用于风机、泵类负载电机的永磁同步电机之研究

sxwii

风机，泵类电机约占电机市场的一半以上，故此类电机是能耗大户。为响应国家节能减排之政策，各路厂商也在研究永磁同步电机取代传统异步极的可行性。为此，该类永磁同步电机的性能要求，制造要求，驱动要求成了讨论热点话题之一。本人抛砖引玉，希望大家积极探讨。本帖将着重讨论：
1 取代异步机的功率区间？（异步机特别是大功率的能耗标准IE3早已不是问题，甚至IE4问题也不大）
2 永磁同步电机的设计要求？（主要是从负载特性而要求电机的一些特性）
3 永磁电机的设计难点？（定子槽型，转子结构，齿槽转矩优化等）
4 永磁电机的制造难点？
5 永磁电机的驱动要求？（开环控制or闭环控制）

希望大家多多讨论，为国家节能减排多做贡献。

sxwii

我先来回答：
1 取代异步机的功率区间？（异步机特别是大功率的能耗标准IE3早已不是问题，甚至IE4问题也不大）
个人倾向中小功率（<30Kw）,且有调速必要的场合

2 永磁同步电机的设计要求？（主要是从负载特性而要求电机的一些特性）
该类负载为变负载特性，转矩与转速的平方成正比，故要求此类电机有比较宽的调速区间，且低速运行段效率要高些，
该类电机为S1工作制，温升设计重要。
3 永磁电机的设计难点？（定子槽型，转子结构，齿槽转矩优化等）
个人还是倾向表贴式pmsm（此类电机转速最多3000rpm？）
4 永磁电机的制造难点？
暂无。
5 永磁电机的驱动要求？（开环控制or闭环控制）
该类电机的控制精度应该不大，故倾向开环控制，但是该类驱动器不知道有无成熟产品。

enjoyingzk

好话题，我也来参与一下。
传统的风机和泵类负载是由三相异步电动机驱动的，异步电动机在工频下恒速运行，通过“挡板”来调节流量的大小，能源的浪费是恨严重的。
现在比较常用的做法是变频器+三相异步电动机，电机在变频调速状态下运行，节能效果明显。

如果由变频器+三相异步电动机方案，变为变频器+永磁同步电机方案，节能和效率的提升肯定会有，但是恐怕效果不会太好。

开始回答楼主的问题l.
1 取代异步机的功率区间？（异步机特别是大功率的能耗标准IE3早已不是问题，甚至IE4问题也不大）
不是很了解

2 永磁同步电机的设计要求？（主要是从负载特性而要求电机的一些特性）
永磁电机的负载率在20%~120%的范围内都有较高的效率，不需要太特殊的设计。

3 永磁电机的设计难点？（定子槽型，转子结构，齿槽转矩优化等）
可能我一直在做永磁电机的设计吧，一般用途的电机没觉得有什么太难的问题。
对齿槽转矩的优化确实是永磁电机的难点，不过对风机泵类负载，齿槽转矩的影响不大吧？


4 永磁电机的制造难点？
和异步电机比，制造的难点主要是如何克服装配时的磁吸力（容易破坏定转子，容易对人身造成伤害）。用专门的工装设备就可以，问题也不大。

5 永磁电机的驱动要求？（开环控制or闭环控制
开环控制，恒压频比应该就可以，难度也不大，见过变频器有这个功能。只用过闭环的矢量控制，开环还真没用过。

sxwii

enjoyingzk 发表于 2014-3-20 11:07
好话题，我也来参与一下。
传统的风机和泵类负载是由三相异步电动机驱动的，异步电动机在工频下恒速运行， ...

1    关于取代异步机的功率区间，应该准确的说依靠负载类型而定，如果负载经常轻载运行，恐怕异步机的节能效果大大降低。至于多少功率区间，我也是妄自断言，我也没有可靠市场数据。
2    该类电机的技术要求。宽的调速范围，轻载，低速仍具有良好的功率因数与效率是必要的，但是至于过载能力以及启动转矩等指标，不知道此类电机是否有特殊要求。
3    设计难点。表贴式与内置式哪个更适合此类电机（当然还得看配置的驱动器的控制策略）
4    制造难点。赞同。
5    驱动器。据听说国内搞这一块无传感器的开环控制驱动器目前不成熟，三菱据说搞的不错。

张老五

永磁机越大，制造难度越高，而且同异步机之间的效率差异越小
所以，个人扑救是永磁机的优势区域应该在20-30千瓦以下

Edwin_Sun

张老五 发表于 2014-3-20 18:37
永磁机越大，制造难度越高，而且同异步机之间的效率差异越小
所以，个人扑救是永磁机的优势区域应该在20-3 ...

