高效永磁电机与异步电机节能对比计算

01 效率和功率因数

在异步电机的运行阶段，转子绕组需要吸收来自电网的一部分电能来进行励磁过程。因此，这个过程会利用并耗尽电网能量。吸收的电力主要被转子绕组机构内的电流利用以产生热量。这产生的损耗约占电机总损耗的20%至30%，从而降低了其整体效率。

进一步进入该系统，转子励磁电流经过定子绕组后转变为感应电流。这种转变通过特定的角度测量在进入定子绕组的电流和原始电网电压之间产生滞后，随后减小了电机的功率因数幅度。

另外，从效率和功率因数曲线来看 永磁同步电动机 与异步电动机相比（图1），可以看出，当异步电动机的负载率（=P2/Pn）小于50%时，其运行效率和运行功率因数均大大降低，因此一般要求运行在经济区，即负荷率在75%~100%之间。

永磁同步电机嵌入后 永久磁铁 在转子上，永磁体用于建立转子磁场。正常工作时，转子和定子磁场同步运行。转子中无感应电流，无转子电阻损耗。仅此一项即可提高电机效率4%~50%。

由于永磁电机转子中没有感应电流励磁，定子绕组可能是纯阻性负载，使得电机功率因数无限接近1。从永磁同步电机的效率和功率因数曲线来看异步电机（图1）可以看出，当永磁同步电机负载率>20%时，永磁同步电机的运行效率和运行功率因数变化不大，运行效率>80%。

图 1 效率和功率因数与负载率曲线

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02 工作温升

异步电动机工作时，转子绕组中有电流流过，而这个电流完全以热能的形式消耗掉，因此转子绕组中会产生大量的热量，从而使电动机的温度升高。并影响电机的使用寿命。

由于永磁电机的效率高，转子绕组中没有电阻损耗，定子绕组中很少或几乎没有无功电流，因此电机的温升较低，并且极低-温升也保证了永磁体的寿命，延长了电机的使用寿命。 电梯曳引机的全面应用也证明了这一点。

03 对电网运行的影响

由于异步电动机的功率因数较低，电动机必须从电网吸收大量的无功电流，导致电网、输变电设备、发电设备中产生大量的无功电流，反过来又降低了电网的品质因数，增加了电网和输电的功率。 变电站设备发电设备的负载，以及无功电流消耗了电网、输变电设备、发电设备中的部分电能，导致电网效率较低，影响电能的有效利用。 另外由于异步电机效率较低，为满足输出功率的要求，需要从电网吸收更多的功率，这进一步增加了电网能量的损耗，加剧了电网负荷。

永磁电机转子无感应电流励磁，电机功率因数高，提高了电网的品质因数，电网中不再需要安装补偿器。 同时，由于永磁电机的效率高，也节省了电力。

04 节能计算

当电机在额定负载下效率由η1提高到η2时，电机运行一年节省的电能ws（kW·h）为：

式中：PN——电机额定功率（kW）；

LF%——电机运行负载率；

Th——每年运行时间（h）。

以22kW-4P电机额定工况为例，Y系列异步电机效率为91.5%。 改用高效永磁电机后效率提高到94.7%时，一台每年可节电：4.09×103 kW.h

注：以上计算是在额定工况下进行的。如果负载率变化且转速范围较宽的工况，节能效果远大于额定点。

05总结

与异步电机相比，永磁同步电机具有明显的优势。这些需要卓越的效率和功率因数、最佳的性能指标、紧凑的结构、轻质特性和最小的温升。此外，它们还可以节省大量能源并提高电网的质量因数。它们充分利用现有电力系统的容量，同时减少电网基础设施的投资。最值得注意的是，它们有效地解决了电气设备操作中普遍存在的高功率电机驱动轻负载的常见问题。