异步起动永磁同步电机节能效果研究.pdf

异步起动永磁同步电机节能效果研究刘德昌1，骆平2，龚智伟3（南宁局集团公司南宁机务段，1、2.工程师，3.助理工程师，广西南宁530001）摘要：提出使用异步起动永磁同步电动机替代传统三相异步电动机的空气压缩机配套装车方案，通过开展电机型式试验，结果表明异步起动永磁同步电动降低无功损耗，提高电机效率，减小电流消耗，对空压机电机的节能改造具有较大的现实意义。关键词：空气压缩机；异步起动永磁同步电机；节能效果1引言目前机车车辆上使用空气压缩机电机大多为三相异步电动机，普遍存在着效率低、功率因数低、体积大、电能消耗大的情况。异步起动永磁同步电机对比通用的三相异步电机具有节能高效、无功损耗小功率因数高等优点，而且永磁同步电机具备起动转矩大特点。因此，在空气压缩机类、风机类、泵类等行业得到广泛应用。基于上述情况，提出使用异步起动永磁同步电动机替代传统三相异步电动机，用于轨道交通行业空气压缩机配套装车方案，并通过开展电机型式试验，验证设计方案节能效果。2电机型式试验2.1电机型式试验设计选用一款2极24kW440V60Hz异步起动永磁同步电动机替代目前机车车辆上空气压缩机的三相异步电动机，并设计对应试验以验证其节能效果。异步启动永磁同步电机型式试验可用来验证电机设计性能，而电机节能效果的关键性能指标为电机效率和功率因数。通过分别对选用的异步起动永磁同步电动和相同输出功率及相同性能参数的三相异步电动机进行型式试验，对比两者试验数据，分析节能效果。2.2电机型式试验流程对于三相异步电动机，型式试验按照 GB/T1032-2012三相异步电动机试验方法，确定效率按照B法进行；对于异步启动永磁同步电机，型式试验按照 GB/T22669-2008三相永磁同步电动机试验方法，确定效率按照B法进行。电机型式试验流程如图1所示，电机型式试验原理如图2所示。图1电机型式试验流程图广西铁道2023年增刊35广西铁道2023年增刊3电机型式试验数据分析3.1关键试验数据对比经过型式试验，分别获得异步起动永磁同步电机与三相异步电动机的试验数据，其中关键数据如表1所示。表1关键试验数据对比电机参数试验项目空载电流额定电流额定转速额定效率功率因数温升24kW 440V 60Hz 2极单位AAr/min%K试验值异步起动永磁同步电机4.2334.92360091.780.9944三相异步电动机11.4940.53553870.88946.44从表1中可以看出，额定负载时异步起动永磁同步电机比试验对比三相异步电动机效率提高4.78%，功率因数提高0.101。而两种电机同样输出24kW功率时，异步起动永磁同步电机对比漆三相异步电动机电流消耗减少许多。3.2关系曲线对比经过对试验数据处理，获得异步起动永磁同步电机、三相异步电动机的效率、功率因数与负载率的关系曲线。3.2.1效率与负载率关系曲线异步起动永磁同步电机、三相异步电动机的效率与负载率关系曲线如图3所示。图3效率与负载率的关系曲线3.2.2功率因数与负载率关系曲线异步起动永磁同步电机、三相异步电动机的功率因数与负载率关系曲线如图4所示。图4功率因数与负载率的关系曲线3.2.3对比分析在负载状态时，从图3中可以看出，在负载率相等情况下异步起动永磁同步电机的效率比三相异步电动机效率高，此外，空气压缩机在一个打气周期中，并非全部处于满载状态。在轻载状态时，从图4中可以看出，自起动永磁同步电机功率因数为1，而三相异步电动机功率因数则随着负载减少而大幅降低。因此轻载状态时异步起动永磁同步电机节电效果更加明显。3.2.4经济效益假定空气压缩机在一个打气周期中，满载状态占60%时长、空载状态占40%时长、一天工作7小时、年运行300天，一年可节省用电5千度。每辆机车2台空气压缩机，则一年可节省用电约1万度。4结束语通过试验验证使用异步起动永磁同步电动机替代传统三相异步电动机功率因数由 0.889 提高至0.99，电机效率提高4.78%，对轨道交通行业中空压机电机的节能改造具有较大的现实意义。图2电机型式试验原理示意图36