20180329_2 变频驱动永磁同步电机在泵及其他设备上应用的需求

在工农业生产及生活的各个方面，泵的应用随处可见，在许多设备上也有泵的使用，泵在能耗方面是仅次于动力电机的设备能耗，是耗能大户。在当前节能减排的严峻形势下，降低泵的能耗，对节能减排有着重大的意义。

泵主要有离心泵、旋涡泵、混流泵、轴流泵等。各种泵的叶轮在泵体里的电机轴上，电机旋转作功使液体提升，电机是泵的最重要部件。泵的电机常用有单相异步电机和三相异步电机，是一种感应电机。

永磁同步电机应用于设备动力是近十年来的事，目前常见到有加装有位置编码器的数控铣床、车床上用的伺服电机，以及注塑机上用的永磁同步电机。

机床上用的是需要精准位置定位的伺服电机，考虑主要在于功能性方面，而注塑机上用的永磁同步电机则主要是为了节能提高效率而装的。永磁同步电机在其他设备方面的应用还是比较少见。

永磁同步电机需要配套变频控制器，它和普通矢量变频器不一样，是直流变频技术，采用诸如模控制理论、自适应技术、闭环控制技术等无霍尔直流无刷电机控制的最新技术，可以以恒功率、恒转速、恒扭矩等工作方式工作，具有响应速度快，控制精确的特点，它在整个功率负载段输出功率曲线都平坦，电机效率方面的全段也都是高效率，这些都是其他电机所望尘莫及的。

永磁同步电机具有高效率，和一般常用功率的异步电机相比，效率要高很多，比单相异步电机效率高15-20%（永磁同步电机带变频控制器损耗），比三相异步电机的效率要高7-10%，如果三相异步电机也配用变频控制的话，相比效率就要高11-15%。见电机负载特性表。泵的效率除泵体结构的特性外，主要是电机的效率，用了高效的电机作泵动力，泵的机组效率就高了。泵体一般效率是在50-70%，如果选用效率比异步电机高10%的永磁同步电机，那泵的机组效率就能提高5-7%。

永磁同步电机还有一个特点就是速度越高优势越明显，它的转速可以根据要求来设计，速度高时，电机体积小，耗材少，单位功率的成本低。普通异步电机的转速由磁极数决定，常用2极或4极，异步电机的转速在50Hz时2极的最高工作转速不会超过2900转/分，泵的叶轮的设计只能根据这个转速来设计。

如果再提高转速，则要采用矢量变频器对交流异步电机变频提速，但是变频的异步电机的体积重量还是小不了，效率也不能提高多少，是没法与同步电机的优良性能相比的。

根据流体力学的原理，离心泵、旋涡泵、混流泵、轴流泵等叶子泵，提高转速可以提高扬程和流量，流量是转速提高倍数的1次方，而扬程则是转速提高倍数的2次方，可以看出，提高转速对提高泵的扬程和流量效果显著，对改善泵的性能大有好处，而高速的永磁同步电机比低速的常规转速的永磁同步电机，在体积上成本上更具优势，在性能上也同样有优势。

提高转速起到了这两方面的利好，这个转速该高到如何呢，根据材料工艺来定，一般选4000至7000转/分为合适，如果把密封、轴承、轴、叶轮等关键材料以及加工工艺解决好，特别是叶轮、转子、轴等制作好，同心度高，高速运行时能平稳不震动，这样就可以把转速选定得更高，如10000转/分，这泵的性能就发生了质的变化，就是一个高科技的全新泵产品。

而这些经过设备更新，加工工艺改正，通过常规努力就能实现。 永磁同步电机配有直流变频技术的控制器，有过热，过流、过载等各种自动保护功能。同步电机的恒转速功能使泵在电网电压变化时能使流量和扬程保持不变，能宽电压使用而保持工作的良好稳定性。控制器的数字处理电路的核心是一个单片机，可以根据泵的工作需要设定各种程序指令，可以恒流、恒压供水、水位控制、定时开机关机，可以和电脑主机通讯、联机，实现办公室桌面远程控制以及网络远程控制，实现泵的智能化，自动化。

用高速永磁同步电机配套离心泵、旋涡泵、混流泵、轴流泵等泵后，泵的流量扬程和效率都会发生很大的变化，扬程和流量会大幅提高，机电一体化少，体积小重量轻。永磁同步电机逐步应用于各类泵，这会对泵行业带来一场产业技术革命，推动泵行业的节能减排上一个台阶， 提高10%的节能效果对整个泵行业乃至全国的节能减排工作都有着非常重大的意义。

去年开始，泵行业第一家上市场公司利欧泵业把普通三相异步电机换成永磁同步电机做过详细试验，把一台10方4个叶轮1.5KW的立式多级泵，换上我们的5000转的同步电机，转速提高了5000/2850=1.7544倍，扬程是转速提高倍数的平方，1.7544*1.7544=3.08倍，流量是一次方倍，因此流量提高1.7倍，泵机组效率提高到62.8%，比原来电机效率提高近10个点，泵机组效率提高7个百分点，取得十分显著的节能效果。