高效永磁電機與異步電機節能對比計算 

1.效率及功率因素

 

異步電機在工作時，轉子繞組要從電網吸收部分電能勵磁，消耗了電網電能，這部分電能最終以電流在轉子繞組中發熱消耗掉，該損耗約占電機總損耗的20~30%，它使電機的效率降低。該轉子勵磁電流折算到定子繞組后呈感性電流，使進入定子繞組中的電流落后于電網電壓一個角度，造成電機的功率因數降低。

 

另外，從永磁同步電機與異步電機的效率及功率因數曲線(圖1)可以看出，異步電動機在負載率（=P2/Pn）<50%時，其運行效率和運行功率因數大幅度下降，所以一般都要求其在經濟區內運行，即負載率在75%-100%之間。

 

永磁同步電機在轉子上嵌了永磁體后，由永磁體來建立轉子磁場，在正常工作時轉子與定子磁場同步運行，轉子中無感應電流，不存在轉子電阻損耗，只此一項可提高電機效率4%~50%。

 

由于在永磁電機轉子中無感應電流勵磁，定子繞組有可能呈純阻性負載，使電機功率因數無限接近為1。從永磁同步電機與異步電機的效率及功率因數曲線(圖1)可以看出，永磁同步電機在負載率>20%時，其運行效率和運行功率因數隨之變化不大，且運行效率>80%。

 

2.工作溫升

 

由于異步電機工作時，轉子繞組有電流流動，而這個電流完全以熱能的形式消耗掉，所以在轉子繞組中將產生大量的熱量，使電機的溫度升高，影響了電機的使用壽命。

 

由于永磁電機效率高，轉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，極低的溫升也保證了永磁體的壽命，延長了電機的使用壽命，在電梯曳引機的全面應用也證明了這一點。

 

3.對電網運行的影響

 

因異步電機的功率因數低，電機要從電網中吸收大量的無功電流，造成電網、輸變電設備及發電設備中有大量無功電流，進而使電網的品質因數下降，加重了電網及輸變電設備及發電設備的負荷，同時無功電流在電網、輸變電設備及發電設備中均要消耗部分電能，造成電力電網效率變低，影晌了電能的有效利用。同樣由于異步電機的效率低，要滿足輸出功率的耍求，勢必要從電網多吸收電能，進一步增加了電兩能量的損失，加重了電網負荷。

 

在永磁電機轉子中無感應電流勵班，電機的功率因數高，提高了電網的品質因數，使電網中不再需安裝補償器。同時，因永磁電機的高效率，也節約了電能

 

 

4.節能計算

 

當一臺電動機在額定負載下的效率有η1提高到η2時，該電動機運行一年所節省的電能ws（kW•h）如下公式：

  

       式中：PN----電動機額定功率（kW）；

          LF%--電動機運行負載率；

          Th----年運行時間（h）。

 

以22kW-4P電機額定工況為例，Y系列異步電機的效率有91.5%，改成高效永磁電機后效率提高到94.7%時，臺每年節約電能：4.09x103 kW.h

 

 注：以上是在額定工況下進行計算，如果在負載率變化和轉速范圍較寬的工況下節能效果遠遠大于額定點。

 

5.總結   

 

永磁同步電機與異步電機相比，具有明顯的優勢，它效率高，功率因素高，能力指標好，體積小，重量輕，溫升低，技能效果顯著，較好地提高了電網的品質因素，充分發揮了現有電網的容量，節省了電網的投資，它極大的解決了用電設備中“大馬拉小車”現象。