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永磁同步电机/异步电机的性能解析
2021/06/29
永磁同步电机与异步电机相比,具有明显的优势,它效率高,功率因素高,能力指标好,体积小,重量轻,温升低,技能效果显著,较好地提高了电网的品质因素,充分发挥了现有电网的容量,节省了电网的投资,它较好地解决了用电设备中“大马拉小车”现象。
1.效率及功率因素 异步电机在工作时,转子绕组要从电网吸收部分电能励磁,消耗了电网电能, 这部分电能最终以电流在转子绕组中发热消耗掉,该损耗约占电机总损耗的 20~30%,它使电机的效率降低。该转子励磁电流折算到定子绕组后呈感性电流,使进人定子绕组中的电流落后于电网电压一个角度,造成电机的功率因数降低。另外,从永磁同步电机与异步电机的效率及功率因数曲线(图1)可以看出,异步电动机在负载率 (=P2/Pn)<50%时,其运行效率和运行功率因数大幅度下降,所以一般都要求其在经济区内运行,即负载率在75%-100%之间。 永磁同步电机在转子上嵌了永磁体后,由永磁体来建立转子磁场,在正常工作时转子与定子磁场同步运行,转子中无感应电流,不存在转子电阻损耗,只此一项可提高电机效率4%~50%。由于在水磁电机转子中无感应电流励磁, 定子绕组有可能呈纯阻性负载,使电 机功率因数几乎为1.从永徽同步电机与异步电机的效率及功率因数曲线 (图1)可以看出,永磁同步电机在负载率>20%时,其运行效率和运行功率因数随之变化不大,且运行效率 >80%。
2.起动转矩异步电机起动时,要求电机具有足够大的起动转矩,但又希望起动电流不要太大,以免电网产生过大的电压降 落而影响接在电网上的其他电机和电气设备的正常运行。此外,起动电流过大时,将使电机本身受到过大电做力的冲击,如果经常起动,还有使绕组过热的危险。因此,异步电机的起动设计往往面临着两难选择。永磁同步电机一般也采用异步起动方式,由于永磁同步电机正常工作时转子绕组不起作用,在设计永磁电机时,可使转子绕组完全满足高起动转矩的要求,例如使起动转矩倍数由异步电机的1.8倍上升到2.5倍,甚至更大,较好地解决了动力设备中“大马 拉小车”的现象。
3.工作温升 由于异步电机工作时,转子绕组有电 流流动,而这个电流完全以热能的形式消耗掉,所以在转子绕组中将产生大量的热量,使电机的沮度升高,影响了电机的使用寿命。 由于永磁电机效率高,转子绕组中不存在电阻损耗,定子绕组中较少有或几乎不存在无功电流,使电机温升低,延长了电机的使用寿命。
4.对电网运行的影响因异步电机的功率因数低,电机要从电网中吸收大量的无功电流,造成电网、翰变电设备及发电设备中有大量无功电流,进而使电网的品质因数下降,加重了电网及枪变电设备及发电设备的负荷,同时无功电流在电网、翰变电设备及发电设备中均要消耗部分电能,造成电力电网效率变低,影晌了电能的有效利用。同样由于异步电机的效率低,要满足翰出功率的耍求,势必要从电网多吸收电能,进一步增加了电两能量的损失,加重 了电网负荷。 在永磁电机转子中无感应电流励班,电机的功率因数高,提高了电网的品质因数,使电网中不再需安装补偿器。同时,因永磁电机的高效率,也节约了电能。