高效永磁电机与异步电机节能对比计算

1.效率及功率因素

异步电机在工作时，转子绕组要从电网吸收部分电能励磁，消耗了电网电能，这部分电能最终以电流在转子绕组中发热消耗掉，该损耗约占电机总损耗的20~30%，它使电机的效率降低。该转子励磁电流折算到定子绕组后呈感性电流，使进入定子绕组中的电流落后于电网电压一个角度，造成电机的功率因数降低。

另外，从永磁同步电机与异步电机的效率及功率因数曲线(图1)可以看出，异步电动机在负载率（=P2/Pn）<50%时，其运行效率和运行功率因数大幅度下降，所以一般都要求其在经济区内运行，即负载率在75%-100%之间。

永磁同步电机在转子上嵌了永磁体后，由永磁体来建立转子磁场，在正常工作时转子与定子磁场同步运行，转子中无感应电流，不存在转子电阻损耗，只此一项可提高电机效率4%~50%。

由于在水磁电机转子中无感应电流励磁，定子绕组有可能呈纯阻性负载，使电机功率因数无限接近为1。从永磁同步电机与异步电机的效率及功率因数曲线(图1)可以看出，永磁同步电机在负载率>20%时，其运行效率和运行功率因数随之变化不大，且运行效率>80%。

图1 效率和功率因素与负载率曲线

2.工作温升

由于异步电机工作时，转子绕组有电流流动，而这个电流完全以热能的形式消耗掉，所以在转子绕组中将产生大量的热量，使电机的温度升高，影响了电机的使用寿命。

由于永磁电机效率高，转子绕组中不存在电阻损耗，定子绕组中较少有或几乎不存在无功电流，使电机温升低，极低的温升也保证了永磁体的寿命，延长了电机的使用寿命，在电梯曳引机的全面应用也证明了这一点。

3.对电网运行的影响

因异步电机的功率因数低，电机要从电网中吸收大量的无功电流，造成电网、输变电设备及发电设备中有大量无功电流，进而使电网的品质因数下降，加重了电网及输变电设备及发电设备的负荷，同时无功电流在电网、输变电设备及发电设备中均要消耗部分电能，造成电力电网效率变低，影晌了电能的有效利用。同样由于异步电机的效率低，要满足输出功率的耍求，势必要从电网多吸收电能，进一步增加了电两能量的损失，加重了电网负荷。

在永磁电机转子中无感应电流励班，电机的功率因数高，提高了电网的品质因数，使电网中不再需安装补偿器。同时，因永磁电机的高效率，也节约了电能

4.节能计算

当一台电动机在额定负载下的效率由η1提高到η2时，该电动机运行一年所节省的电能ws（kW•h）如下公式：

       式中：PN----电动机额定功率（kW）；

          LF%--电动机运行负载率；

          Th----年运行时间（h）。

以22kW-4P电机额定工况为例，Y系列异步电机的效率有91.5%，改成高效永磁电机后效率提高到94.7%时，台每年节约电能：4.09x103 kW.h

 注：以上是在额定工况下进行计算，如果在负载率变化和转速范围较宽的工况下节能效果远远大于额定点。

5.总结   

永磁同步电机与异步电机相比，具有明显的优势，它效率高，功率因素高，能力指标好，体积小，重量轻，温升低，节能效果显著，较好地提高了电网的品质因素，充分发挥了现有电网的容量，节省了电网的投资，它极大地解决了用电设备中“大马拉小车”现象。