永磁机越大，制造难度越高，这个并无理论和实际的依据。。。船舰用的永磁电机几十个MW都没有问题的，相反异步机要是做到这么大，体积和重量不知道要大多少了

效率差虽小，功率大了，哪怕是1MW的电机效率高0.5%，一小时也是五度电了，一年就能多省5*24*365=43800度了

Edwin_Sun

enjoyingzk 发表于 2014-3-20 11:07
好话题，我也来参与一下。
传统的风机和泵类负载是由三相异步电动机驱动的，异步电动机在工频下恒速运行， ...

风机泵类，开环就足够了

若需要闭环，RA的PF755， Yaskawa的A1000也都具有sensorless的功能

张老五

Edwin_Sun 发表于 2014-3-20 19:05
永磁机越大，制造难度越高，这个并无理论和实际的依据。。。船舰用的永磁电机几十个MW都没有问题的，相反 ...

理论依据没有，实践依据倒是不少，1MW的永磁电机有几家企业能做？1MW的异步电机，能做的多了去了。
那更大的呢？
再者说了，5*24*365？想法倒是很好，不知道全国有几台电机是一天24小时一年365天不停歇满负荷运行的？就算有吧，一年省了4万多度电，能值多少钱，考虑到成本的增长，需要多少时间能收回成本？

sxwii

Edwin_Sun 发表于 2014-3-20 19:07
风机泵类，开环就足够了

若需要闭环，RA的PF755， Yaskawa的A1000也都具有sensorless的功能

请问孙博有没有这方面电机和驱动器的一些成熟的产品信息。驱动器我了解市场有几个厂家比较成熟了，但是相反该类电机还真不多。

Edwin_Sun

sxwii 发表于 2014-3-21 08:29
请问孙博有没有这方面电机和驱动器的一些成熟的产品信息。驱动器我了解市场有几个厂家比较成熟了，但是相 ...

你可以找找Siemens和Yaskawa的IPM电机

Edwin_Sun

张老五 发表于 2014-3-20 20:11
理论依据没有，实践依据倒是不少，1MW的永磁电机有几家企业能做？1MW的异步电机，能做的多了去了。
那更 ...

据我所知，几家生产IPM的电机厂家，return of investment 的时间是6个月，也就是六个月节省的钱足以支付因为永磁电机而增加的成本，不过他们的电机功率都在25kW到两三百个千瓦之间。具体的你可以找找我上面回复的两家企业，问一下；有时候打开窗子，看看外面的世界是很重要的

张老五

Edwin_Sun 发表于 2014-3-21 08:46
据我所知，几家生产IPM的电机厂家，return of investment 的时间是6个月，也就是六个月节省的钱足以支付 ...

这种所谓的“return of investment ”（英文词汇，好高大上的感觉）怎么来的，呵呵。
不瞒您老人家说，不过是些数字游戏，俺十年前就看过，自己也写过，也替别人写过或者评过类似的东东。其实说穿了也没啥特别的，不过是假设一切用户都是一天24小时一年365天满负荷运行，电费尽可能的向高的算，成本尽可能地向低的算，有些小钱啥的，比如一天一千欧 “专家”费用就不计入了，再假设用户已经有了一个价格不亚于电机的变频器，但就是从来不在异步机上用而已。
俺是土人，真不太清楚窗外都有些啥，俺只知道些老祖宗传下来的土得掉渣的东东。俺也不管这神马“return of investment ”是咋来滴，您老拿数据出来说话？OK？

sxwii

感觉又回到第一届西莫辩论大赛的赛场了。大家从事的电机不一样，难免都有一点各自的倾向，具体到底孰优孰劣，时间来验证吧。

本人只是觉得永磁电机在慢慢的进入传统的异步机市场，特别是直驱永磁电机和伺服电机，近年来使用愈来愈广泛。所以才跟大家一起讨论在泵，风机等流体领域，是不是永磁同步电机也有自己的优势可以慢慢的进入该市场。那么如果可以进入，该类电机的设计，制造势必回摆在我们工程师的面前，故此帖讨论之。

张老五

sxwii 发表于 2014-3-21 10:39
感觉又回到第一届西莫辩论大赛的赛场了。大家从事的电机不一样，难免都有一点各自的倾向，具体到底孰优孰劣 ...

