电机能效新国标下,传统高能耗的三相异步电机迎来危机挑战,加上永磁同步电机中稀土原材料容易产生高温消磁导致设备故障,同步磁阻电机这一新品凭借高效节能、无退磁风险等优势被推至风口、备受青睐。
国内众多实力厂商纷至沓来,各家研发技术各有千秋、旗鼓相当,面对异步电机上百年悠久而成熟的技术与行业应用,同步磁阻电机要想完全将其替代依然压力不小,携手拓宽行业应用,扩大市场规模是降低成本、提高产品市场竞争力的关键途径。
新国标下传统电机迎挑战
我国是电机制造与使用大国之一,在全球碳达峰、碳中和降低能耗的背景下,推广高效电机已成为电机产业发展的方向。若要使我国电机产品走向世界市场,其能效水平必须达到国际市场的技术要求。近年来,国际电机能效标准一直处于持续升级阶段,将IE3作为强制性能效标准已经达成共识。
新国标对电机能效限定值的要求提升幅度较大,限定的功率范围也更广。新标准将IE3定为三级能效的最低标准,与国际标准保持一致,低于IE3能效限定值的三相异步电动机不允许生产、销售和采购,同时新国标还将IE4、IE5列为一、二级节能评价值指标。这给传统三相异步电机(低于IE3能效)的生产制造商带来不小的危机与挑战。
与此同时,稀土作为永磁同步电机的主要原材料,素有工业“黄金”之称,是各国求之不得、不可再生的稀缺矿产资源。近年来随着储量不断下降,稀土逐渐成为国家重要的战略储备资源,可以说拥有了稀土,也就在工业制造上拥有了真正有话语权的国之重器。
永磁同步电机对稀土原材料非常依赖,该品类电机成本较高,价格波动大,且稀土永磁材料受环境温度影响产生退磁效应,导致设备故障。
长期以来,工业领域驱动的电机以异步电机和永磁同步电机为主,不过这两种电机分别存在高能耗和对高性能稀土材料依赖的问题,同步磁阻电机这种无需永磁体、且更高效节能的新型电机产品在近年来被推至风口,备受青睐。
天生荣耀的同步磁阻电机
同步磁阻电机(又称Syn Rm)是一种具有磁阻性质的同步电机,其运行原理与开关磁阻电动机相似,与传统的交、直流电动机有着根本的区别,它不像传统电动机那样依靠定、转子磁场相互作用形成转矩,而是基于磁阻最小路径闭合原理,通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生的磁拉力形成转矩,这种转矩被称为磁阻转矩。
与传统直流电动机相比,Syn Rm 没有电刷和换向器,简单可靠,维护方便;与传统交流异步电动机相比,Syn Rm 转子上没有绕组,则没有转子铜耗,提高了电机的效率、延长使用寿命;与开关磁阻电机相比,Syn Rm 转子表面光滑、磁阻变化较为连续,避免开关磁阻电机运行时转矩脉动和噪声大的问题,同时Syn Rm 定子为正弦波磁场,控制简单,硬件平台成熟,从而降低驱动控制系统的成本费用;与永磁同步电机相比,Syn Rm 转子上没有永磁体,成本更低,无弱磁和失磁的问题,长期使用,效率更稳定,如表1所示。
表1
综上所述,同步磁阻电机凭借着高效节能(转子无损耗、更节能)、稳定可靠(无退磁风险)、成本低(主要材料只有铜和铁)等优势在众多电机品类中脱颖而出,不仅可用于驱动塑料、造纸、纺织、制药机械等轻工机械需求,也可用于石油化工、机床主轴、风机水泵等各种复杂工业环境下重型机械设备的自动化应用,是新一代高性价比的绿色工业驱动产品。
实力厂商提速研发
高科技浪潮的席卷下,自2017-2018年起,国内众多“有识之士”厂商纷纷紧跟航向灯,根据自身优势技术路线,抓紧研发同步磁阻电机及配套驱动系统,在部分细分行业得到试用检测并取得节能减排良好的效果。
杭州瑞拉腾电气科技有限公司是一家专注提供同步磁阻电机+驱动器+控制系统整体解决方案,具有独立知识产权的服务商。据公司总经理胡超介绍,瑞拉腾RM、RMFA、RME系列全封闭、自扇风冷高效三相同步磁阻电动机,满足欧盟IE4能效要求,无磁钢退磁风险。
RD100系列变频器则是一款采用高性能矢量控制算法的通用型变频器,能够实现高性能、高精度的电机调速,集成多种控制方式,可广泛用于感应电动机、永磁同步电机、同步磁阻电机的驱动,如图1所示。