高速永磁同步電機(jī)在泵行業(yè)的應(yīng)用

（耐馳泵閥科技（天津）有限公司）

摘要：應(yīng)用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各類水泵及化工石油泵，具有效率高，體積小，性能優(yōu)越，是泵行業(yè)發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)  高速離心泵   率   節(jié)能

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活的各個(gè)方面，泵的應(yīng)用隨處可見(jiàn)，在許多設(shè)備上也有泵的使用，泵在能耗方面是僅次于動(dòng)力電機(jī)的設(shè)備能耗，據(jù)考證有占18-21%發(fā)電能耗，是耗能大戶。在當(dāng)前節(jié)能減排的嚴(yán)峻形勢(shì)下，降低泵的能耗，對(duì)節(jié)能減排有著重大的意義。

泵主要有離心泵、潛水泵、管道泵、多級(jí)泵、旋渦泵、混流泵、軸流泵等。各種泵的葉輪在泵體里的電機(jī)軸上，電機(jī)旋轉(zhuǎn)作功使液體提升，電機(jī)是泵的最重要部件。泵的電機(jī)常用有單相異步電機(jī)和三相異步電機(jī)，是一種感應(yīng)電機(jī)。由于直流電機(jī)、串接電機(jī)等可靠性差，效率低或價(jià)位高等原因很少采用，所以泵電機(jī)基本上是使用這種感應(yīng)的異步電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子上鋁或銅的環(huán)形導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)里跟著旋轉(zhuǎn)，總慢于磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)稱為異步電機(jī)。永磁無(wú)刷同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子是稀土磁鋼，由驅(qū)動(dòng)器根據(jù)轉(zhuǎn)子和各繞組相對(duì)位置來(lái)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的無(wú)刷的直流電機(jī)，它的轉(zhuǎn)速由驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)而定，轉(zhuǎn)子和定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)保持同步，不象異步電機(jī)一樣的慢一點(diǎn)，因此叫變頻驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)。永磁同步電機(jī)又分為異步起動(dòng)永磁同步電機(jī)和變頻驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)，

永磁同步電機(jī)應(yīng)用于設(shè)備動(dòng)力是近十年來(lái)的事，目前常見(jiàn)到有加裝有位置編碼器的數(shù)控銑床、車床上用的伺服電機(jī)，以及注塑機(jī)上用的永磁同步電機(jī)。機(jī)床上用的是需要精準(zhǔn)位置定位的伺服電機(jī)，考慮主要在于功能性方面，而注塑機(jī)上用的永磁同步電機(jī)則主要是為了節(jié)能提率而裝的。永磁同步電機(jī)在其他設(shè)備方面的應(yīng)用還是比較少見(jiàn)。

本文介紹的是永磁同步電機(jī)在泵上的應(yīng)用。永磁同步電機(jī)需要配套變頻控制器，它和普通矢量變頻器不一樣，是直流變頻技術(shù)，采用諸如?？刂评碚?、自適應(yīng)技術(shù)、速度、電流開環(huán)或閉環(huán)控制技術(shù)等無(wú)霍爾直流無(wú)刷電機(jī)控制的最新技術(shù)，可以以恒功率、恒轉(zhuǎn)速、恒扭矩等工作方式工作，具有響應(yīng)速度快，控制精確的特點(diǎn)，它在整個(gè)功率負(fù)載段輸出功率曲線都平坦，電機(jī)效率方面，就7.5KW的電機(jī)的實(shí)驗(yàn)表明，在額定功率的20%以上時(shí)都有＞80%的效率，10%的額定功率時(shí)效率有＞70%，3%的額定功率時(shí)有＞60%的效率，在整個(gè)功率段都是率的，這些都是其他電機(jī)所望塵莫及的。永磁同步電機(jī)具有率，和一般常用功率的異步電機(jī)相比，效率要高很多。普通交流電機(jī)的效率是工頻供電下測(cè)試的，如果用變頻器供電時(shí)，波形不如工頻好，效率要下約2個(gè)點(diǎn)，加變頻器本身?yè)p耗，整個(gè)就要損耗至少5%。永磁同步電機(jī)的效率是包括變頻控制器損耗，它比單相異步電機(jī)效率高15-20%，比三相異步電機(jī)的效率要高7-10%，如果三相異步電機(jī)也配用變頻控制的話，相比效率就要高12-15%。如果在低頻段工作時(shí)，相差還要大很多，因異步電機(jī)在低頻工作時(shí)效率很低。見(jiàn)電機(jī)負(fù)載特性表。泵的效率除泵體結(jié)構(gòu)的特性外，主要是電機(jī)的效率，用了的電機(jī)作泵動(dòng)力，泵的機(jī)組效率就高了。泵體一般效率是在50-70%，如果選用效率比異步電機(jī)高10%的永磁同步電機(jī)，那泵的機(jī)組效率就能提高5-7%。

