永磁电机研究.docx

1、永磁电机研究前不久，国家财政部、国家发改委联合出台关于印发节能产品惠民工程高效电机推广实施细则的通知，表示将通过加大财政补贴等方式推广高效电机。据悉，这是继去年10月两部委将高效电机纳入节能产品惠民工程实施范围，采取财政补贴方式进行大力推广后，“政策即将落地的表现”。据了解，2011年全国高效电机的推广任务是3177万千瓦，约占全年国内电机销售量比重的30%，其中低压高效电机2000万千瓦、高压高效电机1000万千瓦、稀土永磁电机177万千瓦。两部委通知提出，生产企业是高效电机推广的主体，中央财政将补贴资金拨付给高效电机生产企业，由生产企业按补贴后的价格销售给水泵、风机等成套设备制造企业。同时

2、，要求申请推广企业的低压三相异步电机和高压三相异步电机年推广量不少于30万千瓦，或稀土永磁电机年推广量不少于1万千瓦。因此，推广任务分别由湘潭电机、卧龙电气、南阳防爆等50家电机生产企业承担。目前，工业用电占据我国社会用电的“大头”，而电机耗能在工业用电中又占据主导地位。统计数据显示，我国电机系统总容量约7亿千瓦，但高效电机占比尚不足3%。为使电机推广“立竿见影”，财政部和发改委决定加大对高效电机的财政补贴力度。其中，低压高效电机根据功率档次每千瓦分别补贴58元和31元；高压高效电机每千瓦补贴26元；稀土永磁电机每千瓦补贴100元。同时，两部门还决定，新上项目必须全部使用高效电机等节能设备和产

3、品。而在去年6月出台的关于印发节能产品惠民工程高效电机推广实施细则的通知中，电机的补贴为每千瓦12-60元之间，今年与去年相比增长近一倍。财政部副部长张少春表示，为加快推广应用高效电机，我国将抓紧建立以财政补贴政策为核心的高效电机推广机制，其中财政补贴力度将进一步加大，鼓励用户大规模采购高效电机，并加快淘汰高能耗老旧电机。东莞市五金机电商会有关负责人告诉本报记者，由于目前政策倾向于补贴源头企业，市场推广具有明显的“引导性”，通过上游补贴中下游，从而将高效电机推广“遍地开花”。意义效率提5%可节电一个三峡事实上，目前市场上电机过于耗能与低效，也是国内出台高效电机补贴的重要原因。据一份电动机调速技

4、术产业化途径与对策的研究报告显示，我国发电总量的66%消耗在电动机上，去年年底电动机总装机量约为7.62亿千瓦，但高效电机市场不足3%，电机拖动系统拖动整体运行效率比发达国家低20%。根据欧洲制定有关标准，电机效率分为IE1(最低)、IE2、IE3、IE4(最高)四个等级。但据国家中小电机质量监督检验中心对国内重点企业198台电机的抽样调查，其中达到2级以上的高效节能电机比例只有8%。这对整个社会资源产生了极大的浪费。业内专家指出，提高电机运行效率主要可通过两个途径，一是通过变频器调速，改善交流电机的运行效率；二是使用高效电机。目前来看，通过财政杠杆手段撬动电机使用市场可操作性强一些。据介绍，

5、与普通电机相比，高效电机通过采用优质材料并且优化设计，能耗要平均下降20%左右，超高效电动机则比普通电动机少损耗30%以上的电能。价格方面，目前市场上高效电动机价格较普通电动机要贵15%-30%左右，但根据耗电量来计算，高效电机高于普通电机的投资额在2年内即可收回。通常情况下，使用高效节能电机可提高3%-5%左右的效率，其中稀土永磁电机的效率甚至可以提高10%以上。有机构做过计算，如果将所有电动机效率提高5%，则全年可节约电量达765亿千瓦时，这个数字接近三峡一年的发电量。国家发展改革委副主任解振华表示，目前我国电机年用电量超过2万亿千瓦时，约占全国用电量的60%。大力推广高效节能电机、推进节

