稀土永磁同步電動機的節能應用

胡 俊

（江西銅業集團有限公司，江西 南昌 330096）

1 引言

隨著我國經濟與科技水平的不斷提升，人們越來越注重節能環保。對于很多行業來說，電機是不可或缺的，傳統的三相異步電動機由于其造價低廉、結構簡單、得到了十分廣泛的應用［1］。伴隨著科技的進步，更加綠色節能的稀土永磁電機在礦山冶煉行業中逐漸替代了異步電機。

2 稀土永磁電機原理介紹

稀土永磁電機顧名思義電機內部運用了稀土材料，采用釹鐵硼稀土材料制作永磁體磁鋼，并將稀土永磁體鑲嵌在轉子中，以磁鋼的固有磁場作為勵磁源，形成固定磁極。當電機的三相定子繞組通入三相交流電后，將產生同步旋轉磁場，根據磁極同性相斥異性相吸的原理，定子旋轉磁場帶動轉子磁極旋轉［2］，最終達到轉子旋轉速度與定子磁場旋轉速度相等。因此，稀土永磁電機也是=同步電動機。

3 稀土永磁電機特性

稀土永磁電機轉子磁極由稀土永磁磁鋼形成，所以無滑差，無勵磁電流，轉子無基波鐵、銅耗損。轉子由永磁體勵磁，無需無功勵磁電流，因此功率因數提高，無功功率減少，定子電流大幅下降，定子銅、鐵損耗大為減少。同時，由于稀土永磁電機的極弧系數大于異步電動機的極弧系數，當電壓和定子結構一定時，該電機的平均磁感應強度比異步電機小，鐵損耗小。由此可見，稀土永磁同步電動機是通過降低自身各種損耗而節能的，不受工況、環境等因素變化的影響。

圖1 稀土電機結構原理圖

4 稀土永磁電機優點

（1） 效率高：異步電動機效率曲線一般在60%額定負載以下時下跌較快，輕載時效率很低。稀土永磁電動機效率曲線高而平，在20%～120% 額定負載時均處于高效率區。

（2）功率因數高：稀土永磁同步電動機的功率因數實測值已接近極限值1.0，功率因數曲線和效率曲線一樣高而平，功率因數高，不需要低壓無功補償，充分利用配電系統容量

（3）定子電流小 ：轉子無勵磁電流，無功功率降低，定子電流明顯下降，與同等容量異步電動機相比，定子電流值可下降30%～50%。同時，因定子電流大幅降低，電機溫升下降，軸承潤滑脂及軸承壽命延長。

（4）高失步轉矩和牽入轉矩 ：稀土永磁同步電機有較高的失步轉矩和牽入轉矩，使電動機具有較高的負載能力，并可以順利牽入同步。

5 稀土永磁電機缺點

（1）成本高：與同規格異步電機相比，定、轉子間氣隙更小，各部件加工精度高；轉子結構更加復雜，稀土磁鋼材料價格高；因此，電機制造成本高，是普通異步電機的2 倍左右［5］。

（2）全壓啟動時沖擊大：全壓啟動時，能在極短的時間牽入同步轉速，機械沖擊大，啟動電流是額定電流的10 倍以上，對供電系統的沖擊大，要求供電系統的容量大。

（3）稀土磁鋼易退磁：永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導磁性能可能會下降，或發生退磁現象，降低永磁電動機的性能。

圖2 稀土電機組成部件圖

6 節能應用實踐的經濟效益對比分析

從2006 年10 月開始，我們在一期浮選流程的兩臺相同工況的8m3浮選機上進行了Y 系列普通異步電機與X 系列稀土永磁電動機的節能比對試驗。為確保其它試驗條件一致，兩臺電機采取了完全一樣的控制方式，由同一臺變壓器供電，電機皮帶輪尺寸也完全一樣。

圖3 普通三相異步電動機（左）與稀土電機（右）

從表2 中可以看出，在不考慮殘值的情況下，相同功率的稀土電機與普通電機相比節約成本7212 元/年。

表1 稀土電機與普通電機試驗結果 試驗時長120 天

表2 稀土電機與普通電機經濟效果對比分析

7 結語

通過對比，稀土永磁電機的綜合節能率達到15%，大約28 個月可從節約的電費中收回稀土電機的投資成本；功率因數由0.7 提高到0.93 左右，基本不再需要就地的無功補償，有效利用了低壓配電系統的容量；由于稀土電機本身發熱量小，軸承潤滑脂的更換周期由3 個月延長到1 年，軸承使用壽命也由18 個月延長到3 年（軸承均采用國產普通軸承）。

盡管目前我國在稀土永磁電機研發中取得了一定程度的進步，但與西方發達國家相比還存在一定差距［6］,鑒于稀土永磁電機具有良好的節能效果，且我國稀土資源豐富，要充分利用稀土永磁電機的優點和我國的資源優勢，大力推廣稀土電機使用，創造國際知名品牌［3-4］。同時融合人工智能等現代技術，推動我國智能化、以及節能產業的發展。