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公司簡介

    深圳市四方電氣技術有限公司是深圳市民營高科技企業，是經國家認定的高新技術企業、深圳市科技和信息局認定的軟件企業。公司成立于2004年，專業從事工業自動化產品的開發、生產、銷售與服務。主要產品有伺服驅動器、變頻器、永磁同步電機、PLC、HMI等。

    四方電氣以成為“卓越的自動化產品和解決方案提供商”為企業愿景，為保證專業技術的領先性和創新性，通過持續投入和優化研發布局不斷提高產品的核心競爭力。公司以擁有獨立自主知識產權的專業技術為依托，緊密貼近客戶，持續為客戶提供滿意產品和解決方案，以及主動的增值性服務，力促產業發展升級。目前，公司的產品已經廣泛應用于機床、塑膠、起重、建筑、紡織、電線電纜、空壓機、供水、暖通空調、食品、印刷包裝等多個領域。立足于工業自動化領域，全力創建受人尊敬和最具創新力的行業知名品牌是四方電氣不斷奮進的方向。

    同步電動機相對異步電動機而言，優點是高功率因素、高效率、轉子參數可測、定轉子間氣隙大、控制性能好、體積小、重量輕、結構簡單、高轉矩/慣量比等，在石油、化工、輕紡、礦山、車輛、數控機床、機器人、及航空航天等領域得到了日益廣泛的應用，正面向大功率化（高轉速、高轉矩）、高功能化和微型化方面發展。

    永磁同步電動機由定子和轉子組成，定子與異步電動機相同，由三相繞組和定子鐵心組成。轉子上安裝有預先磁化（充磁）過的永磁體，不需要外加能量就能在其周圍空間建立磁場，這既可簡化電機結構，又可節約能量。本文從永磁同步電動機的特點出發，結合實際運用來闡述推廣永磁同步電動機的綜合效益。

1永磁同步電動機的突出優點

    （1）由于轉子采用永磁體制成，因此磁通密度高，不需要勵磁電流，消除了勵磁損耗。與異步電機相比，減少了定子邊繞組的勵磁電流和轉子邊的銅、鐵損耗，大幅度減少了無功電流，由于定、轉子磁勢同步，轉子鐵心無基波鐵耗，因此效率（關系有功電能）和功率因素（關系無功電能）都比異步電動機高。永磁同步電動機一般設計得即使在輕載運行時功率因素和效率也較高，圖1為某臺永磁同步電動機與同規格異步電動機效率和功率功率因素的比較曲線。從電機的負載變化看，稀土永磁同步電動機可以在25%～120%額定功率的范圍內保持高功率因數和高效率狀態下運行，而一般三相異步電動機通常只能在60%~100%額定功率保持一種較高性能工作。

圖1兩種電機效率和功率因素比較

    （2）永磁同步電動機轉速與頻率維持嚴格不變的的固定關系，與異步電動機負載運行時有較大的轉差率不同，永磁同步電動機具有較硬的機械特性，對于因負載變化引起的電機轉矩擾動具有較強的承受能力。永磁同步電動機轉子鐵心可做成鏤空結構以減少轉子慣量，而且永磁同步電動機的啟、制動時間都比異步電動機快很多，高轉矩/慣量比使得永磁同步電動機比異步電動機更適合在快速響應的條件下運行。

    （3）永磁同步電動機的尺寸較異步電動機大大減小，重量也大為減輕。同樣散熱條件和絕緣材料的永磁同步電動機比三相異步電動機功率密度大2倍以上。在寸土如金的大城市，設備的占地面積對成本影響也逐漸被用戶所意識。

    （4）轉子結構大大簡化，便于維護，提高了運行的穩定性。交流永磁伺服電機，其轉子上的磁鋼與鐵心通常采用高溫膠粘接在一起，膠水固化時間一般比較長，增加了生產周期和成本，并且電機在運轉過程中，磁鋼在溫度變化、沖擊力等的反復作用下，有變形乃至脫落的風險。為解決定這一技術難題，本公司研制的CM500系列重載型永磁同步電動機，將磁瓦膠粘工藝改為由不銹鋼套機械緊固的方式，如圖2所示，完全消除了磁鋼松脫的風險。本項創新應用技術已申請為專利，是電機轉子技術的一大進步。

    三相異步電動機由于要設計較高的功率因素，就必須把定轉子間的氣隙做的很小，同時氣隙的均勻性對電機的安全運行和振動噪聲也至關重要，對此異步電動機對零部件的形位公差和裝配同心度的要求就相對嚴格，對軸承游隙選擇的自由度也比較少，較大機座的異步電機通常使用油浴潤滑方式的軸承，必需在規定的工作時間內加注潤滑油，油腔漏油或加注不及時都會加速軸承失效，在三相異步電動機維修中，軸承的維護占了很大的比例。另外由于三相異步電動機轉子有感應電流的存在，軸承的電腐蝕問題也在近幾年被很多研究者所關注，永磁同步電動機則不存在此類問題。永磁同步電動機由于氣隙較大，以上異步電動機氣隙小而引起的相關問題在同步電動機上表現的并不明顯，同時永磁同步電動機的軸承采用帶防塵蓋的脂潤滑軸承，軸承在出廠時已封入了適量的優質潤滑脂，可終生免維護。

