与异步电机相比，永磁同步电机具有功率因数高、效率高、转子参数可测量、定转子气隙大、控制性能好、体积小、重量轻、结构简单、扭矩/惯量比高等优点。已日益广泛地应用于石油、化工、纺织、矿山、数控机床、机器人等领域，并正在向高功率（高转速、高扭矩）、高功能化、小型化方向发展。
永磁同步电机由定子和转子组成。定子与异步电机相同，由三相绕组和定子铁芯组成。转子上安装预磁化（磁化）的永磁体，无需外部能源即可在周围空间建立磁场，简化了电机结构，节省了能源。本文结合永磁同步电机的特点，阐述了推广永磁同步电机的综合效益。
1、永磁同步电机的突出优点
(1)由于转子采用永磁体，磁通密度高，不需要励磁电流，消除励磁损耗。与异步电动机相比，定子绕组的励磁电流和转子的铜损、铁损减少，无功电流大大降低。由于定、转子磁势同步，转子铁芯无基波铁损，因此效率（与有功功率有关）和功率因数（与无功功率有关）均高于异步电机。永磁同步电机通常被设计为即使在轻负载下运行也具有高功率因数和效率。
普通异步电动机的负载率低于50%时，其运行效率和功率因数显着下降。明腾永磁同步电机负载率为25%-120%时，其运行效率和功率因数变化不大，运行效率>90%，功率因数>0.85。轻载、变载、满载时节能效果显着。
(2)永磁同步电机具有相对刚性的机械特性，更能抵抗负载变化引起的电机扭矩扰动。永磁同步电机的转子铁芯可以做成空心结构，以减小转子惯量，且起动和制动时间比异步电机快得多。高扭矩/惯量比使得永磁同步电机比异步电机更适合在快速响应条件下运行。
(3)永磁同步电机的体积明显小于异步电机，重量也相对较轻。在散热条件和绝缘材料相同的情况下，永磁同步电机的功率密度是三相异步电机的两倍以上。
(4)转子结构大大简化，易于维护，提高了运行的稳定性。
由于三相异步电动机需要设计具有更高的功率因数，因此定子和转子之间的气隙必须做得很小。同时，气隙的均匀性对于电机的安全运行和振动噪声也至关重要。因此，异步电动机的形位公差和装配同心度要求比较严格，轴承游隙选择的自由度比较小。机座较大的异步电动机通常采用油浴润滑轴承，必须在规定的工作时间内加注润滑油。漏油或油腔注满不及时都会加速轴承的失效。在三相异步电动机的维护中，轴承的维护占有很大的比重。此外，由于三相异步电动机转子中存在感应电流，轴承的电腐蚀问题近年来也受到许多研究人员的关注。
永磁同步电机则不存在此类问题。由于永磁同步电机的气隙较大，异步电机气隙较小引起的上述问题在同步电机中并不明显。同时，永磁同步电机的轴承采用带防尘盖的油脂润滑轴承。轴承出厂时已加注适量优质润滑脂。永磁同步电机轴承的使用寿命远高于异步电机。
为了防止轴电流对轴承的腐蚀，安徽明腾永磁电机对尾端的轴承组件采用了绝缘设计，可以达到轴承绝缘的效果，而且成本比绝缘低很多轴承。为保证电机轴承的正常使用寿命，安徽明腾所有永磁同步直驱电机的转子部分均采用特殊支撑结构，现场更换轴承与异步电机相同。后期轴承更换和维护可以节省物流成本，节省维护时间，更好地保证用户的生产可靠性。
2、永磁同步电机替代异步电机的典型应用
2.1水泥行业立磨用变频调速高压超高效三相永磁同步电机
以超高效率永磁同步电机TYPKK1000-6 5300kW 10kV替代异步电机改造为例。该产品是安徽明腾2021年为某建材公司提供的国内首台5MW以上立磨改造高压永磁电机，与原异步电机系统相比，节电率达到8%，产量提升可以达到10%。平均负载率为80%，永磁电机效率为97.9%，年节电成本为：（1870.97万元÷0.92）×8%=162.69万元； 15年节电成本为：（1870.97万元÷0.92）×8%×15年=2440.40万元； 15个月收回投资，连续14年获得投资回报。
安徽明腾为山东某建材公司提供全套立磨改造设备（TYPKK1000-6 5300kW 10kV）
2.2化工搅拌机用低压自启动超高效率三相永磁同步电机
