Сравнительный расчет энергосбережения между высокоэффективным двигателем с постоянными магнитами и асинхронным двигателем

1. КПД и коэффициент мощности

При работе асинхронного двигателя обмотка ротора поглощает часть электрической энергии для возбуждения из электросети, которая потребляет электросеть. Эта часть электрической энергии в конечном итоге потребляется в виде тока в обмотке ротора в виде тепла. Эти потери составляют около 20–30% от общих потерь двигателя. Это приводит к снижению эффективности двигателя. Ток возбуждения ротора преобразуется в индуктивный ток в обмотке статора, в результате чего ток, поступающий в обмотку статора, отстает на угол от напряжения сети, что приводит к снижению коэффициента мощности двигателя.

Кроме того, из кривых КПД и коэффициента мощности синхронных и асинхронных двигателей с постоянными магнитами (рис. 1) видно, что когда уровень нагрузки (=P2/Pn) асинхронного двигателя составляет <50 %, его рабочий КПД и рабочий коэффициент мощности значительно снижается. , поэтому обычно требуется работать в пределах экономической зоны, то есть уровень загрузки составляет от 75% до 100%.

После того, как синхронный двигатель с постоянными магнитами встроен в ротор с постоянными магнитами, постоянные магниты создают магнитное поле ротора. При нормальной работе магнитные поля ротора и статора работают синхронно. В роторе нет наведенного тока и потерь сопротивления ротора. Одно это может повысить эффективность двигателя на 4–50%.

Поскольку в роторе двигателя с постоянными магнитами не возникает возбуждения наведенного тока, обмотка статора может представлять собой чисто резистивную нагрузку, в результате чего коэффициент мощности двигателя бесконечно близок к 1. Это видно из кривых КПД и коэффициента мощности синхронных двигателей с постоянными магнитами. и асинхронные двигатели (рис. 1), что, когда уровень нагрузки синхронного двигателя с постоянными магнитами составляет> 20%, его рабочий КПД и рабочий коэффициент мощности изменяются мало, а рабочий КПД> 80%.

Сравнительный расчет энергосбережения между высокоэффективным двигателем с постоянными магнитами и асинхронным двигателем插图

Рисунок 1. Кривые КПД, коэффициента мощности и коэффициента нагрузки

2. Повышение рабочей температуры

При работе асинхронного двигателя в обмотке ротора течет ток, и этот ток полностью расходуется в виде тепловой энергии, поэтому в обмотке ротора будет выделяться большое количество тепла, что приведет к повышению температуры двигателя и влияют на срок службы двигателя.

Благодаря высокому КПД двигателя с постоянными магнитами в обмотке ротора отсутствуют потери сопротивления, а в обмотке статора реактивный ток мал или почти отсутствует, что приводит к низкому нагреву двигателя. Чрезвычайно низкое повышение температуры также обеспечивает срок службы постоянного магнита и продлевает срок его службы. Срок службы двигателя подтверждается также его комплексным применением в лифтовых тяговых машинах.

3. Влияние на работу электросетей

Из-за низкого коэффициента мощности асинхронного двигателя двигатель поглощает большое количество реактивного тока из электросети, что приводит к образованию большого количества реактивного тока в электросети, оборудовании для передачи и преобразования энергии, а также в оборудовании для производства электроэнергии, которое в свою очередь снижает добротность электросети и усугубляет проблемы электросетевого и передающего оборудования. Нагрузка трансформаторного оборудования и оборудования по производству электроэнергии, реактивный ток в электросети, оборудование по передаче и преобразованию электроэнергии, а также оборудование по производству электроэнергии потребляют часть электрической энергии, что приводит к снижению эффективности электросети и влиянию на эффективность использование электрической энергии. Также из-за низкого КПД асинхронных двигателей для удовлетворения требований по выходной мощности необходимо поглощать больше электрической энергии из электросети, что еще больше увеличивает потери электрической энергии и увеличивает нагрузку на электросеть.

В роторе двигателя с постоянными магнитами отсутствует наведенный ток, а коэффициент мощности двигателя высокий, что повышает добротность электросети и исключает необходимость установки компенсатора в электросети. В то же время, благодаря высокому КПД двигателя с постоянными магнитами, также экономится электроэнергия.

Сравнительный расчет энергосбережения между высокоэффективным двигателем с постоянными магнитами и асинхронным двигателем插图1

4. Расчет энергосбережения

Когда КПД двигателя при номинальной нагрузке увеличивается с η1 до η2, электрическая энергия ws (кВт·ч), сэкономленная при работе двигателя в течение одного года, будет равна:

ПН — номинальная мощность двигателя (кВт);

LF% – коэффициент рабочей нагрузки двигателя;

Th — годовое время работы (ч).

Если взять в качестве примера номинальный рабочий режим двигателя 22 кВт-4P, то КПД асинхронного двигателя серии Y составляет 91.5%. После перехода на высокоэффективный двигатель с постоянными магнитами, когда КПД возрастает до 94.7%, каждый агрегат экономит электроэнергию в год: 4.09×103 кВт.ч.

Примечание: Вышеуказанные расчетные заниженные условия работы. Если скорость нагрузки изменяется и диапазон скоростей широк, эффект энергосбережения будет намного выше номинального значения.

5. Резюме

По сравнению с асинхронными двигателями синхронные двигатели с постоянными магнитами имеют очевидные преимущества. Они обладают высокой эффективностью, высоким коэффициентом мощности, хорошими эксплуатационными показателями, небольшими размерами, легким весом, низким повышением температуры, значительными техническими эффектами и лучше улучшают добротность электросети, полностью используя мощность существующей электросети, экономя инвестиции. в энергосистеме и существенно решает проблему «большой лошади и маленькой тележки» в электрооборудовании.