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什么是稀土永磁电机? 使用寿命有多长?

2023-03-09 11:13:05

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    稀土永磁电机——电机的未来



    稀土永磁电机 是1970世纪XNUMX年代初出现的一种新型永磁电机。


    由于稀土永磁材料具有优异的磁性能,磁化后无需外加能量即可建立强大的永磁场。


    稀土永磁电机不仅效率高,而且结构简单,运行可靠。 它还可以尺寸小、重量轻。



    制成能满足特定运行要求的特种电机,如电梯牵引电机、汽车专用电机等。


    稀土永磁电机与电力电子技术和微机控制技术的结合,将电机及传动系统的性能提高到了一个新的水平。


    提高配套技术装备的性能和水平,是电机行业调整产业结构的重要发展方向。


    稀土永磁电机 广泛应用于航空、航天、国防、装备制造、工农业生产和日常生活的几乎各个领域。


    包括永磁同步电机、永磁发电机、直流电机、直流无刷电机、交流永磁伺服电机、永磁直线电机、特种永磁电机以及相关控制系统,几乎涵盖了整个电机行业。


    稀土永磁电机政策支持


    22年2021月2021日,工业和信息化部、国家市场监管总局联合印发《电机能效提升规划(2023-2023年)》,提出到170年,年产高效节能电机节能电机达到20亿千瓦,高效节能电机在役比例达到49%以上,年节电XNUMX亿千瓦时。


    文件明确提到,“风机、泵、压缩机、机床等通用设备,鼓励使用能效二级及以上电动机。


    针对变负载工况,推广能效二级及以上变频永磁电机。”


    根据2013版《永磁同步电机》标准,目前生产的永磁电机分布在一级和二级能耗区间; 结合《电机能效限定值及能效等级》(GB 18613-2020)和《电机能效提升计划》,只有部分高性能钕铁硼稀土永磁电机的效率才能达到95%以上一级能耗标准(对应IE5),其余稀土永磁电机属于二级能耗标准。



    目前稀土永磁电机可节电10%以上,效率提高至95%以上。


    采用稀土永磁同步电机,无功功率节电率可达85%,有功功率节电率可达23%~25%。 节电效果显着。

    为什么要大力发展稀土永磁节能电机?


    工业电机是社会上耗电最多的领域。



    2020年,我国电机保有量约4亿千瓦,总用电量约4.8万亿千瓦时,占全社会总用电量的64%。


    其中,工业领域电机总用电量将达3.84万亿千瓦时,占工业用电量的75%,工业领域电机能效每提高1%,可节省约38.4亿千瓦时电力每年,能源效率提高3%,相当于三峡一年的发电量。


    国务院印发《2030年碳达峰行动计划》,重点推动重点用能设备节能增效,重点关注电机、风机、水泵、压缩机、变压器、换热器、工业锅炉等设备,努力实现碳达峰目标。全面提高能效标准。


    高效节能电机是指具有高效率的通用标准电机


    2020年18613月,我国公布最新电机能效标准《GB2020-1电机能效限定值及能效等级》,该标准于2021年3月XNUMX日正式实施,IEXNUMX(国际标准)以下的节能电机强制使用停止生产。


    电机类型包括三相异步电机、稀土永磁电机等。传统异步电机可以通过增加材料(增大铁芯外径、增大定子槽尺寸、增加铜线重量)来增大,并采用导磁性能好的硅钢片)。


    但由于其基本工作原理,传统异步电机的效率难以提高。 例如,一些IE4和IE5节能电机更喜欢使用永磁模式。



    更重要的是,与异步电机相比,稀土永磁电机具有天然的节能优势。


    1) 节能:


    与异步电机不同,永磁电机的转子不需要励磁电流,节能约15%-20%。
    2) 高效率:


    永磁电机的效率比传统电机高2-19个百分点。
    3)S结构简单,故障率低。

    4)寿命长:


