技术原理

“助磁”同步磁阻电机运行是遵循磁阻最小原理,即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合,因此,当定子上产生旋转磁场时,由于“助磁”同步磁阻电机的转子相对定子磁场在不同位置的磁路磁阻不同,扭曲的的磁场将会产生磁阻力驱动转子旋转

关键技术

磁阻最小原理

主要技术参数

电机转子无鼠笼结构,通过添加“铁氧体”材料提高电机功率因数,电机符合一级能效标准

技术产品特点

1. 效率高,温升低,节能效果显著

2. 启动转矩大,负载刚性好。

3. 调速范围广,速度可控。

4. 可靠性高,耐温高。

5. 电机噪音低,减少噪音污染。

6. 具备全面的保护功能。

应用现状(或与该技术相关领域的能耗现状)及产业化情况

广泛应用于钢铁、化工、冶金等工业领域

应用领域及适用范围

“助磁”同步磁阻电机广泛应用于各种工况的电机节能改造,例如:水泵、风机、冷却塔、球磨机、电滚筒电机等。改造后的水泵节电率为13%-40%,风机节电率为13%-40%,冷却塔节电率为25%-60%,球磨机和电滚筒电机节电率为40%-70%以上。节能电机改造后,振动、噪音、温升等自身属性得到很大提高,相比改造前的电机运行得到很大提升,经久耐用,能达到20年不烧电机,降低生产成本,节约能源。

节能减排效果(测算方法及依据)

综合节电率≥15%,通过计量表进行对比计量

节能量/年(吨标准煤/年)

碳减排量/年(吨二氧化碳/年)

已实施的典型案例情况

案例名称

除尘风机改造

案例地点

江苏扬州

应用单位

江苏立中新材料科技有限公司

设计单位

江苏苏仪集团有限公司

主要设备

除尘风机

技术原理

同步磁阻电机调速系统是基于计算机和电力电子技术的控制器及磁阻电机的新型调速系统,由于同步磁阻电机由电机和磁阻控制器二部分组成。磁阻电机的突出特点是效率高、节能效果好、调速范围广、无启动冲击电流、启动转矩大、控制灵活,此外还具有结构简单、坚固可靠、成本低等优点。经上千台电机改造,综合节电率为20%以上。除可以取代已由的电气传动调速系统(如直流调速系统、变频调速系统)外,同步磁阻电机调速系统十分适合矿山井下电机设备需要重载启动、频繁启动、正反转、长期低速运行的应用场合,无极绳引车、电机牵引采煤机、刮板输送机等。

主要技术指标

节电率达到15-35% ,“助磁”同步磁阻电机及其驱动器是新型高性能高效电机系统,其效率符合IE5要求。“助磁”同步磁阻电机运行是遵循磁阻最小原理,即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合,因此,当定子上产生旋转磁场时,由于“助磁”同步磁阻电机的转子相对定子磁场在不同位置的磁路磁阻不同,扭曲的的磁场将会产生磁阻力驱动转子旋转,如状态B所示。

状 态 A                                               状 态 B                                                    状 态 C

所配套的驱动器具备国内领先的“助磁”同步磁阻电机无位置传感器控制技术,具有高稳定性、高效率、高响应等技术优点,同时还具备了全面的保护功能(过压、欠压、过流、短路、过载等)。

在应用方面,同步磁阻电机虽兼有直流调速和交流调速的优点,有着广阔的市场前景, 但异步电动机和无刷直流电动机在多年的发展和推广后,不断完善和成熟,目前已经占有广阔的应用,同步磁阻电机要想广泛地应用在英力特电机改造,一方面还必须进一步的研究其产品性能特点,更加要了解其对我公司使用场所的应用,发挥其特殊的节能优势和稳定的运行效果。

上世纪20年代就有学者提出过同步磁阻电机的概念,即通过d轴与q轴磁阻差产生转矩从而驱动电机。近年来工业发展对低成本高性能的电机需求急剧上升,并随着电子器件和磁场定向控制技术的进步,同步磁阻电机在相当多场合得到了应用。

从加工工艺和材料对比分析发现,同步磁阻电机的转子铁心只需要冲压叠片,相比于异步电机冲压叠片后还需要后续的工艺,这点上同步磁阻电机更有优势。抛开工艺繁杂程度,在相同的定子绕组电流密度下异步电机的输出转矩会高于同步磁阻电机,但考虑到铁心磨损,在两种电机相同磨损下同步磁阻电机效率仍然会高于异步电动机。

目前同步磁阻技术涉及运输、电能等多个领域,尤其是同步磁阻电机的节能效益最高可达到30%,能效等级达到IE5且输出功率覆盖5.5-315kW,另外同步磁阻电机具有成本低、效率稳定、转矩脉动小、可靠性高及维护方便等优点,可用于对成本控制严格的场合,如风机、水泵类负载。

