浅谈永磁电动机在火电厂中的应用

摘 要：本文主要论述了永磁同步电动机的结构、工作原理以及相应的优缺点，并简析了永磁电动机在火电厂中的应用。永磁同步电动机是一种高效低耗、结构简单的电动机，是火力发电厂设备工程的一次良好升级。

关键词：永磁同步电动机；火电厂；应用分析；效率

前言

在新时代，中国对于节约能源的重视程度越来越高，节能已经成为我国经济发展和社会发展的一项重要战略方案，既能带来较大的社会效应和自然效应，又具有一定的复杂性和紧迫性。近些年来，电动机系统的节能被列为国家的重点工程。我国各种电动机的实际运行效率比国外的电动机相对较低，但是我国的耗电量是非常高的，这就使得我们必须发展高效节能的电动机（比如永磁电动机）。永磁同步电动机的使用能够让火力发电厂节省很多的设备成本和能量损耗，并且在一定程度上（比如轻载荷情况）提高设备的工作效率。

1、永磁同步电动机的结构、工作原理

1.1永磁同步电动机的结构

永磁同步电动机（permanent magnet synchronous motor，即PMSM）主要是由端盖、定子和转子等多个部件构成，与异步电动机最大的不同就是永磁同步电动机转子结构上放置有永磁体磁极，磁极的质量比较高。永磁体磁极的放置位置和放置方式对电动机的影响非常显著，根据转子的安放位置可以将永磁同步电动机分为内置式转子结构和表面式转子结构，其中表面式转子结构的永磁体磁极位于转子铁芯外表面，具有结构简单、异步转矩小的特点，通常运用于启动要求低的情况；内置式转子结构与表面式不同，其永磁体磁极放置在鼠笼导条与转轴之间的铁芯内，具有启动性能好的特点。鉴于内置式转子结构相对突出的优势，目前大多数的永磁同步电动机都采用内置式转子结构。

2.永磁同步电动机的工作原理及优缺点

永磁同步电动机的工作一般是由定子绕组、永磁体磁极、转子绕组这三个结构完成，在工作过程中，这三个结构相互作用、相互影响形成稳定的磁场。永磁同步电动机的工作原理主要是：首先，向定子绕组中通入一定的三项对称电流并在定子绕组中产生定子旋转磁场，这个磁场又在转子绕组中相对转子旋转运用进而形成电流，在转子绕组中产生转子旋转磁场；定子旋转磁场和转子旋转磁场的转速通常情况下是不相同的，会产生一定的交变转矩，并且相互作用使得转子在异步转矩的促进下从静止状态逐渐开始加速转动。随着转子的速度不断增大，定子旋转磁场速度与转子旋转速度不断接近，当转子速度增大到同步转速附近时，定子旋转磁场速度一般稍稍大于永磁磁场，这种情况下，定子旋转速度与转子旋转速度相互作用产生转矩使得转子进入同步运行状态。在同步运行状态下，定子旋转速度与转子旋转速度非常接近，转子绕组内中也几乎不会再产生电流，只有永磁体磁极产生一定的磁场并且与定子旋转磁场相互作用产生驱动转矩。在永磁同步电动机的整个工作过程中，转子绕组的异步转矩是启动电动机的主要原理，并且转子绕组只在启动电动机的时候发挥作用，启动之后，永磁同步电动机的运行主要是靠永磁体磁极和定子绕组的磁场相互作用产生的驱动转矩支持。

2.1永磁同步电动机的优点

1）功率因数高

永磁同步电动机的功率因素相较于普通异步电动机具有非常明显的优势，其功率因数高且不受电动机级数的影响，并且当电动机满负载的时候其功率系数更接近于1（普通异步电动机在这种情况下的功率因数一般在0.85左右）。在高功率因数的影响下，电动机配套的变压器（电源）容量可以相应的有所降低，还能够降低相关设备的规格参数（比如开关设备、电线等）。此外，永磁同步电动机的电动机电流相对较小，因此电动机的定子铜耗较少，效率更高。永磁同步电动机的工作效率非常高，并且高效率运行的范围也比较宽（比如在轻度载荷条件下，永磁同步电动机可以实现在百分之二十五到百分之一百二十的范围内工作效率达到百分之九十以上）。永磁同步电动机的额定效率可以达到国标的1级要求，具有良好的经济效应和节能效应，这是永磁同步电动机相对于异步电动机的一个突出优势。

