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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。
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。
自2021年6月1日起,《电动机能效限定值及能效等级》(GB18613-2020)国家标准正式实施。新标准于去年5月发布,对原国家强制性标准GB18613-2012《中小型三相异步电动机能效限定值与能效等级》和GB25958-2010《小功率电动机能效限定值与能效等级》两项强制性能效标准进行整合。
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。
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。
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。
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。
深圳市百盛传动有限公司总经理邓大鹏介绍,百盛同步磁阻电机系统(BSR)由同步磁阻电机(BSRM)及同步磁阻电机专用驱动器(BSR)组成。BSRM具有效率高,转矩大,耐高温,调速范围宽广且稳态精度高、噪声振动低等特点。
产品采用独特的矢量控制算法,并设计成书本型的结构,功率段为11千瓦-355千瓦,采用不加编码器的开环控制,具有自动谐波抑制、瞬时启停、零速转矩、零漂抑制等功能,满足客户不同设备的动态负载需求。达到IE4、IE5超高能效水平。 百盛同步磁阻电机系统(BSR) 苏州伟创电气科技股份有限公司产品线总监邓雄介绍,伟创AC310系列平台针对同步磁阻电机开环矢量控制技术进行深入研究及优化,基于现有领先的矢量控制软件,采用全新的磁链观测器,实现较低的电机参数敏感性,准确的转子位置观测以及精确的电流解耦。
除了常规的自学习外,伟创最新研发的AC310系列平台具有电感参数饱和学习功能,学习时间短,精度高,通过学习可以获得不同磁场饱和程度下的电机d、q轴电感饱和特性参数,从而对电机进行更加精确的控制。
该款系列产品具有较好的MTPA控制性能,即采用最大转矩电流比控制,在产生相同转矩的情况下,最优地分配d-q轴定子电流,使定子电流最小,进而使定子铜耗最小达到效率最优。此外,弱磁控制优化方面,基速以下对电机进行MTPA控制,在基速以上进行弱磁控制,最大程度地利用电压极限从而实现输出转矩最大化,扩大恒功率范围,如图3所示。
与此同时,格力凯邦经过多年研究、探索、实验,目前开发出无稀土永磁辅助同步磁阻电机体积减小50%,损耗降低60%,功率覆盖范围3-90KW,额定转速1500-3000rpm,搭载高性能变频器系统,达到IE5超高能效水平,节能效果显著。
凯邦永磁辅助同步磁阻电机具备超强抗退磁能力,得益于凯邦独有的均匀抗退磁技术,抗退磁裕量达到3倍以上,超过同等稀土永磁电机水平。同时采用电磁热耦合仿真计算、实验验证,得出最佳电磁方案及散热系统,有效降低电机温升,充分延长电机的使用寿命。
研院校在重大科学前沿创新、关键核心技术突破、显著效益成果转化等方面发挥重大作用,校企合作力求做到与市场接轨、IE4实现高效科研与企业实践有机结合,长期以来已成为科技成果输出的重要方式。
百盛传动在欧洲建设研发实验室,利用高校在电机领域多年强大的积累与实力,联合研发同步磁阻系统,获得多项实用新型专利、发明及外观设计专利。
据了解,百盛传动已于与欧洲著名大学团队合作签署长期合作协议,不仅研发出无稀土永磁超高效 IE4、IE5同步磁阻电机,更开发居世界前沿性的驱动算法及控制程序,并完成电机及无位置传感器控制算法的开发、测试及生产。在风机、水泵、造纸、塑料机械、空压机等各行业的应用。