永磁同步電機(jī)還有一個(gè)特點(diǎn)就是速度越高優(yōu)勢(shì)越明顯，它的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)要求來(lái)設(shè)計(jì)，速度高時(shí)，電機(jī)體積小，耗材少，單位功率的成本低。普通異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速由磁極數(shù)決定，常用2極或4極，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速在50Hz時(shí)2極的最高工作轉(zhuǎn)速不會(huì)超過(guò)2900轉(zhuǎn)/分，泵的葉輪的設(shè)計(jì)只能根據(jù)這個(gè)轉(zhuǎn)速來(lái)設(shè)計(jì)。如果再提高轉(zhuǎn)速，則要采用矢量變頻器對(duì)交流異步電機(jī)變頻提速，但是變頻的異步電機(jī)的體積重量還是小不了，效率也不能提高多少，是沒(méi)法與同步電機(jī)的優(yōu)良性能相比的。根據(jù)流體力學(xué)的原理，離心泵、潛水泵、管道泵、多級(jí)泵、旋渦泵、混流泵、軸流泵等離心式水泵，提高轉(zhuǎn)速可以提高揚(yáng)程和流量，流量是轉(zhuǎn)速提高倍數(shù)的1次方，而揚(yáng)程則是轉(zhuǎn)速提高倍數(shù)的2次方，功率是3次方，可以看出，提高轉(zhuǎn)速對(duì)提高泵的揚(yáng)程和流量效果顯著，對(duì)改善泵的性能大有好處，而高速的永磁同步電機(jī)比低速的常規(guī)轉(zhuǎn)速的永磁同步電機(jī)，在體積上成本上更具優(yōu)勢(shì)，在性能上也同樣有優(yōu)勢(shì)。提高轉(zhuǎn)速起到了這兩方面的利好，這個(gè)轉(zhuǎn)速該高到如何呢，根據(jù)材料工藝來(lái)定，一般選4000至7000轉(zhuǎn)/分為合適，如果把密封、軸承、軸、葉輪等關(guān)鍵材料以及加工工藝解決好，特別是葉輪、轉(zhuǎn)子、軸等制作好，同心度高，高速運(yùn)行時(shí)能平穩(wěn)不震動(dòng)，這樣就可以把轉(zhuǎn)速選定得更高，如10000轉(zhuǎn)/分，這泵的性能就發(fā)生了質(zhì)的變化，就是一個(gè)高科技的全新泵產(chǎn)品。而這些經(jīng)過(guò)設(shè)備更新，加工工藝改正，通過(guò)常規(guī)努力就能實(shí)現(xiàn)。

永磁同步電機(jī)配有直流變頻技術(shù)的控制器，有過(guò)熱，過(guò)流、過(guò)載等各種自動(dòng)保護(hù)功能。同步電機(jī)的恒轉(zhuǎn)速功能使泵在電網(wǎng)電壓變化時(shí)能使流量和揚(yáng)程保持不變，能寬電壓使用而保持工作的良好穩(wěn)定性?？刂破鞯臄?shù)字處理電路的核心是一個(gè)單片機(jī)，可以根據(jù)泵的工作需要設(shè)定各種程序指令，可以恒流、恒壓供水、水位控制、定時(shí)開機(jī)關(guān)機(jī)，可以和電腦主機(jī)通訊、聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)辦公室桌面遠(yuǎn)程控制以及網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)泵的智能化，自動(dòng)化。

用高速永磁同步電機(jī)配套離心泵、旋渦泵、混流泵、軸流泵等泵后，泵的流量揚(yáng)程和效率都會(huì)發(fā)生很大的變化，揚(yáng)程和流量會(huì)大幅提高，機(jī)電一體化少，體積小重量輕。永磁同步電機(jī)及同步變頻技術(shù)無(wú)論從技術(shù)特性、控制性能、應(yīng)用范圍、性價(jià)都比目前普遍使用的異步電機(jī)及變頻技術(shù)要先進(jìn)，同步電機(jī)及其變頻技術(shù)相信將會(huì)逐步應(yīng)用于各類泵，而且異步電機(jī)變頻技術(shù)將會(huì)逐步淡出市場(chǎng)，這會(huì)對(duì)泵行業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命，推動(dòng)泵行業(yè)的節(jié)能減排上一個(gè)臺(tái)階， 提高10%的節(jié)能效果對(duì)整個(gè)泵行業(yè)乃至全國(guó)的節(jié)能減排工作都有著非常重大的意義。

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