同步磁阻电机如今被看做是一种高效节能的动力装置,研究和生产高效电机产品,是具有重要的社会效益的。能够实现高效节能的目标,电机的发展是与我国长期以来一直顾虑的节能减排和经济发展要求方向是相一致的,所以同步磁阻电机的发展受到政府的支持和鼓励。对于传统制造企业来说,是一个有利的因素,能够促进企业的可持续发展,对于实现节能减排、绿色中国也是有着非常重要的作用。

同步磁阻电机产品可以实现变频调速控制,可以实现负载工况的多样性;电机系统简单、而且具有较高的可靠性;直驱电机没有减速器,维护起来成本更低;重要的是,电机的传动效率高,节能效果非常明显,那么在同步磁阻比一般的普通电机效率高出10%～15%。同步开关磁阻电机技术的进步,进行有效节能改造技术,就可以降低普通电机的整体成本,可以帮助设备实现最大限度的节能效果。

闭环控制最大限度发挥助磁同步磁阻电机的性能和优势,闭环控制系统能够最大限度地发挥同步磁阻电机(PMa-SynRM)的性能和优势。通过实时监测电机运行状态并动态调整控制参数,闭环控制可精准协调磁阻转矩的配比,在宽转速范围内实现最优效率。系统采用磁场定向控制(FOC)技术,确保电机在负载突变时仍能保持稳定输出,将转速波动控制在±0.1%以内。同时,智能弱磁控制算法可自动调节直轴电流,有效扩展电机高速运行范围至基速的3倍以上,既充分发挥了磁阻转矩的高速优势。闭环控制还通过在线效率优化功能,实时追踪最佳工作点,使电机在全工况范围内保持IE5级超高效率(>96%),较传统控制方式再提升3-5%的能效。这种先进的控制策略不仅放大了PMa-SynRM高功率密度、高效率的先天优势,还显著提升了其动态响应能力和运行可靠性,特别适用于水泵、风机等需要连续变速运行的节能应用场景,可带来30%以上的全生命周期节能收益。

该技术和设备具备全面替代现有设备及传统运行方式的规模化推广价值。通过创新性的系统设计和智能化控制策略,新一代解决方案不仅完全兼容现有工况要求,更在能效表现、运行稳定性和维护成本等关键指标上实现显著突破。经多场景验证,其综合性能较原有系统提升30%以上,单位能耗降低20%-25%,且通过模块化设计可快速完成设备替换和系统升级。该技术已具备成熟的产业化条件,支持从试点示范到大规模商业应用的梯度推广路径,能够在不影响生产连续性的前提下,逐步实现对传统设备的完全替代,为行业绿色转型升级提供可靠的技术支撑。建议采取"试点先行-区域推广-全面覆盖"的三步走策略,结合政策支持和市场化机制,加速这一革命性技术的推广应用进程。

主要节能技术参数

1、系统效率高:同步磁阻电机系统在其调速范围内保持高效输出,在低转速及负载低情况下相对于其它调速系统更加明显,整体效率比其他调速系统高出5%-15%。

2、调速范围宽:在限定最低转速到1.5倍额定转速范围内均可带负荷长期运转。

3、无冲击电流:系统均有软启的特性,启动电流平滑增加所需电流,设定同步和开关磁阻电机启动时间越长,冲击电流越小。

4、高启动转矩,低启动电流:启动转矩达到额定转矩时,启动电流仅为额定电流的30%。

5、可频繁启停,及正反转切换:在有制动单元及制动功率满足时间要求的情况下,启停及正反转切换次数没有严格限制。

6、同步磁阻电机系统具有完善的保护机制:包括驱动故障、过流过压、欠压、过温、电机缺相、输入电源缺相,相电流不平衡等30余种故障保护。尤其在一定调节下,系统能够在电机缺相的情况下正常运行。

7、过载能力强:可在1.35倍负载时正常运行。

8、电机结构简单、坚固、可靠性高:电机转子无绕组和鼠笼条,机械强度和可靠性均高于其它类电机。定子线圈嵌装容易,端部短而牢固,热耗大部分在定子,易于冷却。允许教高温升而不影响电机性能。

9、功率因素高:普通交流电机负载较低时功率因素为0.2-0.4,满载时0.86-0.89,而同步磁阻电机空载和满载的功率因素均0.95。

案例特点

综合节电率22%

应用效果(年节能减排效果及经济效益)

综合节电率22%,年节约电量13.5万度,年节约电费10.8万元

适用范围/应用对象

水泵、风机、冷却塔、球磨机、电滚筒电机等

目前已实施案例数量

≥100

其他案例

国内案例：江苏利淮钢铁有限公司

项目地点：江苏淮安

省内案例：天脊煤化工集团股份有限公司

项目地点：山西长治