摘要：随着社会的发展和进步，我国需求的电能越来越大，势必增加了环境的污染。在能源需求和环境出现矛盾的情况下，电厂节能降耗，则具有重大意义。发电厂的厂用电量大部分由电动机消耗，因此，提高电动机效率是降低厂用电最有效的途径。目前应用的高压异步电动机普遍存在效率偏低、功率因数差等浪费电能现象，为实现节能目标，永磁同步电动机的研发和应用已成为国内外发展的必然趋势。本文通过对比，得出分析结果。
关键词：节能降耗；效率；永磁同步电动机；分析结果
1永磁同步电动机概述
1.1 电机工作原理
电机属于电磁装置，其工作原理是通过磁场实现电能与机械能间的不断转换。在电机的工作过程中，气息磁场是必不可少的。获得磁场的方法有两种，其中一种是通过电流得到。该种电机叫做电励磁电机。另一种方法是通过永磁体来获得磁场，这可以大大简化电机的结构，不再需要外界供给能量，这也大大的减少了能量的损耗。
1.2永磁同步电动机的发展历程
国外利用稀土永磁体进行高效节能电机的开发较早。法国于1978年开发成功稀土钴永磁同步电机。电机的功率为0.5-18.5KW，效率比一般感应电动机高2%-8%，功率因素提高0.05%-0.15%。随后，前苏联、美国、英国等也推出了类似系列的电机，但是功率一般都不大。
国内也有许多高校和科研院所从事高效永磁电机的研究和设计工作。1980年，沈阳工业大学开发出我国第一台稀土钴永磁同步电动机（4KW 4极）和第一台汝铁硼永磁同步电动机（11KW 6极）。西北工业大学、清华大学、华中科技大学等在高效永磁电机的研究方面也取得了很多成果。但是，稀土永磁电机的一些问题严重制约了其推广和应用。一是稀土永磁体的高温失磁问题，二是稀土永磁体的成本问题。虽然我国是稀土王国，但是稀土永磁电机的成本较感应电机还是高很多，如何提高稀土永磁电机的性能，并不断降低这种电机的价格，提高其性价比是目前应该解决的问题。
近年来，随着稀土永磁电动机的不断研究和应用，这种电机的效率越来越高，实际应用的异步起动永磁同步电动机效率最高达到97%以上，功率因素达到0.99。2013年，我国制定了针对永磁电动机的能效标准《GB 30253-2013 永磁同步电动机能效限定值及能效等级》，并于2014年7月1日起正式实施。
2永磁同步电动机相比异步电动机的技术特点
2.1高效率
使用永磁材料产生磁场，代替了原有的电流装置，一定程度上减少了定子电流及其电阻损耗。此外，当电机正常工作时，工作效率因为没有了转子的电阻损耗和磁滞损耗而得到提高。当电机额定工作时，电机的效率在96%以上，低负载工作时，该电机仍然具有相对较高的工作效率，宽幅的高效运行区为负载在不同负荷段运行提供了良好的节电效果。
2.2高功率因数
该种新型永磁电机的转子使用的是永磁材料，不需要感应电流来产生磁场，定子绕组具有阻性负载的特点，这使得该种电机的功率因数在1附近。此外，当电机在20%～120%额定负载范围工作时，电机的功率因数和工作效率都会处于一种相对较高的水平。具体说来，当电机负载较小，即轻载工作时，该种新型电机可以大大的节约能量消耗，而当电机在额定负载工作时，其功率因数是大于0.98的。
2.3 体积小，重量轻
和相同功率的一般电机相比，该种电机的体积约是一般电机的60%，体积明显减少，重量约是一般电机的83%，减轻了约16%。
2.4永磁电动机还具有如下特征
启动转矩大，运行时间明显增加, 工作过程中的维护费用降低,磁场强度很稳定，不会出现显而易见的退磁现象,电机振动小。
3高压永磁同步电动机国内生产能力
国内高压永磁同步电动机生产厂家主要有山西太原北方机械制造有限责任公司、湘潭电机股份有限公司、安徽明腾永磁机电设备有限公司、江苏中能金石机电设备有限公司、北京百正创源科技有限公司等生产厂家。由于技术原因和推广受限，各厂生产的高压永磁同步电动机功率在200-2000KW范围之内，有的厂家只能生产200-800KW功率范围。
4高压永磁同步电动机国内电厂应用情况及经济性比较
高压永磁同步电动机目前在电厂主要应用于磨煤机、皮带机、风机、水泵、浆液循环泵、空压机等转速为1500r/min及以下设备。已经应用的电厂均反映节能效果明显，大约在15%至20%左右。
4.1案例一
抚顺某公司于2016年8月对1号炉A磨煤机异步电机改造为TYCKK500-6功率500千瓦的永磁同步电机，更换后电机运行效率96.6%，功率因数达到0.99，运行电流为20安培，原异步电机运行电流为41安培，电流降低48.8%，降低了电机运行温度，减少电机故障率和维护量，运行稳定可靠，达到了节能减排，降低厂用电的目的。
