在20世紀60年代和80年代出現(xiàn)，這兩種永磁材料的出現(xiàn)極大的促進的電動機的發(fā)展，因為這兩種材料具有特別適用于電機裝置的特性，包括高剩磁密度、高矯頑力、線性退磁曲線以及高磁能積。
我國專家學(xué)者自主開發(fā)的高效高壓永磁同步電動機，采用實心轉(zhuǎn)子磁極鐵芯和啟動籠復(fù)合結(jié)構(gòu)，消弱了齒諧波，減少了轉(zhuǎn)子表面損耗，提高了電機效率。同時，非均勻氣隙和優(yōu)化通風(fēng)散熱，有效的控制了電機溫升。
5、該種電機同異步電機相比各項指標(biāo)顯著提供，額定負載效率大于96%，功率因數(shù)大于0.98，綜合節(jié)電率在8%-15%。
2、高壓永磁同步電動機的優(yōu)點
2.1高效率
使用永磁材料產(chǎn)生磁場，代替了原有的電流裝置，一定程度上減少了定子電流及其電阻損耗。此外，當(dāng)電機正常工作時，工作效率因為沒有了轉(zhuǎn)子的電阻損耗和磁滯損耗而得到提高。當(dāng)電機額定工作時，電機的效率在96%以上，低負載工作時，該電機仍然具有相對較高的工作效率，寬幅的高效運行區(qū)為負載在不同負荷段運行提供了良好的節(jié)電效果。
2.2高功率因數(shù)
該種新型永磁電機的轉(zhuǎn)子使用的是永磁材料，不
6、需要感應(yīng)電流來產(chǎn)生磁場，定子繞組具有阻性負載的特點，這使得該種電機的功率因數(shù)在1附近。此外，當(dāng)電機在20%～120%額定負載范圍工作時，電機的功率因數(shù)和工作效率都會處于一種相對較高的水平。具體說來，當(dāng)電機負載較小，即輕載工作時，該種新型電機可以大大的節(jié)約能量消耗，而當(dāng)電機在額定負載工作時，其功率因數(shù)是大于0.98的。
2.3啟動轉(zhuǎn)矩大
該種永磁電機的轉(zhuǎn)子采用的是一種實心的永磁材料，這使得該種電機的啟動轉(zhuǎn)矩明顯增大，達到了3.5～4.3范圍內(nèi)，而相同功率的一般電機的啟動轉(zhuǎn)矩僅為1.8～2.2倍。
2.4體積小，重量輕
和相同功率的一般電機相
7、比，該種電機的體積約是一般電機的60%，體積明顯減少，重量約是一般電機的83%，減輕了約16%。
2.5永磁電動機還具有如下特征：
2.5.1運行時間明顯增加;
2.5.2工作過程中的維護費用降低;
2.5.3磁場強度很穩(wěn)定，不會出現(xiàn)顯而易見的退磁現(xiàn)象;
2.5.4電機振動小;
綜上所述，新型的永磁電動機較異步電動機相比具有容量大、功率因數(shù)高、工作效率高等特點。
二、高壓永磁同步電動機的應(yīng)用分析
1、應(yīng)用原理
高效高壓永磁同步電動機啟動時依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場與籠型轉(zhuǎn)子相互作
8、用產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)啟動;運行時由轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌的永磁體提供磁場結(jié)合定子旋轉(zhuǎn)來維持電動機同步運行。
大唐國際張家口發(fā)電廠共有8臺30萬千瓦機組，裝機容量240萬千瓦，電廠自用電量占發(fā)電量的5%左右，其中電動機是電廠用電的主要設(shè)備。通過首次使用山西北方機械制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的高效永磁同步電動機，有必要對其經(jīng)濟性、可靠性進行驗證。
該公司生產(chǎn)的高效永磁同步電動機，通過了理論分析、實驗室試驗和國家權(quán)威機構(gòu)檢測。但該產(chǎn)品在生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用中缺乏大量的實踐數(shù)據(jù)支持，針對發(fā)電企業(yè)沒有進行試驗應(yīng)用案列，對現(xiàn)場系統(tǒng)、設(shè)備沒有建立直觀理論和實際體系，無法通過試驗和監(jiān)測手段對高效永磁同步電動機進行經(jīng)濟效益分析。
本次現(xiàn)場試驗，是TYC4002-6型高效永磁同步電動機首次在生產(chǎn)現(xiàn)場進行運行經(jīng)濟性、安全性、可靠性試驗，并和原異步電動機進行比較鑒定。
2、試驗方案研究與分析
通過設(shè)備篩選和系統(tǒng)可靠性分析，決定在排漿泵的驅(qū)動電機進行試用，并成立課題小組進行跟蹤、試驗、分析，以驗證其節(jié)電、環(huán)保性能指標(biāo)，為節(jié)能技術(shù)改造奠定基礎(chǔ)。原排漿泵驅(qū)動電機為JS148-6三相異步電動機，更換電機為山西北方機械制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的TYC4003-6(6kV315kW)高效高壓永磁同步電動機。
高壓永磁同步電動機應(yīng)用與研究