6、能减排，对于完成“十二五”期间单位GDP能耗下降目标，保障国家能源安全意义重大。问题细则尚需继续完善根据通知规定，申请推广企业要求在国内低压三相异步电机和高压三相异步电机年推广量不少于30万千瓦，或稀土永磁电机年推广量不少于1万千瓦。而大部分企业对此表示，这相当于为企业申请设置了较高“门槛”。业内人士透露，电机销售渠道主要有以下几部分，终端用户约占5%，代理商约占15%，下游产业的机械设备配套商约占80%，渠道分散使推广量遭到分化。而针对“年度终了后30日内，推广企业提出年度补贴资金清算报告，逐级上报财政部”，业内人士也表示由于周期太长，加上企业在国内推广的产品利润太低，担心企业资金不能及时回

7、笼。根据国际铜业协会调查数据，目前国内生产高效电动机厂商只占到规模以上企业的12%。在高效电动机潜在生产厂商中，近30%的厂商表示会在1至2年内生产高效电动机，有41%的企业表示要在3至5年内生产，但仍有不少企业暂无生产高效电动机计划。据了解，为使电机更加高效与节能，早在2006年12月，国家标准化管理委员会发布了强制性标准中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价，文件规定，低于三级能效的电机禁售，并设定四年过渡期，2011年7月1日以后，将禁售三级能效电机，这意味着2012年以后高效节能电机将全面取代传统高能耗电机。然而，强制性标准并没有取得“理想中的效果”。中国节能协会常务副秘书长宋忠奎表

8、示，强制性标准的强制性不在于标准的本身，而在于标准的执行，应明确由哪个部门负责实施，相关的规定也要细化并具备可操作性，否则，强制性就无从谈起。业内专家认为，目前符合补贴条件的企业只有数十家，并且企业能否通过补贴在节能电机方面马上盈利，还是个未知数。如果要让高效电机“遍地开花”，进一步扩大补贴范围，完善补贴细则势在必行。 市场前景尽管我国2007年发电机装机容量已达到7.1329亿kw，发电量32086.86亿kwh，但由于我国国民经济连续20多年的高速发展，供电状况仍然非常紧张，不少地区仍要拉闸限电。32086.86亿kwh发电量中，水电只占4343.25kwh（13.54%），核电621.3

9、kwh（1.94%），而占27012.56亿kwh （84.19%）仍然是热电。燃烧的煤向大气中排放CO2 SO2 NOX，造成温室效应和酸雨，影响我们生存的环境。况且我国是化石能源贮量较少的国家，煤的藏量占世界第3位，石油和天然气只占世界第10位。如用13亿人口来计算，只是世界人均1/20。见表1、表2。因而节约能源是大势所趋、是基本国策。椐统计，全国发电量的60%通过电机转换能量，。在“十一五”规划中，把电机系统节能放到重要位置。电机系统节能主要二个方面，一是节能电机，如永磁同步电机，二是电机调速节电。变频调速体积小、重量轻、转矩大、精度高、功能强、可靠性高、操作简单，便于通信等功能优于以

10、往任何调速方式，使用它除优质、增产、降耗外，还大量节电。 变频器可以从四个方面节电。第一，软启动，一般交流电机的启动电流为电机额定电流的6-7倍，变频调速后启动电流不超过电机的额定电流。第二，节省设计冗余，一般设计都按照使用时的极端条件，因而都留有设计冗余，有的余量很大，形成大马拉小车，变频调速可以把冗余节省下来。第三是调速节电，按流体力学原理，轴功率正比速度3，转速下降，轴功率变小，这是变频调速的主要节电原理。第四是系统功率因数高，一般在0.95以上，节省无功，减轻了变压器的负担。目前在工程上常用的伺服电机主要有感应异步电机（Induction Motor）和永磁同步电机（Permanent

11、 Magnetic Synchronous Motor）两种。由于永磁交流伺服系统在转矩波动、调速范围、损耗和效率等方面都有明显的优势，随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛1。永磁同步电机较感应异步电机主要有以下优点：（1）永磁同步电机结构简单，重量轻，体积小，应用范围更为广泛。例如10Kw的异步电机重量为220kg，而永磁电机仅为92kg，相当于异步电机重量的45.8%。（2）永磁同步电机转子为永磁体，无需励磁，因此减少了定子电流和定子电阻的损耗，电机效率更高。（3）永磁同步电机具有较低的惯性，转矩一定，响应速度快，即转矩/惯性比高，无转子损耗

