永磁同步电机与异步电机相比，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、转矩/惯量比高等优点，在石油、化工、纺织、矿山、数控机床、机器人等领域得到越来越广泛的应用，并正向大功率（高转速、大转矩）、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。转子上装有预先充磁（磁化）的永磁体，无需外界能量即可在周围空间建立磁场，简化了电机结构并节省了能源。本文从永磁同步电机的特点出发，阐述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制成，磁通密度高，无需励磁电流，消除了励磁损耗。与异步电动机相比，减少了定子绕组的励磁电流，减少了转子的铜损和铁损，大大减少了无功电流。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）均比异步电动机高。永磁同步电动机一般设计成即使在轻载运行时也能保持较高的功率因数和效率。
普通异步电机在负载率低于50%时，运行效率和功率因数下降明显。明腾永磁同步电机在负载率25%-120%时，运行效率和功率因数变化不大，且运行效率>90%，功率因数>0.85。在轻载、变载、满载条件下，节能效果显著。
（2）永磁同步电机具有相对刚性的机械特性，对负载变化引起的电机转矩扰动具有更强的抵抗力。永磁同步电机的转子铁芯可以制成空心结构，以减小转子惯量，启动和制动时间比异步电机快得多。较高的转矩/惯量比使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比异步电机明显小，重量也相对较轻。在相同的散热条件和绝缘材料下，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成较高的功率因数，因此定子与转子之间的气隙必须做得很小，同时气隙的均匀性对电动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。较大机座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。油腔漏油或加注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者的关注。
永磁同步电机则不存在此类问题。由于永磁同步电机气隙较大，异步电机气隙较小造成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脂润滑轴承，出厂时已注入适量的优质油脂进行密封。永磁同步电机轴承的使用寿命远高于异步电机。
为了防止轴电流腐蚀轴承，安徽明腾永磁电机对尾端轴承组件采用绝缘设计，可以达到绝缘轴承的效果，且成本远低于单独对轴承进行绝缘。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的支撑结构，现场更换轴承与异步电机相同。后期轴承更换维护可节省物流成本，节省维护时间，更好地保障用户的生产可靠性。
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动机
以超高效永磁同步电动机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以上立磨改造用高压永磁电机，与原异步电机系统相比，节电率达8%，增产可达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个月即可收回重置投资，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三相永磁同步电动机
以超高效永磁同步电机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、粉碎机电机改造。TYCX315L1-4 160kW 380V适用于搅拌机工况。用户通过计算单位时间每吨能耗，测算出160kW永磁同步电机比同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、噪音、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，特殊情况下可提高到IP65，满足大多数多尘、潮湿环境下的使用要求。在保证电机轴伸安装同轴度良好、轴承受适当径向载荷的条件下，电机轴承的最低使用寿命在20000小时以上。其次是冷却风扇的寿命，比电容运转电机的寿命要长。在多尘、潮湿的环境中长期运行时，需定期清除附着在风扇上的粘性物质，防止风扇因过载而烧毁。
3.2 永磁材料的故障与防护
永磁材料对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、高矫顽力烧结钕铁硼，常规牌号包括N38SH、N38UH、N40UH、N42UH等。公司设计了专业的磁钢装配工装及导治具，并通过合理的手段对装配后的磁钢极性进行定性分析，使各槽磁钢相对磁通值接近，保证了磁路的对称性和磁钢装配质量。
目前的永磁材料在电机绕组最高允许温升下能长期运行，磁钢的自然退磁率不高于1‰。常规永磁材料要求表面涂层能承受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，选用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、风机等不同的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
电机是持续满载运行还是轻载运行？还是有时重载，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，电机可能需要由球轴承调整为滚柱轴承；如果现场灰尘或油污较多，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关注的。我们常规的电机设计环境温度在0~40℃或以下，但也经常会遇到环境温度高于40℃的情况。此时，我们需要选择更大功率的电机，或者采用专门设计的电机。
4.5 现场安装方法、电机安装尺寸
现场安装方式、电机安装尺寸，现场安装方式及安装尺寸也是必须获取的数据，要么是电机原有的外观图，要么是安装接口尺寸、地基尺寸以及电机放置空间位置。如果现场有空间限制，可能需要改变电机的冷却方式、电机引线盒的位置等。
4.6 其他环境因素
许多其他环境因素也会对电机选择产生影响，例如灰尘或油污染会影响电机的防护等级；例如在海洋环境或高pH值的环境中，电机需要进行防腐蚀设计；在高振动和高海拔的环境中，则有不同的设计考虑。
4.7 异步电动机原参数及运行状况调查
（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：获取电机原厂外观图、现场安装图片等。
（3）原电机的实际运行参数：电流、功率、功率因数、温度等。
结论
永磁同步电机特别适用于重启动和轻载运行的应用。推广使用永磁同步电机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。选择高效的永磁同步电机，是一次性投资，长期受益。
安徽铭腾永磁机电设备有限公司（https://www.mingtengmotor.com/）17年专注于超高效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、一体机等全系列，致力于为工业装备提供更高效的驱动力。
安徽明腾永磁电机外形安装尺寸与目前广泛使用的异步电机相同，完全可以替代异步电机。此外，我们拥有专业的技术团队，为客户提供设计及免费改造方案。如果您有改造异步电机的需求，欢迎随时联系我们，我们将竭诚为您服务！
发布时间：2024年8月23日