以超高效率永磁同步电机TYCX315L1-4 160kW 380V替代异步电机改造为例。该产品由安徽明腾于2015年提供，用于化工行业搅拌机、破碎机电机改造。 TYCX315L1-4 160kW 380V 适用于搅拌机工况。用户通过计算单位时间吨能耗，计算出160kw永磁同步电机比同等功率的原异步电机节电11.5%。经过九年的实际使用，用户对明腾永磁同步电机在实际运行中的节电率、温升、噪声、电流等指标非常满意。
安徽明腾为贵州某化工公司提供搅拌机改造支持（TYCX315L1-4 160kW 380V）
3、用户关心的问题
3.1 电机寿命 整个电机的寿命取决于轴承的寿命。电机外壳采用IP54防护等级，特殊情况下可提高至IP65，满足大多数灰尘和潮湿环境的使用要求。在保证电机轴伸安装同轴度良好和轴适当径向载荷的情况下，电机轴承的最低使用寿命大于20000小时。其次是冷却风扇的寿命，比电容运转电机的寿命长。在多尘、潮湿的环境下长时间运行时，需要定期清除风扇上附着的粘性物质，防止风扇因过载而烧毁。
3.2 永磁材料的失效与防护
永磁材料对于永磁电机的重要性不言而喻，其成本占整个电机材料成本的1/4以上。安徽明腾永磁电机转子永磁材料采用高磁能积、高内禀矫顽力的烧结钕铁硼，常规牌号有N38SH、N38UH、N40UH、N42UH等。公司设计了专业的磁钢装配工装和导向夹具，通过合理的手段对组装好的磁钢的极性进行定性分析，使各槽磁钢的相对磁通值接近，保证了磁钢的对称性磁路和磁钢组件的质量。
目前的永磁材料在电机绕组最大允许温升下可以长期运行，磁钢自然退磁率不高于1‰。常规永磁材料要求表面涂层能够承受24小时以上的盐雾试验。对于氧化腐蚀严重的环境，用户需要联系厂家选择防护技术更高的永磁材料。
4、如何选择永磁电机替代异步电机
4.1 确定负载类型
球磨机、水泵、风机等不同负载对电机的性能要求不同，因此负载类型对于设计或选型非常重要。
4.2 确定电机正常运行时的负载状态
电机是满载连续运行还是轻载连续运行？或者是有时重载有时轻载，轻重载变化周期是多长？
4.3 确定其他负载状态对电机的影响
现场电机的负载状态有很多特殊情况。例如，带式输送机负载需要承受径向力，电机可能需要从球轴承调整为滚子轴承；如果灰尘或油污较多，则需要提高电机的防护等级。
4.4 环境温度
现场环境温度是我们在电机选型过程中需要重点关注的。我们传统的电机设计环境温度为0~40℃或以下，但我们经常遇到环境温度高于40℃的情况。这时候我们就需要选择功率更大的电机或者是专门设计的电机。
4.5 现场安装方式、电机安装尺寸
现场安装方法、电机安装尺寸，现场安装方法和安装尺寸也是必须获取的数据，要么是原始电机外观图，要么是安装接口尺寸、基础尺寸和电机放置空间位置。如果现场有空间限制，可能需要改变电机冷却方式、电机引线盒的位置等。
4.6 其他环境因素
许多其他环境因素对电机选型有影响，例如灰尘或油污染影响电机的防护等级；例如，在海洋环境或高pH环境下，电机需要进行防腐设计；在高振动和高海拔的环境中，有不同的设计考虑。
4.7 原异步电机参数及运行工况调查
(1)铭牌数据：额定电压、额定转速、额定电流、额定功率因数、效率、型号等参数
(2)安装方法：获取电机原外观图、现场安装图片等。
(3)原电机实际运行参数：电流、功率、功率因数、温度等。
结论
永磁同步电机特别适合重启动和轻运行的应用。永磁同步电机的推广使用具有积极的经济效益和社会效益，对节能减排具有重要意义。在可靠性和稳定性方面，永磁同步电机也具有宝贵的优势。选择高效永磁同步电机是一项具有长期效益的一次性投资。
安徽明腾永磁机电设备有限公司（https://www.mingtengmotor.com/）17年专注超高效率永磁同步电机的研发、生产和销售。产品涵盖高压、低压、恒频、变频、常规、防爆、直驱、电动滚筒、一体机全系列，旨在为工业提供更高效的动力。设备。
安徽明腾的永磁电机与目前广泛使用的异步电机具有相同的外部安装尺寸，可以完全替代异步电机。此外，还有专业的技术团队为客户设计并免费提供改造方案。如果您有异步电机改造的需求，请随时与我们联系，我们将竭诚为您服务！
发布时间：2024年8月23日