胡 俊

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330096）

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技水平的不斷提升，人們?cè)絹?lái)越注重節(jié)能環(huán)保。對(duì)于很多行業(yè)來(lái)說(shuō)，電機(jī)是不可或缺的，傳統(tǒng)的三相異步電動(dòng)機(jī)由于其造價(jià)低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、得到了十分廣泛的應(yīng)用［1］。伴隨著科技的進(jìn)步，更加綠色節(jié)能的稀土永磁電機(jī)在礦山冶煉行業(yè)中逐漸替代了異步電機(jī)。

2 稀土永磁電機(jī)原理介紹

稀土永磁電機(jī)顧名思義電機(jī)內(nèi)部運(yùn)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(zhuǎn)子中，以磁鋼的固有磁場(chǎng)作為勵(lì)磁源，形成固定磁極。當(dāng)電機(jī)的三相定子繞組通入三相交流電后，將產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，根據(jù)磁極同性相斥異性相吸的原理，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)［2］，最終達(dá)到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度相等。因此，稀土永磁電機(jī)也是=同步電動(dòng)機(jī)。

3 稀土永磁電機(jī)特性

稀土永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極由稀土永磁磁鋼形成，所以無(wú)滑差，無(wú)勵(lì)磁電流，轉(zhuǎn)子無(wú)基波鐵、銅耗損。轉(zhuǎn)子由永磁體勵(lì)磁，無(wú)需無(wú)功勵(lì)磁電流，因此功率因數(shù)提高，無(wú)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(shí)，由于稀土永磁電機(jī)的極弧系數(shù)大于異步電動(dòng)機(jī)的極弧系數(shù)，當(dāng)電壓和定子結(jié)構(gòu)一定時(shí)，該電機(jī)的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度比異步電機(jī)小，鐵損耗小。由此可見(jiàn)，稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)是通過(guò)降低自身各種損耗而節(jié)能的，不受工況、環(huán)境等因素變化的影響。

圖1 稀土電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

4 稀土永磁電機(jī)優(yōu)點(diǎn)

（1） 效率高：異步電動(dòng)機(jī)效率曲線一般在60%額定負(fù)載以下時(shí)下跌較快，輕載時(shí)效率很低。稀土永磁電動(dòng)機(jī)效率曲線高而平，在20%～120% 額定負(fù)載時(shí)均處于高效率區(qū)。

（2）功率因數(shù)高：稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)實(shí)測(cè)值已接近極限值1.0，功率因數(shù)曲線和效率曲線一樣高而平，功率因數(shù)高，不需要低壓無(wú)功補(bǔ)償，充分利用配電系統(tǒng)容量

（3）定子電流小 ：轉(zhuǎn)子無(wú)勵(lì)磁電流，無(wú)功功率降低，定子電流明顯下降，與同等容量異步電動(dòng)機(jī)相比，定子電流值可下降30%～50%。同時(shí)，因定子電流大幅降低，電機(jī)溫升下降，軸承潤(rùn)滑脂及軸承壽命延長(zhǎng)。

（4）高失步轉(zhuǎn)矩和牽入轉(zhuǎn)矩 ：稀土永磁同步電機(jī)有較高的失步轉(zhuǎn)矩和牽入轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)具有較高的負(fù)載能力，并可以順利牽入同步。

5 稀土永磁電機(jī)缺點(diǎn)

（1）成本高：與同規(guī)格異步電機(jī)相比，定、轉(zhuǎn)子間氣隙更小，各部件加工精度高；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，稀土磁鋼材料價(jià)格高；因此，電機(jī)制造成本高，是普通異步電機(jī)的2 倍左右［5］。

（2）全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)沖擊大：全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，能在極短的時(shí)間牽入同步轉(zhuǎn)速，機(jī)械沖擊大，啟動(dòng)電流是額定電流的10 倍以上，對(duì)供電系統(tǒng)的沖擊大，要求供電系統(tǒng)的容量大。

（3）稀土磁鋼易退磁：永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過(guò)載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降，或發(fā)生退磁現(xiàn)象，降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能。

圖2 稀土電機(jī)組成部件圖

6 節(jié)能應(yīng)用實(shí)踐的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析

從2006 年10 月開(kāi)始，我們?cè)谝黄诟∵x流程的兩臺(tái)相同工況的8m3浮選機(jī)上進(jìn)行了Y 系列普通異步電機(jī)與X 系列稀土永磁電動(dòng)機(jī)的節(jié)能比對(duì)試驗(yàn)。為確保其它試驗(yàn)條件一致，兩臺(tái)電機(jī)采取了完全一樣的控制方式，由同一臺(tái)變壓器供電，電機(jī)皮帶輪尺寸也完全一樣。

圖3 普通三相異步電動(dòng)機(jī)（左）與稀土電機(jī)（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(jī)與普通電機(jī)相比節(jié)約成本7212 元/年。

表1 稀土電機(jī)與普通電機(jī)試驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)120 天

表2 稀土電機(jī)與普通電機(jī)經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比分析

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比，稀土永磁電機(jī)的綜合節(jié)能率達(dá)到15%，大約28 個(gè)月可從節(jié)約的電費(fèi)中收回稀土電機(jī)的投資成本；功率因數(shù)由0.7 提高到0.93 左右，基本不再需要就地的無(wú)功補(bǔ)償，有效利用了低壓配電系統(tǒng)的容量；由于稀土電機(jī)本身發(fā)熱量小，軸承潤(rùn)滑脂的更換周期由3 個(gè)月延長(zhǎng)到1 年，軸承使用壽命也由18 個(gè)月延長(zhǎng)到3 年（軸承均采用國(guó)產(chǎn)普通軸承）。

盡管目前我國(guó)在稀土永磁電機(jī)研發(fā)中取得了一定程度的進(jìn)步，但與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定差距［6］,鑒于稀土永磁電機(jī)具有良好的節(jié)能效果，且我國(guó)稀土資源豐富，要充分利用稀土永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)，大力推廣稀土電機(jī)使用，創(chuàng)造國(guó)際知名品牌［3-4］。同時(shí)融合人工智能等現(xiàn)代技術(shù)，推動(dòng)我國(guó)智能化、以及節(jié)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。