12、和发热现象，能源利用率高。（4）随着新型永磁材料铷铁硼的大量使用，使得转子永磁体的剩余磁密，矫顽力，最大磁能积等性能有了很大的提高，在提高电机性能的同时减小了电机的体积。随着铷铁硼永磁材料的发展，永磁同步电机的应用会越来越广泛TYBZ稀土永磁同步电机的应用和推广已近十年。随着变频技术的日趋完善，实现机电一体化，其优点已越来越明显。TYBZ稀土永磁同步电机结合我国稀土元素丰富的特点，采用高性能稀土永磁材料作为同步电机转子的，使电机的运转效率和功率因数大幅度提高。该电机具有调速精度高，调速比大，输出特性硬，运转平稳。开环控制提高了系统的可靠性，降低了系统成本，从而大大提高了各行业产品的制造工艺。尤

13、其是电机的恒转矩输出和转速不随负载波动的特性。通过变频器有效控制，可使其输出转速保持恒定，在某些机械传动中去掉减速器，这无疑给整个机械制造带来一场新的革命。 近五年来，稀土永磁同步电机和变频控制实现机电一体，已被广泛应用于机械、石油、冶金、建材、食品、印刷、包装、造纸、造船、塑料、纺织化纤、军工等行业。自95年以来，分别为全国化纤、造纸、浮法玻璃、印刷机械、光缆设备等上市公司、国家垄断行业所生产的设备所配套。同时在石化行业（安庆石化、金山石化）永磁同步电机替代了进口大型设备中的同类电机。但是变频器对永磁同步电机的控制要比普通电机复杂的多，因此国外不少变频器供应商已和永磁同步电机供应商合作，根据

14、电机的压频比曲线，生产操作简易的专用变频器。在和这些专用变频器实现机电一体中，我们做了一些工作，为此在这里将展开讨论，以便让变频器供应商对永磁电机有进一步的了解。 一、 国内外同步电机的概况 美国GE公司早在五十年代就研制了一批数百瓦的永磁同步电动机，德国西门子公司自五十年代开始经过十年多，研究出各种不同用途、性能良好的永磁同步电动机，七十年代后期就生产出了30千瓦的电机。日本明电舍公司在六十年代后期就已有永磁同步电动机的系列产品供应。日立公司在七十年代就研制出高速的永磁同步电动机。我国自七十年代后期也陆续研制出多种结构的永磁同步电动机。 同步电动机的特点和分类： 交流同步电动机，它的特点是电

15、动机的转速与电源频率完全成正比。 Ns=60f/p(rpm) 式中：f: 电源频率 P: 极对数 Ns: 同步转速 而交流异步电动机，它与同步电动机的区别在于：转速与电源频率不成正比，其转速始终比同步电动机还要低，叫转差率。 N=(1-s)ns(rpm) s=(ns-n)/ns*100% 同步电动机按其结构不同可分为：磁阻式同步电动机；磁滞式同步电动机；永磁式同步电动机。 1、磁阻式同步电动机 电动机的定子与异步电动机无多大出入。不同之处在于转子片的形状。见图（1）。为了使电机能自起动，转子片与异步电机转子片一样具有鼠笼结构。但多了反应槽部分。开反应槽的目的是造成纵向磁阻和横向磁阻的差别。磁阻差别越大反应转矩就越大。一台设计优越的磁阻电动机的功率可比同样异步电动机大一个机座号。 img200682111393072014.jpg/img 2、磁滞式同步电动机 电机的定子部分与一般的异步电动机无多大区别，而转子结构有其特点，见图（2）。它的转子结构由非磁性材料制成。在其表面套上一磁滞环构成.一般磁滞环采用的材料为络钢、钴钢等。在旋转磁场中磁场滞环被磁化后，由于环的磁滞特性，使环磁通中滞后定子磁势轴一个角度,并产生相应的转矩，由于这个关系，从零至同步转速都不变，所以转矩T是恒值的。 磁滞同步电动机从启动到正常工作过程中，基本与一般异步电动机性能相似，有较小的起动电流和空载电流。工