Защо синхронният мотор с постоянни магнити намалява загубите на реактивна мощност в електрическите разпределителни мрежи на фабриките

Една фабрика може да има достатъчна трансформаторна мощност и въпреки това да преживява претоварени фидери, повишено загряване на кабелите или лоши показания на коефициента на мощност. Причината често не е липса на полезни kW, а токът, необходим за създаване на магнитни полета. Един Синхронен двигател с постоянните магнити може да намали един важен източник на този ток, тъй като неговото роторно поле идва от постоянни магнити, а не от възбуждане на ротора, което се осигурява от променливотоковата мрежа. Това различие може да намали реактивната мощност, необходима за намагнитване на двигателя, и при подходящ цикъл на работа – да намали загубите, свързани с тока, в посоката към източника.

Важното уточнение е „при правилния цикъл на работа“. Замяната на двигател не е универсален проект за корекция на коефициента на мощност. Честотно регулируемите преобразователи, хармониците, слабо натовареното оборудване, дължината на кабелите, натоварването на трансформаторите и съществуващата кондензаторна батерия могат да повлияят на показанията на заводския брояч. Следователно полезният въпрос не е просто дали постояннотоковият двигател с постоянни магнити (PMSM) е ефективен, а дали намалява kVAr и тока, които действително циркулират по конкретен фидер.

Реактивната мощност е проблем, свързан с разпределителния ток, а не само с цифрата в сметката за електроенергия

В система с променливотоков двигател реалната мощност (kW) осигурява механична работа на вала, докато реактивната мощност (kVAr) поддържа магнитните полета. Заедно те определят пълната мощност (kVA). При дадена механична натовареност по-ниският коефициент на мощност означава, че по прекъсвачите, кабелите, трансформаторите и защитните устройства трябва да протече по-голям ток. Тъй като загубите от затопляне на проводниците нарастват с квадрата на тока, дори умерено намаляване на тока може да намали загубите и топлинното напрежение по силно натоварен път.

Индукционните мотори изискват намагнитващ ток за създаване на въздушния зазор на магнитния поток. Този ток е предимно реактивен и е особено забележим, когато машината работи значително под номиналната си товарна мощност. Синхронният мотор с постоянните магнити има постоянни магнити на ротора, така че магнитното поле на ротора не се създава по същия начин от намагнитващия ток, доставян от статора. Статорът все още пренася контролиран ток, а неговият реактивен компонент зависи от преобразувателя, начина на управление, скоростта, въртящия момент и конструкцията на машината. Въпреки това моторът може да се експлоатира по-близо до единичен основен коефициент на мощност в сравнение с аналогичен индукционен мотор в много приложения.

Където синхронният мотор с постоянните магнити променя електрическата картина

Основният механизъм е полева екcitation. В обичайна индукционна машина статорът доставя както ток за създаване на въртящ момент, така и намагнитващ ток. В постояннотоков двигател с постоянни магнити (PMSM) роторните магнити осигуряват роторния магнитен поток. Векторно контролирано задвижване може след това да регулира компонентите на тока по d-ос и q-ос, за да се получи необходимият въртящ момент, като се избягва ненужен реактивен ток в рамките на работните граници на двигателя и инвертора.

Това може да осигури три свързани предимства в разпределителната мрежа на фабриката:

• По-нисък ток в разпределителната мрежа за една и съща механична задача: когато заявката за активна мощност (kW) остава непроменена, но реактивната компонента намалява, то и пълната мощност (kVA) и токът могат да намалеят.
• По-ниски загуби I²R: по-малък средноквадратичен ток през кабелите, шинопроводите, намотките на трансформаторите и контактните съпротивления води до по-ниски загуби, зависими от тока.
• По-голяма използваема капацитет на разпределителната мрежа: намаляването на заявката за пълна мощност (kVA) може да освободи резерв за други натоварвания, без да се увеличава размерът на трансформатора или разпределителната мрежа.

Никой от тези ефекти не трябва да се предполага само въз основа на табелката. Високият клас ефективност и благоприятният коефициент на мощност на двигателя са полезни индикатори, но не заместват измерванията при действителния профил на натоварване.

Защо фабриките с частично натоварване често виждат най-голямата възможност

Много помпи, вентилатори, компресори, конвейери и процесни помощни устройства не работят постоянно при номинално натоварване. Производствената линия може да стои в режим на готовност между партиди; един въздухозареждащ агрегат може да следва температурен цикъл; една помпа може да бъде регулирана чрез дроселиране или забавяне. Точно тук сравнението само на ефективността при пълно натоварване може да скрие ефекта от разпределението.

Полезно е да се обърне внимание върху това дали цикълът на работа действително достига точката, при която се посочва максималната ефективност. За оборудване, което работи продължително време при частична натовареност, трябва да се анализира картата на ефективността, входният ток и основният коефициент на мощност в целия работен диапазон — а не само в номиналната точка. Ако натоварването е постоянно и близо до пълното, предимството от намаляване на реактивната мощност може да е по-малко; ако натоварването варира значително, комбинираното поведение на управлението и двигателя може да има по-голямо значение.

Не бъркайте подобрението на двигателя с корекция чрез кондензаторни батерии

Кондензаторните батерии компенсират индуктивните kVAr на разпределителна шина или фидер. Постоянномагнитният синхронен двигател намалява или променя реактивната мощност непосредствено при самото натоварване. Тези подходи могат да се допълват взаимно, но не са взаимозаменяеми.