    永磁电机的转子采用嵌入式密封结构,有利于减少旋转过程中的摩擦和氧化,提高电机的稳定性和寿命。


    更换稀土永磁电机的回收周期约为1-2年,经济效益其实是显而易见的。


    稀土永磁电机与传统电机的区别


    永磁电机是一种DC/AC同步电机,其中定子是永磁体,只有转子是线圈。 普通电机的定子是线圈(电磁铁)。


    磁场的性质。


    永磁电机制成后,无需外部能源即可维持其磁场; 传统电机需要电流才能产生磁场。


    适用场合。


    传统电机需要驱动减速机构才能实现高扭矩,而稀土永磁电机可以代替减速机构实现直接驱动。


    永磁电机振动小,运行稳定性好。


    高功率密度和效率


    与普通电机相比,永磁电机功率密度高,这主要是指永磁电机体积小,发电量或输出功率大。


    与普通电机相比,节能可达20%-40%。 永磁电机的转子结构与普通电机不同。


    永磁磁极安装在永磁电机的转子上; 普通电机的励磁线圈安装在转子上,需要提供电流产生磁场。
    与传统电机相比,任何转速点都节省电力,特别是在低速时。


    体积小、重量轻、温升低


    永磁电机结构简单。


    由于采用高性能永磁体提供磁场,永磁电机的气隙磁场较普通电机大大增强,同时永磁电机的体积和重量较普通电机大大减小。


    尺寸和形状也很灵活。 转子的非电励磁意味着没有损耗和热量产生。


    因此,永磁电机的温升一般很低。


    故障率较低,应用广泛


    由于采用高性能稀土永磁材料提供磁场,故故障率较低,使用较为普遍。


    启动扭矩大、性能好


    由于永磁电机正常工作时转子绕组不工作,因此转子绕组可以设计成完全满足高启动转矩的要求,例如从1.8倍到2.5倍,甚至更大。


    稀土永磁电机的寿命有多长?磁性会随着时间的推移而减弱吗?


    永磁电机的使用寿命一般为15-20年,电机的使用寿命主要取决于用户的维护。


    另外,永磁电机的使用环境的好坏,以及电机在使用过程中受到的电、磁、热、振动等因素都会影响永磁同步电机的寿命!


    一般磁铁都有使用寿命。 当使用一定年限时,磁性会减弱,但钕铁硼永磁材料的磁性能随时间变化很小,稀土永磁体在电机的设计寿命(10-20年)内。


    磁性能衰减小于3%。 在现有的电机设计和电控技术下,对电机的整体性能影响不大。


    永磁电机退磁的原因:


    磁钢牌号选择不当


    如果电机设计计算不够准确,错误地选择了较低等级,如应选择180℃的永磁体,却错误地选择了155℃,可能会出现这样的情况:初次试验测试过程的记录指标非常好,随着电机逐渐趋于热稳定,电机的相关指标开始恶化,越来越偏离设计预期。 某一时刻电流急剧增大,变频器迅速停机,并显示过流代码。 再次测试电机空载特性,说明电机已失去磁性,必须更换磁钢。


    过热退磁问题


    过热失磁是一个敏感话题,磁铁磁性能下降也会导致过流和过热问题。 如果排除磁钢磁性能的影响,仅考虑热因素,则可以确定有两种情况会出现过热退磁现象:一是电机内的循环通风路径不良。不合理,违反了冷热传导的自然规律,造成局部热量积累; 二是绕组热负荷过高,发热量超过电机热交换系统的热交换水平。


    退磁电流过大的问题


    电机运行时,当负载电流超过磁体的抗退磁能力时,就会引起磁体的不可逆退磁,从而进一步增大负载电流,加剧磁体的不可逆退磁。 这种往复运动加速不可逆退磁直至退磁。


    如何防止永磁电机退磁?


    正确选择永磁电机功率:


    退磁与永磁电机的功率选择有关。 正确选择永磁电机功率可以防止或延缓退磁。 永磁同步电机退磁的主要原因是温度过高,而过载是造成高温的主要原因。 因此,在选择永磁电机功率时应留有一定的余量。 根据负载的实际情况,一般20%左右比较合适。

    避免重载启动和频繁启动:



    永磁同步电机尽量避免直接启动或重负载频繁启动。 起动过程中,起动转矩呈振荡状态,在起动转矩的波谷段,定子磁场对转子磁极进行退磁。 因此,尽量避免永磁同步电机的重载和频繁启动。


    改进设计:


    (1)适当增加永磁体的厚度:


    从角度来看 永磁同步电动机 设计和制造时,应考虑电枢反应、电磁转矩和永磁体退磁之间的关系。


    在转矩绕组电流产生的磁通和径向力绕组产生的磁通的共同作用下,转子表面的永磁体容易引起退磁。


    在电机气隙不变的情况下,要保证永磁体不退磁,最有效的方法是适当增加永磁体的厚度。


    (2)转子内部有通风槽回路,降低转子温升:


    如果转子温度过高,永磁体会造成不可逆的失磁。 在结构设计上,可设计转子内部通风回路,直接冷却磁钢。 不仅降低了磁钢的温度,而且提高了其效率。

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