在这里需要注意的是，电动机的实际运行中，其运行工作基本不会再满功率的情况下运行，主要原因有：

（1）在选择电动机型号时，相关工作设计人员为了保证电动机的工作稳定性和安全性，主要使根据负载等工况的极限状态来选择电动机的功率。在实际工作中，这种极限工作状态很少发生，工作人员这样选择电动机功率的目的是为电动机保留一定的功率裕量，防止电动机的烧坏、损伤的发生。

（2）除了满足电动机的极限工况，设计人员还会在用户要求的基础上再留一定的功率裕量，从而增强电动机的可靠性。

因此，电动机通常情况下是在轻载条件下工作，很多电动机的实际工作效率在额定功率的70%以下，比如火力发电厂的泵体结构等。在这种前提条件下，永磁同步电动机的轻载工作效率能够保持非常高的水平，相对于异步电动机具有非常明显的优势。

2）损耗低、温升低

一方面，永磁同步电动机的永磁体磁极产生磁场，相对于其它通过励磁电流产生磁场的电动机，有效的避免了励磁损耗即铜耗。另一方面，在永磁同步电动机启动后转子不参与工作，并且转子的运行没有电流，这就能够有效地降低永磁同步电动机在工作时的温度上升现象。

3）其他

除了上述突出优点以外，永磁同步电动机还具有启动时间快、过载能力高等特点。永磁同步电动机的实际控制和管理比较方便，工作的效率比较稳定，不随电动机级数、电压和负载的变化而发生较大波动，并且永磁同步电动机的动态性能比较好，非常适合变频控制。此外，由于永磁同步电动机的大范围高功率，可以适当地降低电动机的装机容量，这样既能节约能源又能减少电动机的投资成本，带来非常良好的工作效益和經济效益。

3、永磁同步电动机在火力发电厂中的应用

在火力发电厂中采用永磁同步电动机需要着重考虑永磁同步电动机的工作特点和优势以及设计制造的价格因素，选择合适的设备能够给相关工程设计带来很多的好处，选择相关设备主要遵从的原则主要有：

（1）重视永磁同步电动机工程的运行寿命，选择合适的参数指标，比如年运行时长、负荷变化率等因素。

（2）重视永磁同步电动机工程的电压等级、火力电厂电消耗等因素。随着现代电力技术的不断发展和人们对于电力电能需求不断上升的背景下，高压辅机的电量总消耗占据了非常大的部分，因此正确地选用永磁同步电动机是降低火力发电厂耗电量、用电率等因素的关键。

（3）在选择火力发电厂永磁同步电动机的型号时，一定要计算工程的投资和回收期。主要的测算原理就是：规定年利用周期为5500个小时，标准煤耗为275g/kWh，价格为400元/吨或者700元/吨，永磁同步电动机的成本价格按照相同型号异步电动机的1.5倍为准。在这样的条件下进行计算，选择运行时间长、年运行小时多的电动机。在测算的过程中可以明显地发现，永磁同步电动机带来的经济效益比异步电动机要大很多。

4、结束语

永磁同步电动机已经在多个行业得到广泛的使用，比如橡胶行业、冶金行业、纺织行业等，在这些领域运用累积得到的设计和工作经验能够为永磁同步电动机在火力发电厂中的应用提供丰富的参考。随着设备技术的不断提高，我国制造业的制造水平不断上升，制造的效率不断提高，而设备销售的价格不断下降。新时代，永磁同步电动机作为降低火力发电厂耗电量等因素的重要技术，在制造业不断升级的背景，一定会有越来越光明的应用前途。

参考文献：

[1]何涛.赵杰.磨煤机改装永磁同步电动机节能效果分析[J].热力发电.2017.

[2]段玉强.永磁同步电动机在火力发电厂的应用探究[J].神华科技.2017.

作者简介：

祝茹龙（1983.6——）男，哈尔滨职业技术学院，电气工程及其自动化大专学历，主要从事电气专业运行工作。