2永磁同步電動機的典型應用

2.1電液伺服注塑機應用方案

    傳統注塑機使用三相異步電動機帶定量泵，注塑機工作過程中，電機需要長期連續運行。通過伺服油泵驅動系統的節能改造，永磁同步電動機的快速響應和大啟動轉矩，可以在注塑機需要完成注塑成型時，才啟動永磁同步電動機帶動油泵產生壓力，在下料和合模的過程中，油泵主電機則處于停機狀態，實現了間歇零功耗，通過對比節能率最高可達85%。

    在優異的伺服電機算法控制下，噪音大大低于普通注塑機。在配置低噪聲螺桿泵的理想狀態下，注塑機整機噪音低于70分貝。實現靜音運行，改善工作環境。

2.2鐵礦干選機上的節能應用

    使用現場為西北某采礦場，多粉塵環境。該設備共使用125臺電動機，揚卷設備啟動時需要有較大的啟動力矩，而正常作業時電動機長期運行在30%～50%額定功率的輕載狀態，原先使用的三相異步電動機其效率僅為65%左右，功率因數為0.4～0.6左右，造成嚴重的能源浪費，選用永磁同步電動機，節能效果非常明顯。節電測試統計數據見表1。圖4是替換前后的現場照片。

表1125臺永磁同步電動機與高效三相異步電動機節電參數對比

3用戶較關心的幾個問題

3.1電機壽命

    CM500系列電機，采用堅固耐用的旋轉變壓器或絕對式磁性編碼器作為角度測量器件，能滿足電機高精度控制要求，同時擁有比光學編碼器更高的可靠性。在控制精度稍低，無過載要求的條件下使用，可以采用無傳感器矢量控制方式，節約角度測量裝置的成本。整個電機的壽命取決于軸承的使用壽命，電機外殼采用IP54的防護等級，特殊環境下可以提高至IP65，能滿足大部分粉塵和潮濕環境的使用要求。在保證電機軸伸安裝同軸度較好，轉軸徑向載荷適量的情況下，電機軸承最少使用壽命在2萬小時以上。其次是散熱風機的壽命，風機采用的是單相220V罩極馬達，使用壽命比電容運轉電機長。在粉塵潮濕環境下長期運行時，需定期清除風機上附著的粘性物質，以防止風機因負荷過重而燒毀。

3.2永磁材料的失效與防護

    永磁電機的發展是與永磁材料的發展密切相關的，進入21世紀以來，隨著永磁材料性能的不斷提高和完善，高剩磁密度、高矯頑力、高磁能積和線性退磁曲線的優異的磁性材料特別適合于制造電機，特別是釹鐵硼永磁的熱穩定性和耐腐蝕性的改善和價格的逐步降低，使得永磁電機的研究和使用取得了飛速的發展。

    永磁材料對永磁電機的重要性不言而喻，其成本占整臺電機材料成本近1/4以上。對此我司還專門對永磁材料制定了企業標準，其中重點包含耐腐蝕、一致性、高溫退磁試驗、線性退磁曲線試驗等內容。現在的永磁材料已能在電機繞組極限允許溫升下長時間運行，退磁率在2%以內。常規的永磁材料要求表面鍍層承受大于24小時的鹽霧試驗，對氧化腐蝕較嚴重的環境，用戶需聯系廠家選用防護技術更高的永磁材料。

3.3線圈燒壞

    傳統的異步電機線圈燒壞故障率高達8%以上，主要與電機的熱保護和電工材料的品質有關。傳統的異步電機幾乎沒有熱保護元件，追求產量的廠家在電機絕緣處理環節也是大打折扣，維修后的電機，絕緣處理更加薄弱。本公司CM500系列永磁同步電動機線圈內埋有熱敏元件，當線圈溫升達到F級絕緣極限溫升105K時，驅動器通過熱敏元件采集的溫度信號對電機實行過熱保護，確保電機安全運行，同時電機定子采用兩次真空浸漆工藝，大大提高了定子合格率。

4結語

    從經濟效益分析：永磁同步電動機特別適合重啟動輕運行的使用場合，推廣使用永磁同步電動機具有積極的經濟效益和社會效益，對節能減排意義重大。在可靠性和穩定性方面，永磁同步電動機也具有可貴的優勢。所以選用高效永磁同步電動機是一項一次性投資長期受益的過程。