По сравнению с традиционными трёхфазными асинхронными двигателями, синхронные двигатели с постоянными магнитами обладают такими преимуществами, как высокий пусковой момент, короткое время запуска и высокая перегрузочная способность. Это позволяет снизить установленную мощность приводного двигателя оборудования, исходя из фактической мощности на валу, что позволяет экономить электроэнергию и одновременно сокращать инвестиции в основные средства.
Синхронные двигатели с постоянными магнитами относительно просты в управлении, поскольку их скорость определяется исключительно частотой. Они работают плавно и надёжно, не подвержены колебаниям нагрузки и напряжения. Строго синхронизированная скорость обеспечивает превосходные динамические характеристики, что делает их пригодными для управления с переменной частотой.
Синхронные двигатели с постоянными магнитами также обладают такими преимуществами, как низкие потери и повышение температуры, а также высокий коэффициент мощности и КПД. Эти факторы, соответствующие требованиям к производительности двигателей, обусловили их доминирование на рынке.
Почему двигатели с постоянными магнитами имеют низкие потери и низкий подъем температуры?
Поскольку магнитное поле синхронного двигателя с постоянными магнитами создаётся постоянными магнитами, это позволяет избежать потерь возбуждения (также известных как потери в меди), которые в противном случае возникли бы при использовании тока возбуждения для создания магнитного поля. Во время работы двигателя ротор обесточен, что значительно снижает его нагрев. Согласно неполным статистическим данным, при тех же условиях нагрузки нагрев примерно на 20 К ниже.
Синхронные двигатели с постоянными магнитами обеспечивают высокий коэффициент мощности и эффективность
По сравнению с асинхронными двигателями, синхронные двигатели с постоянными магнитами обладают значительно более высоким КПД при малых нагрузках. Они также обладают широким рабочим диапазоном, превышающим 90% при коэффициенте нагрузки от 25% до 120%. Номинальный КПД синхронных двигателей с постоянными магнитами соответствует действующему национальному стандарту для класса энергоэффективности 1, что является существенным преимуществом по сравнению с асинхронными двигателями с точки зрения энергосбережения.
В реальной эксплуатации двигатели редко работают на полной мощности при приводе нагрузок. Это связано с двумя факторами: во-первых, при выборе двигателей проектировщики обычно определяют мощность двигателя на основе экстремальных условий эксплуатации нагрузки, которые встречаются редко. Кроме того, чтобы предотвратить перегорание двигателя при ненормальных условиях эксплуатации, конструкции двигателей часто предусматривают запас мощности. Во-вторых, для обеспечения надежности производители двигателей обычно закладывают определенный запас мощности сверх указанной пользователем мощности. Следовательно, большинство двигателей в реальной эксплуатации работают на мощности ниже 70% от своей номинальной, особенно при приводе таких нагрузок, как вентиляторы и насосы, где двигатели обычно работают в диапазоне малых нагрузок. Для асинхронных двигателей их КПД при малых нагрузках очень низок, в то время как синхронные двигатели с постоянными магнитами могут по-прежнему поддерживать относительно высокий КПД в области малых нагрузок.
Синхронные двигатели с постоянными магнитами обладают высоким коэффициентом мощности, независимо от числа полюсов. При полной нагрузке коэффициент мощности приближается к единице. Это приводит к снижению токов двигателя по сравнению с асинхронными двигателями, что, в свою очередь, снижает потери в меди статора и повышает КПД. Однако коэффициент мощности асинхронных двигателей снижается с увеличением числа полюсов. Кроме того, из-за высокого коэффициента мощности синхронных двигателей с постоянными магнитами мощность источника питания (трансформатора), питающего двигатель, теоретически может быть снижена, что, в свою очередь, снижает требования к характеристикам распределительного устройства и кабелей.
Недостатки синхронных двигателей с постоянными магнитами
Синхронные двигатели с постоянными магнитами также имеют свои недостатки. Например, их пусковой ток примерно в девять раз больше, чем у асинхронных двигателей. Их невозможно запустить при пониженном напряжении. При пониженном напряжении питания их асинхронный пусковой момент падает сильнее, чем у асинхронных двигателей, что приводит к трудностям с запуском. Параметры самозапуска и тока обратной связи при коротких замыканиях в системе для синхронных двигателей с постоянными магнитами значительно различаются у разных производителей. Кроме того, из-за сложности получения соответствующих данных использование синхронных двигателей с постоянными магнитами вносит неопределенность в характеристики короткого замыкания энергосистем и в проверку пусковых расчетов.