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4.1.1 有功功率计算公式为：P有=√3UIcosφ；无功功率的计算公式为：PQ=√3UIsinφ；无功功率引起电网有功功率损耗的计算公式为：P无=PQ×KQ(KQ系数取0.06)；综合年节电量:△P=｛(P有1-P有2）+（P无1-P无2)｝ ×年运行时间（按5000小时计算）； 年节电费（元）P总＝△P×电价
4.1.2按公司技术改造前、后磨煤机电机实际运行参数为依据进行计算：
改造前的异步电机有功功率：P有1=332.34KW
改造前的异步电机无功功率： PQ1=268.43Kvar
改造前异步电机无功功率引起电网有功功率损耗为： P无1=268.43×0.06=16.1KW
改造后的永磁电机有功功率： P有1=205.8KW
改造后的永磁电机无功功率： PQ1=29Kvar
改造后永磁电机无功功率引起电网有功功率损耗为： P无1=29×0.06=1.74KW
年综合节电量△P=｛（332.34-205.7）+（16.1-1.74）×5000/h=705000KW
电厂的电费按照1kwh=0.3749元 ，节电费为705000×0.3749=264304.5元
4.2案例二
太原某电厂脱硫氧化风机共3台，原设计安装电动机型号YKK4004-6，功率250KW，额定电压6KV，额定电流31.5A，额定功率因素0.82，额定转速990r/min，接法Y，工作方式S1。
2011年，该电厂将#1、#2脱硫氧化风机电机更换为异步起动永磁电动机。型号TYC4002-6,功率280KW，额定电压6KV，额定电流28.4A，额定功率因素0.98，额定转速1000r/min，接法Y，工作方式S1。
改造试运时，在氧化风机同样工况下观察数据，#1脱硫氧化风机电流15.35A，#3脱硫氧化风机电流20.49A，综合节电率14.12%，有功节电率12.38%。
本案例中有一点需要注意，该电厂安装的异步电动机YKK4004-6(280KW)效率约为93.3%，我国目前大量推广使用的高效异步电动机YXKK4004-6(280KW)效率约为93.9%，而异步起动永磁同步电动机TYC4002-6(280KW)效率为96.5%，比高效异步电动机还要高2.6%。
经计算，该电厂型号为TYC4002-6(280KW)的异步起动永磁同步电动机，相比同功率高效异步电动机的综合节电率实际约为11.54%，有功节电率约为10.06%。节能效果非常显著。
5永磁同步电动机应用的方向和前景
目前将永磁同步电动机在大范围内替换现有的异步电动机还是有诸多困难：
5.1永磁同步电动机是一种技术节能新产品，而现有的工艺系统已经很成熟；
5.2该新型电动机的价格远高于异步电动机的价格，用户需要投入大量的资金，而获得收益的时间则较长；
5.3怎样处理更换下的异步电动机也是一个有待于解决的问题。
根据永磁同步电动机的实际运行和对运行数据的计算结果来看，新型的永磁电动机可以减少能量损耗，同时还可以提高功率因数，进而减少无功功率，尤其在降低无功损耗的领域有着广泛的应用前景，可以大大减少企业的运营成本，减低供电系统的安全隐患。永磁同步电动机在电力行业目前已经应用在磨煤机、氧化风机上，结合该电机的特点，认为在负荷调整范围较大的磨煤机和送风机上应用效果会更理想，但是厂内改造需要结合实际，永磁电动机选型需要除了要满足所替换电动机的安装工位外，还要满足运行在最高效率点，且震动不能超标的位置，否则效率低下反而达不到节能效果。
6结束语
与传统的异步电动机相比，永磁同步电动机减少了能量损耗，节电效果良好。高压永磁电动机在新建电厂设备选型时如果能够广泛应用不仅能符合国家节能减排政策，更会有效降低设备能耗，提高发电企业经济效益，具有推广和应用价值。
参考文献
[1]赵清.中型高效永磁同步电动机设计关键技术研究[d].博士学位论文：沈阳工业大学，2006.
[2]黄明星.新型永磁电机的设计、分析与应用研究[d].博士学位论文：浙江大学，2008.
[3]《GB18613-2012 中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》.
[4]《GB 30254-2013 高压三相笼型异步电动机能效限定值及能效等级》.
[5]《GB 30253-2013 永磁同步电动机能效限定值及能效等级》.
作者简介
史鸿鹏，（1981 －）男，国家电投大连发电有限公司 电气运行专工。
论文作者:史鸿鹏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：永磁论文; 同步电动机论文; 电机论文; 功率论文; 电动机论文; 稀土论文; 电厂论文; 《电力设备》2019年第16期论文;