瑞拉腾注重技术创新,不断加快产学研一体化步伐,与国内多所高校如浙江大学,上海交通大学,东南大学等科研院所保持深度合作,自主研发同步磁阻电机、驱控系统,为行业客户提供整套解决方案。
伟创与国内著名高校、科研机构建立广泛的合作关系,公司基于同步磁阻电机驱动的技术和产品,依托西安交通大学在同步磁阻电机设计技术,在新型调速电机方面进行深度合作,攻破技术难关。
面对异步电机上百年悠久而成熟的技术与行业应用发展历程,邓雄认为国家对低于IE3能效标准的传统电机进行强制淘汰的背景下,同步磁阻电机将迎来更为光明的发展前景。一旦更多的高能耗企业采用同步磁阻系列产品,势必将促进生产厂商聚集产生规模效应,纷纷降低成本,并进一步加速同步磁阻产品替代过程。
针对同步磁阻电机的市场规模,胡超认为同步磁阻电机作为新兴后起之秀虽自带“荣光”,但在各细分行业要想完全替换传统异步电机依然压力不小。尽管传统异步电机为达到IE3新能效国标,其生产与制造成本有一定幅度的上涨,但同步磁阻电机目前仅小部分试用于风机水泵、塑压挤出等高能耗领域,由于缺乏规模化应用、其高效节能成本优势体现地并不尽明显。
不过他还是满怀希望地预测,“同步磁阻电机这艘飞机已经度过离地起飞期,处于缓慢爬升期,尽管目前市场占有率不尽如人意,未来的电机市场一定将朝着同步磁阻电机、三相异步电机、永磁同步电机三分天下的目标迈进”,他建议在同步磁阻电机向各行业应用市场全面推广的初期,各厂商应加大同盟合作,互相交流生产与市场推广经验、为共同做大市场,降低成本,提高产品市场竞争力贡献自己的行业推动力。
变频空调新国标或将月底出台,这是继国家节能补贴政策后,又一推动各大厂家及渠道商进行调整变革的政策。据悉,相比于旧的变频空调能效标准,新标准在能效等级、限定值、评价指标等方面均有相应调整。新标准实施后,变频空调的市场准入门槛由五级提升至,同时,新标准引入APF全年能源消耗效率作为评价指标,对冷暖空调的制热性能表现出更加重视的态势。 苏宁云商空调事业部总经理郭晓伟告诉记者,虽然新国标可能3月底出台,但是从出台到实施需要一段时间的过渡,可能要到8、9月份才正式实施。记者了解到,目前各大品牌均在进行产品升级,加大变频及节能技术的研发,对未达到APF技术要求的产品进行全面升级调整。对此郭晓伟表示“变频新国标对于能效等级的调整
新年伊始,全国家电标准委宣布,将正式修订家电噪声限值新国标。这意味着,一些噪声大、对有害的小家电或将逐渐退出市场。 全国家电标准委也表示,已经开始修订家电噪声限值新国标—《家用和类似用途电器噪声限值》。据了解,本次标准修订共涉及18类生活家电,其中新增了剃须刀、干衣机、洗碗机、室内加热器、空气净化器、真空吸尘器、电动椅、毛发护理器以及口腔卫生器、食品加工器、吸水式清洁器和废弃食物处理器共12类产品。 据介绍,目前该国标的修订已经进入尾声,预计年内实施。而噪音新规的出台,将有望淘汰一些噪声大、对有害的小家电。 小家电已开打“静音牌” 小家电噪音问题越来越严重,也
我国电冰箱新版能效国家标准GB 12021.2-2015《家用电冰箱耗电量限定值及能效等级》将于今年10月1日正式实施。新标准的实施,对于冰箱制造企业、消费市场乃至整个产业链都将产生不可忽视的影响,而这既将推动冰箱产业加速整体转型升级的进程,同时也将不可避免地对行业格局带来变化。 能效标准升级 助推产品结构升级 自10月1日起,新版电冰箱能效标准将正式实施,服役超过7年的2008年版能效标准届时将退出历史舞台。与老版本相比,新能效标准在冰箱耗电量要求和耗电量测试方法等方面都出现了较大变化。 据了解,新能效标准能效等级仍按照“1、2、3、4、5”由高到低划分,1级产品最节能。不过,新标准1级能效要求冰箱耗
备受行业关注、让消费者千呼万唤的《 空气净化器 新国标》(下称:新国标)于3月1日正式实施了。新国标明确了影响空气净化器净化效果的四项核心指标,包括洁净空气量( CADR值)、累计净化量(CCM值)、能效等级和噪音标准。 新国标的出台为消费者把控了产品质量的第一道。
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