我可没有说永磁机不能用在风机水泵上
只不过相对于某些永磁粉丝的行为，我比较保守谨慎些。
我一向认为，永磁机的效率优势是有限度的，随着功率的增加，效率的优势会减小，那也就意味着节能的空间也要减少。其次，永磁机的节能效果，究竟多少是永磁电机的节能，多少是变频带来的节能，这个要分清楚。第三，节能效果到底如何，厂家的广告是不能信的，这个要认真算一算，议一议。最后，任何事情都是有代价的，代价和收益能否匹配，是最终影响到一个产品能否推广的关键！

BTW，不用提伺服类的，那个本来就不是异步机的天下，也不是谈节能的地方，不管永磁机在伺服领域占了多大的地盘，都不能用来证明“永磁机替代异步机”这个论题。

Edwin_Sun

sxwii 发表于 2014-3-21 10:39
感觉又回到第一届西莫辩论大赛的赛场了。大家从事的电机不一样，难免都有一点各自的倾向，具体到底孰优孰劣 ...

这个不是倾向不同，客户的需求才是最主要的，我们好多产品都是因为客户提出了要求，才促使我们研发生产

永磁电机在风机泵类等应用场合的市场很大，未来更大，要做就好好做，市场不是我们所担心的~

sxwii

Edwin_Sun 发表于 2014-3-21 11:23
这个不是倾向不同，客户的需求才是最主要的，我们好多产品都是因为客户提出了要求，才促使我们研发生产
...

生产制造企业永远追随市场的脚步。
国内生产ipm电机有成熟应用在风机，泵类负载上的吗，你有相关的资讯吗？
在网上搜索了相关产品，似乎都是老外的产品信息，国内永磁电机厂商多如牛毛，莫非此类电机设计，制造难度大还是我们本身的市场嗅觉能力太差？

张老五

说实话，关于永磁和异步的话题，论坛里出现至少有三四次了，虽然永磁的拥戴者每次都信誓旦旦，不过依我看，迄今为止永磁派们没有发表过一份经得起推敲的节能量分析数据，特别是在功率较大（其实也不用太大，100千瓦左右足以）的范围

zxb1212

风机，泵类电机约占电机市场的一半以上，故此类电机是能耗大户。为响应国家节能减排之政策，各路厂商也在研究永磁同步电机取代传统异步极的可行性。为此，该类永磁同步电机的性能要求，制造要求，驱动要求成了讨论热点话题之一。本人抛砖引玉，希望大家积极探讨。本帖将着重讨论：
1 取代异步机的功率区间？（异步机特别是大功率的能耗标准IE3早已不是问题，甚至IE4问题也不大）
我们现在做1KW以下的风机都是向永磁同步电机靠拢，泵也做了几个几百瓦小功率等级永磁的。
100KW以上的离心叶轮以前也是用异步，现在大部分都用永磁了。
可能行业不一样，会略有不同吧，反正我们行业可以预见最近几年内会全部由异步转为永磁同步，因此我们都不在异步电机上下工夫了，主攻永磁
2 永磁同步电机的设计要求？（主要是从负载特性而要求电机的一些特性）
根据具体应用场合来定，很难回答，重视的地方不同，设计也会不同，比如噪声、过载能力、力矩脉动等等，总之都不是难题。
3 永磁电机的设计难点？（定子槽型，转子结构，齿槽转矩优化等）
普通的实现功能没什么难的，但是要做到极致就难了。比如伺服做到日系厂家的大小，还能满足各项技术指标，就比较难，如果是国内伺服电机那种尺寸，分分钟的事。
4 永磁电机的制造难点？
可能就大功率转子贴磁钢比较难，没办法后充磁（需要能量太大），还有就是高速大功率电机结构强度
其他没有什么难点，从10W~600KW都装过，600KW没有专门设计装配工装，有点难装，有专门工装就很好装了。
5 永磁电机的驱动要求？（开环控制or闭环控制）
开环闭环都很成熟了，我们都有用，根据应用场合来定吧。

zxb1212

张老五 发表于 2014-3-22 14:45
说实话，关于永磁和异步的话题，论坛里出现至少有三四次了，虽然永磁的拥戴者每次都信誓旦旦，不过依我看， ...

我提供了大概数据，你说没有盖章的，不承认啊！

zxb1212

张老五 发表于 2014-3-20 18:37
永磁机越大，制造难度越高，而且同异步机之间的效率差异越小
所以，个人扑救是永磁机的优势区域应该在20-3 ...

我们公司用了600KW的永磁同步电机的产品比异步电机节能40%（大部分工作是在50~75%额定负载下，有大部分是系统的原因，不过还是由于使用了永磁可以调速是关键），有测试数据的，可以买一台回去研究一下。