Изкушението да се разглежда Двигателят с постоянните магнити като заместител на кондензаторна батерия е голямо. На практика в един завод има и трансформатори, други двигатели, заваръчно оборудване и преобразователи, всеки от които има собствено поведение относно качеството на електрическата енергия. Всички промени в кондензаторните батерии трябва да следват координирано проучване на качеството на електрическата енергия, особено когато често се използват преобразователи с променлива честота.

Практичен план за верификация на фабричен фидер

Започнете с базови данни, а не със сравнение на каталози. Измерете захранващия кабел, който доставя енергия на целевото оборудване при репрезентативни производствени състояния: режим на готовност, типична натовареност, максимална натовареност и всички често използвани скоростни точки. Запишете kW, kVAr, kVA, RMS ток, напрежение, основен коефициент на мощност, общ коефициент на мощност и THD на тока. Ако завода прилага такси за максимална мощност или договорни ограничения за коефициент на мощност, запишете също данните за фактурирането.

• Нанесете профила на натоварването. Определете колко часа се извършват при всяка скорост и всеки диапазон на въртящ момент; едно-единствено измерване обикновено не е достатъчно.
• Потвърдете границите на системата. Решете дали сравнението се извършва на клемите на двигателя, входа на честотния преобразувател (VFD), локалното табло или главното разпределително табло.
• Сравнявайте еквивалентни изходни параметри. Проверете скоростта на вала, производителността на процеса, налягането, дебита или масата на пренасяното вещество, за да се уверите, че по-ниският ток не е резултат само от по-ниска производствена мощност.
• Проверете качеството на електрозахранването от страна на преобразувателя. Прегледайте входните реактори, филтрите, поведението на постояннотоковата шина и ограниченията за хармоници заедно с основната реактивна мощност в kVAr.
• Преоценете стъпките на кондензаторната компенсация. След като новите оперативни данни станат стабилни, определете дали съществуващите стъпки за компенсация все още са подходящи.

Подробности от спецификацията, които решават дали ползата е реална

Помолете доставчиците за данни за ефективност и ток в целия предвиден диапазон на скорост-въртящ момент, а не само в номиналната точка. Потвърдете съвместимостта с инвертора, допустимата честота на превключване, метода на охлаждане, изолационната система, ограниченията за дължината на кабела и настройките за защита. Класификацията на ефективността според IEC предоставя полезен контекст за сравнение, но твърденията за съответствие трябва да бъдат проверени спрямо точния двигател и приложимия стандарт.

Чеклиста за пускане в експлоатация на постояннотоков синхронен двигател

Използвайте тази компактна чеклиста, за да запазите сравнението свързано с данни от производството, а не с предположения въз основа на табелката:

• Синхронен двигател с постоянните магнити (PM): регистрирайте активната мощност в kW, реактивната мощност в kVAr, пълната мощност в kVA, тока и производствената скорост на входа на VFD.
• Двигател с постоянните магнити (PMSM): сравнете съответстващи точки по скорост/въртящ момент, основния и общия коефициент на мощност (PF), общото хармонично изкривяване на тока (THD), температурата на кабела и границата на захранващата линия.
• Синхронен двигател с постоянн магнит: проверете настройките на задвижването, филтрите, отговора на кондензаторната батерия, сравнимите интервали на търсене и показанията за приемане.

Кредит за постояннотоков двигател с постоянни магнити се дава само когато неговите електрически и производствени граници са сравними.

Когато случаят е най-силен — и когато не е

Двигател с постоянни магнити е най-целесъобразно да се проучва там, където има голяма група асинхронни двигатели, които работят дълги часове, където товарите често функционират под номиналната точка, където токът във фидера или натоварването на трансформатора са ограничени, и където вече е необходим контрол на скоростта. Често подходящи кандидати са вентилатори, помпи, компресори и непрекъснато действащи оборудвания за транспортиране на материали, при условие че процесът и архитектурата на преобразователя отговарят.

Случаят е по-слаб, когато съществуващият двигател вече работи близо до оптимална точка, времето на работа е ниско, пътят на загубите в разпределителната мрежа е кратък или проблемите с качеството на електрическата енергия от честотния преобразувател (VFD) не са били проектирани. Тази технология не е кратък път за компенсиране на недостатъчно дебели кабели, лошо напрежение или неконтролирани хармоници.

Предимството на персонализираните решения на ENNENG

Няма две индустриални обекти с еднакви пространствени или механични ограничения. eNNENG се отличава, защото не предлагаме само стандартни продукти от каталога; ние се специализираме в доставката на персонализирани постояннотокови двигатели с постоянни магнити персонализирани постояннотокови двигатели с постоянни магнити персонализирани постояннотокови двигатели с постоянни магнити, адаптирани към вашето конкретно приложение.

Подкрепени от нашата елитна научноизследователска и развойна група, която включва инженери от Националния инженерен център по редки земни постоянни магнити, и подкрепени от десетки патента, ние персонализираме решения за високо напрежение (6 kV/10 kV) и ниско напрежение (380 V/660 V/1140 V), за да съответстват на вашата съществуваща инфраструктура. От съоръжения за пречистване на вода и нефтени кладенци до взривозащитни минни среди – ние осигуряваме оптимална производителност там, където универсалните двигатели не успяват.

Ако оценявате търговски постоянни магнитни двигатели за продан и имате нужда от инженерно проектирано задвижване, което гарантира ефективност и дълготрайност, ENNENG е вашият доверен партньор. Свържете се с ENNENG днес .Поговорете с нашия технически инженерен екип, за да получите персонализирано предложение за задвижване.

• Уотсап: +86 18562780228
• Имейл:  [email protected]
• Телефон:  +86 532 66000559