Двигатели с ферритовыми магнитами

Реактивные синхронные двигатели нового поколения могут улучшить конструкцию и повысить производительность системы.

Электродвигатели потребляют более трети всей мировой энергии, а количество работающих двигателей, по прогнозам, удвоится к 2040 году. В Соединенных Штатах на насосы приходится 40% всего потребления электроэнергии в промышленности. Стандарты на двигатели существуют уже несколько десятков лет; тем не менее, постоянно возникает необходимость в повышении эффективности по мере выпуска новых стандартов Международной электротехнической комиссии в отношении полной эффективности насоса и двигателя. Производители оборудования обращаются к новым технологиям, чтобы добиться наибольшей эффективности систем.

 

Чтобы повысить уровень эффективности, производители и конечные пользователи переходят со стандартных индукционных двигателей, соответствующих классу IE3 (эффективность класса премиум), на реактивные синхронные двигатели или электронно-коммутируемые двигатели, соответствующие классу IE4 (эффективность класса супер-премиум). Хотя многие регулирующие органы требуют, чтобы к 2023 году производители ориентировались на стандарты класса IE4, еще более жесткие требования не заставят себя долго ждать.

 

Таблица 1. Каждый класс эффективности означает на 10% меньше потерь в двигателе (изображение предоставлено компанией ABB)

 

 

Рисунок 1. Реактивный синхронный двигатель с ферритовыми магнитами

 

В новых стандартах МЭК будет представлен класс IE5, который в Северной Америке называют эффективностью класса ультра-премиум. Потери двигателя сокращаются на 10% с каждым классом эффективности согласно МЭК, в результате чего двигатели классов IE4 и IE5 обеспечивают от 5% до 15% экономии энергии по сравнению с двигателями классов IE2 и IE3. Дата, к которой производители должны будут добиться эффективности класса ультра-премиум, пока не установлена; однако уже разработаны и доступны на рынке реактивные синхронные электродвигатели нового поколения, отвечающие и превосходящие требования будущих стандартов по классу IE5.

 

Реактивный синхронный двигатель с ферритовыми магнитами основан на технологии индукционного двигателя и тех же принципах вращения. В нем используется стандартный статор и проводка; разница заключается в добавлении к ротору ферритовых магнитов. Ферриты - это керамические магниты, изготовленные путем соединения оксида железа с другими материалами. Они усиливают крутящий момент и напряженность поля ротора, не требуя электрического тока. В данном случае статор испытывает меньше потерь в целом, а значит, эффективность повышается. Статор обеспечивает крутящий момент по требованию, позволяя оптимизировать ток и повысить КПД при частичных нагрузках.

 

В отличие от индукционных двигателей, синхронные двигатели с ферритовыми магнитами подходят для работы как с постоянным, так и переменным крутящим моментом, и обладают отличными характеристиками во всем диапазоне нагрузок, включая более низкую частоту вращения и нагрузки, при которых работают насосные системы. Реактивные синхронные двигатели с ферритовыми магнитами не испытывают потерь, характерных для массивных роторов асинхронных двигателей, и обеспечивают более широкий максимальный рабочий диапазон по сравнению с реактивными синхронными и электронно-коммутируемыми двигателями. Конструкция двигателя такова, что для достижения определенной мощности требуется меньшая сила тока, чем в индукционных двигателях, что связано с высоким коэффициентом мощности (92-98%). Это позволяет использовать преобразователь мощности меньшего размера, а двигатель будет нагреваться на 20% меньше.

 

Помимо КПД двигателя, повышается эффективность всей системы (насоса и двигателя), позволяя выбирать конструкцию насоса с наибольшим КПД и подбирать двигатель в соответствии с кривой, что делает двигатель "константой" в уравнении эффективности.

 

Благодаря коэффициенту мощности синхронного двигателя с ферритовыми магнитами, почти равному единице, можно использовать небольшой привод с переменной частотой вращения, что сокращает размеры и вес всей системы. Если пространство для трубопровода насоса ограничено, такая конфигурация экономит место для панели управления и снижает затраты на проводку, поскольку привод устанавливается сверху или на противоположной стороне двигателя. Многие синхронные двигатели с ферритовыми магнитами спроектированы в соответствии со стандартными установочными размерами, указанными Национальной ассоциацией производителей электрооборудования, что сводит к минимуму затраты на установку и модернизацию оборудования.

 

И, наконец, синхронные двигатели с ферритовыми магнитами представляют собой экологически безопасную и экономически выгодную альтернативу двигателям с магнитами из редкоземельных металлов, которые сложно достать, при этом они более дорогие, подвержены колебаниям рынка и выделяют токсичные побочные продукты. Ферритовые магниты производят из широкодоступных материалов (по керамической технологии), отходов при этом меньше, а приобрести их можно по более низкой цене.

 

Специалистам по насосам, которые собираются установить новые линии или модернизировать существующие, стоит рассмотреть синхронные двигатели с ферритовыми магнитами, чтобы соответствовать ожидаемым в скором времени требованиям по эффективности, максимально эффективно организовывать пространство, добиваться поставленных целей по защите окружающей среды и быстро получить конкурентное преимущество.

 

Марк Гмитро - менеджер по продвижению двигателей переменного тока с регулируемой частотой вращения на международном рынке в компании ABB. Дополнительная информация представлена на сайте www.abb.com.