永磁同步電機與異步電機相比,具有明顯的優(yōu)勢,它效率高,功率因素高,能力指標(biāo)好,體積小,重量輕,溫升低,技能效果顯著,較好地提高了電網(wǎng)的品質(zhì)因素,充分發(fā)揮了現(xiàn)有電網(wǎng)的容量,節(jié)省了電網(wǎng)的投資,它較好地解決了用電設(shè)備中“大馬拉小車”現(xiàn)象。
1.效率及功率因素
異步電機在工作時,轉(zhuǎn)子繞組要從電網(wǎng)吸收部分電能勵磁,消耗了電網(wǎng)電能,這部分電能最終以電流在轉(zhuǎn)子繞組中發(fā)熱消耗掉,該損耗約占電機總損耗的20~30%,它使電機的效率降低。該轉(zhuǎn)子勵磁電流折算到定子繞組后呈感性電流,使進人定子繞組中的電流落后于電網(wǎng)電壓一個角度,造成電機的功率因數(shù)降低。另外,從永磁同步電機與異步電機的效率及功率因數(shù)曲線(圖1)可以看出,異步電動機在負(fù)載率(=P2/Pn)<50%時,其運行效率和運行功率因數(shù)大幅度下降,所以一般都要求其在經(jīng)濟區(qū)內(nèi)運行,即負(fù)載率在75%-100%之間。
圖為永磁同步電動機與異步電動機的效率和功率因數(shù)
a. 異步起動永磁同步電動機
b.異步電動機
永磁同步電機在轉(zhuǎn)子上嵌了永磁體后,由永磁體來建立轉(zhuǎn)子磁場,在正常工作時轉(zhuǎn)子與定子磁場同步運行,轉(zhuǎn)子中無感應(yīng)電流,不存在轉(zhuǎn)子電阻損耗,只此一項可提高電機效率4%~50%。由于在水磁電機轉(zhuǎn)子中無感應(yīng)電流勵磁,定子繞組有可能呈純阻性負(fù)載,使電機功率因數(shù)幾乎為1.從永徽同步電機與異步電機的效率及功率因數(shù)曲線(圖1)可以看出,永磁同步電機在負(fù)載率>20%時,其運行效率和運行功率因數(shù)隨之變化不大,且運行效率>80%。
2.啟動轉(zhuǎn)柜
異步電機起動時,要求電機具有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩,但又希望起動電流不要太大,以免電網(wǎng)產(chǎn)生過大的電壓降落而影響接在電網(wǎng)上的其他電機和電氣設(shè)備的正常運行。此外,起動電流過大時,將使電機本身受到過大電做力的沖擊,如果經(jīng)常起動,還有使繞組過熱的危險。因此,異步電機的起動設(shè)計往往面臨著兩難選擇。
永磁同步電機一般也采用異步起動方式,由于永磁同步電機正常工作時轉(zhuǎn)子繞組不起作用,在設(shè)計永磁電機時,可使轉(zhuǎn)子繞組完全滿足高起動轉(zhuǎn)矩的要求,例如使起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)由異步電機的1.8倍上升到2.5倍,甚至更大,較好地解決了動力設(shè)備中“大馬拉小車”的現(xiàn)象。
3.工作升溫
由于異步電機工作時,轉(zhuǎn)子繞組有電流流動,而這個電流完全以熱能的形式消耗掉,所以在轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生大量的熱量,使電機的沮度升高,影響了電機的使用壽命。
由于永磁電機效率高,轉(zhuǎn)子繞組中不存在電阻損耗,定子繞組中較少有或幾乎不存在無功電流,使電機溫升低,延長了電機的使用壽命。
4.對電網(wǎng)運行的影響
因異步電機的功率因數(shù)低,電機要從電網(wǎng)中吸收大量的無功電流,造成電網(wǎng)、翰變電設(shè)備及發(fā)電設(shè)備中有大量無功電流,進而使電網(wǎng)的品質(zhì)因數(shù)下降,加重了電網(wǎng)及槍變電設(shè)備及發(fā)電設(shè)備的負(fù)荷,同時無功電流在電網(wǎng)、翰變電設(shè)備及發(fā)電設(shè)備中均要消耗部分電能,造成電力電網(wǎng)效率變低,影晌了電能的有效利用。同樣由于異步電機的效率低,要滿足翰出功率的耍求,勢必要從電網(wǎng)多吸收電能,進一步增加了電兩能量的損失,加重了電網(wǎng)負(fù)荷。
在永磁電機轉(zhuǎn)子中無感應(yīng)電流勵班,電機的功率因數(shù)高,提高了電網(wǎng)的品質(zhì)因數(shù),使電網(wǎng)中不再需安裝補償器。同時,因永磁電機的高效率,也節(jié)約了電能。(南陽防爆電機)