1. Effizienz und Leistungsfaktor

Wenn der Asynchronmotor arbeitet, nimmt die Rotorwicklung einen Teil der elektrischen Energie zur Erregung aus dem Stromnetz auf, wodurch das Stromnetz verbraucht wird. Dieser Teil der elektrischen Energie wird schließlich als Strom in der Rotorwicklung als Wärme verbraucht. Dieser Verlust macht etwa 20 bis 30 % des Gesamtverlusts des Motors aus. Dadurch verringert sich der Wirkungsgrad des Motors. Der Rotorerregerstrom wird in der Statorwicklung in einen induktiven Strom umgewandelt, wodurch der in die Statorwicklung eintretende Strom der Netzspannung um einen Winkel nacheilt, was zu einer Verringerung des Leistungsfaktors des Motors führt.

Darüber hinaus lässt sich aus den Effizienz- und Leistungsfaktorkurven von Permanentmagnet-Synchronmotoren und Asynchronmotoren (Abbildung 1) erkennen, dass bei einer Lastrate (=P2/Pn) eines Asynchronmotors von <50 % dessen Betriebseffizienz und ... zunimmt Der Betriebsleistungsfaktor nimmt deutlich ab. Daher ist in der Regel ein Betrieb innerhalb der Wirtschaftszone erforderlich, d. h. die Auslastung liegt zwischen 75 % und 100 %.

Nachdem der Permanentmagnet-Synchronmotor mit Permanentmagneten auf dem Rotor eingebettet ist, bauen die Permanentmagnete das Rotormagnetfeld auf. Im Normalbetrieb verlaufen die Magnetfelder von Rotor und Stator synchron. Es gibt keinen induzierten Strom im Rotor und keinen Rotorwiderstandsverlust. Dies allein kann die Motoreffizienz um 4 % bis 50 % verbessern.

Da es im Rotor des Permanentmagnetmotors keine induzierte Stromerregung gibt, kann die Statorwicklung eine rein ohmsche Last sein, wodurch der Motorleistungsfaktor unendlich nahe bei 1 liegt. Dies ist aus den Effizienz- und Leistungsfaktorkurven von Permanentmagnet-Synchronmotoren ersichtlich und Asynchronmotoren (Abbildung 1): Wenn die Lastrate des Permanentmagnet-Synchronmotors > 20 % beträgt, ändern sich sein Betriebswirkungsgrad und sein Betriebsleistungsfaktor kaum und der Betriebswirkungsgrad liegt bei > 80 %.

Abbildung 1 Effizienz-, Leistungsfaktor- und Lastfaktorkurven

2. Anstieg der Arbeitstemperatur

Wenn der Asynchronmotor läuft, fließt Strom in der Rotorwicklung, und dieser Strom wird vollständig in Form von Wärmeenergie verbraucht, sodass in der Rotorwicklung eine große Wärmemenge erzeugt wird, die die Temperatur des Motors erhöht und Auswirkungen auf die Lebensdauer des Motors haben.

Aufgrund des hohen Wirkungsgrads des Permanentmagnetmotors gibt es keinen Widerstandsverlust in der Rotorwicklung und es gibt wenig oder fast keinen Blindstrom in der Statorwicklung, was zu einem geringen Temperaturanstieg des Motors führt. Der extrem geringe Temperaturanstieg sichert zudem die Lebensdauer des Permanentmagneten und verlängert die Lebensdauer des Permanentmagneten. Die Lebensdauer des Motors wird auch durch seinen umfassenden Einsatz in Aufzugstraktionsmaschinen belegt.

3. Auswirkungen auf den Stromnetzbetrieb

Aufgrund des niedrigen Leistungsfaktors des Asynchronmotors nimmt der Motor eine große Menge an Blindstrom aus dem Stromnetz auf, was zu einer großen Menge an Blindstrom im Stromnetz, in der Stromübertragungs- und -umwandlungsausrüstung sowie in der Stromerzeugungsausrüstung führt Dies wiederum verringert die Qualität des Stromnetzes und verschärft die Probleme des Stromnetzes und der Übertragungsausrüstung. Eine Last von Transformator- und Stromerzeugungsgeräten, der Blindstrom im Stromnetz, Stromübertragungs- und -umwandlungsgeräte sowie Stromerzeugungsgeräte verbrauchen einen Teil der elektrischen Energie, was dazu führt, dass die Effizienz des Stromnetzes sinkt und die Wirksamkeit beeinträchtigt wird Nutzung elektrischer Energie. Auch aufgrund des geringen Wirkungsgrads von Asynchronmotoren ist es zur Erfüllung der Ausgangsleistungsanforderungen erforderlich, mehr elektrische Energie aus dem Stromnetz aufzunehmen, was den Verlust an elektrischer Energie weiter erhöht und die Belastung des Stromnetzes erhöht.

Es gibt keinen induzierten Strom im Rotor des Permanentmagnetmotors und der Leistungsfaktor des Motors ist hoch, was den Qualitätsfaktor des Stromnetzes verbessert und die Installation eines Kompensators im Stromnetz überflüssig macht. Gleichzeitig wird durch den hohen Wirkungsgrad des Permanentmagnetmotors auch elektrische Energie eingespart.

4. Berechnung der Energieeinsparung

Wenn der Wirkungsgrad eines Motors unter Nennlast von η1 auf η2 steigt, beträgt die durch den einjährigen Betrieb des Motors eingesparte elektrische Energie ws (kWh·h):

PN – Motornennleistung (kW);

LF% – Betriebslastrate des Motors;

Th – Jährliche Laufzeit (h).

Am Beispiel des Nennbetriebszustands des 22 kW-4P-Motors beträgt der Wirkungsgrad des Asynchronmotors der Y-Serie 91.5 %. Nach der Umstellung auf einen hocheffizienten Permanentmagnetmotor spart jedes Gerät bei einer Steigerung des Wirkungsgrads auf 94.7 % elektrische Energie pro Jahr: 4.09×103 kWh.

Hinweis: Bei den oben genannten Berechnungen handelt es sich um unterbewertete Arbeitsbedingungen. Wenn sich die Lastrate ändert und der Geschwindigkeitsbereich groß ist, ist der Energiespareffekt weitaus größer als der Nennpunkt.

5. Zusammenfassung

Im Vergleich zu Asynchronmotoren haben Permanentmagnet-Synchronmotoren offensichtliche Vorteile. Sie verfügen über einen hohen Wirkungsgrad, einen hohen Leistungsfaktor, gute Leistungsindikatoren, geringe Größe, geringes Gewicht, geringen Temperaturanstieg, erhebliche technische Effekte und verbessern den Qualitätsfaktor des Stromnetzes besser, indem sie die Kapazität des vorhandenen Stromnetzes voll ausschöpfen und so Investitionen sparen im Stromnetz und eine große Lösung des Phänomens „großes Pferd und kleiner Wagen“ bei elektrischen Geräten.