Synchrone motoren met permanente magneten versus asynchrone motoren: vergelijking van de keuze voor industriële toepassingen en analyse van energiebesparing

Met de invoering van de nieuwe energie-efficiëntienorm GB18613-2020 en de voortgang van het ‘dubbele koolstof’-beleid neemt het gebruik van permanente-magneet-synchrone motoren (PMSM) in de industriële sector snel toe. Permanente-magneetmotoren zijn echter geen universele oplossing: onder bepaalde bedrijfsomstandigheden blijven traditionele asynchrone motoren de voordeligere keuze. In dit artikel worden beide typen motoren vanuit een praktisch, technisch perspectief systematisch met elkaar vergeleken, om ingenieurs en inkoopverantwoordelijken te helpen bij het nemen van een weloverwogen beslissing.

Xi'anTaifu Simo motorenDe groep produceert zowel een serie hoogspannings-asynchrone motoren (YKK, YRKK) als een serie permanente-magneet-synchrone motoren (TYC) en kan een vergelijking van de technische specificaties van beide productsoorten verstrekken.Bekijk het volledige assortiment hogedrukmotoren van Xima。

Technisch principe: het wezenlijke verschil tussen twee soorten motoren

Asynchrone motor (inductiemotor)

Een driefasige asynchrone wisselstroommotor werkt doordat het roterende magnetische veld van de stator een stroom in de geleiders van de rotor induceert; de interactie tussen deze geïnduceerde stroom en het roterende magnetische veld wekt een koppel op. Het toerental van de rotor ligt altijd lager dan het synchrone toerental (er is sprake van een slip, doorgaans 2%—5%), vandaar de benaming asynchrone motor. Deze motoren hebben geen externe magnetisering nodig, hebben een eenvoudige constructie en zijn momenteel het meest gebruikte motortype in de industrie.

Synchrone motor met permanente magneten

De rotor maakt gebruik van permanente magneten (voornamelijk neodymium-ijzer-boor) om een magnetisch veld te genereren; er is geen inductiestroom nodig, waardoor er geen koperen verliezen in de rotor optreden. De rotor draait synchroon met het draaiende magnetische veld van de stator, waardoor de slip nul is. Meestal is een frequentieregelaar nodig voor het starten en het regelen van het toerental.

Vergelijking van de belangrijkste prestaties

Vergelijking van de efficiëntie (belangrijkste indicatoren)

Bij gelijk vermogen en dezelfde belasting hebben synchrone motoren met permanente magneten doorgaans een 3%—8% hoger rendement dan asynchrone motoren van klasse IE3:

• De koperverliezen van de rotor zijn geëlimineerd (die 20%—30% van de totale verliezen van de asynchrone motor uitmaken)
• De vermogensfactor ligt dicht bij 1, waardoor reactieve vermogenscompensatie niet nodig is
• Het rendementsvoordeel is nog duidelijker bij gedeeltelijke belasting (het rendement van asynchrone motoren daalt sterk bij lichte belasting, terwijl dat van permanente-magneetmotoren geleidelijk afneemt)

Schatting van de energiebesparing (op basis van een motor van 500 kW die 5000 uur per jaar draait):

Bij een efficiëntieverschil van 31 TP tegen 3 T: jaarlijkse energiebesparing = 500 kW × 5000 uur × (1/0,95 - 1/0,98) ≈ 80.000 kWh

Op basis van het industriële stroomtarief van 0,7 yuan/kWh: een jaarlijkse besparing van ongeveer 56.000 yuan

Vergelijking van de vermogensfactor

• Asynchrone motor: de vermogensfactor ligt doorgaans tussen 0,80 en 0,90 (bij volledige belasting), maar daalt bij lichte belasting aanzienlijk tot onder 0,6
• Synchrone motor met permanente magneten: de vermogensfactor ligt dicht bij 1,0 (instelbaar) en blijft over het gehele belastingsbereik hoog

Een lage vermogensfactor betekent dat er in het stroomdistributiesysteem apparatuur voor reactieve vermogenscompensatie moet worden geïnstalleerd, wat de initiële investerings- en exploitatiekosten verhoogt. De van nature hoge vermogensfactor van permanente-magneetmotoren maakt het mogelijk om kosten voor reactieve vermogenscompensatieapparatuur te besparen.

Vergelijking van de snelheidsregeling

• Frequentieregeling van asynchrone motoren:Binnen het toerentalbereik van 20%—100% is er een vrij duidelijke daling van het rendement waarneembaar; bij lage snelheden en een hoog koppel is stroomcompensatie nodig; het regelalgoritme is relatief eenvoudig
• Frequentieregeling van synchrone motoren met permanente magneten:Behoudt een hoog rendement over een breed toerentalbereik; uitstekende constante koppelkarakteristiek bij lage toerentallen; vereist vectorregeling of directe koppelregeling, waardoor hogere eisen aan het besturingssysteem worden gesteld

In toepassingen waar een breed regelbereik en een hoog rendement vereist zijn (zoals mijnliften, fijnwalsmachines en de snelheidsregeling van ventilatoren en pompen), bieden permanente-magneet-synchroonmotoren duidelijke voordelen.

Vergelijking van onderhoudskosten

Voordelen van het onderhoud van asynchrone motoren:

• Eenvoudige constructie, rotor zonder permanente magneten, eenvoudig ter plaatse te repareren
• Reserveonderdelen (lagers, ventilatoren) zijn in hoge mate gestandaardiseerd en goedkoop
• De technologie is uitgerijpt en de onderhoudscapaciteit is in alle regio’s sterk
• Kan rechtstreeks op het elektriciteitsnet worden gestart (waardoor de kosten voor de frequentieomvormer worden verlaagd)

Aandachtspunten bij het onderhoud van synchrone motoren met permanente magneten:

• Hoge temperaturen bij de permanente magneten van de rotor kunnen leiden tot onomkeerbare demagnetisatie (de Curie-temperatuur van Nd-Fe-B-magneten ligt rond de 310 °C, maar in de praktijk is het gebruik beperkt tot temperaturen onder de 80–120 °C).
• Voor het demonteren van de rotor is speciaal gereedschap nodig; sterke magnetische velden oefenen een gevaarlijke aantrekkingskracht uit op metalen gereedschap.
• Er is een bijbehorende frequentieregelaar nodig, waardoor er een extra onderhoudspunt ontstaat
• De reparatietechniek is vrij gespecialiseerd; niet alle reparatiebedrijven beschikken over de nodige expertise.

Voor meer informatieReparatieservice voor Xima-motoren met permanente magneten, wij bieden professionele diensten aan op het gebied van demagnetisatie- en magnetisatietests voor permanente-magneetrotoren.

Vergelijking van de initiële kosten

De aanschafkosten van een synchrone motor met permanente magneten liggen aanzienlijk hoger dan die van een asynchrone motor met hetzelfde vermogen:

• Prijs van de behuizing van een permanente-magneetmotor: ongeveer 1,5 tot 3 keer zo hoog als die van een IE3-asynchrone motor met hetzelfde vermogen (sterk beïnvloed door schommelingen in de prijzen van zeldzame aardmetalen)
• Kosten van de frequentieregelaar: als er voorheen gebruik werd gemaakt van een directe start op netfrequentie, zijn er bij de overstap naar een permanente-magneetmotor extra investeringen in een frequentieregelaar nodig
• Terugverdientijd: rekening houdend met de totale energiebesparing kan de extra investering doorgaans binnen 2 tot 4 jaar worden terugverdiend

Voorbeeld van de berekening van de terugverdientijd (500 kW, 5000 uur/jaar):

Extra investering (prijsverschil permanente-magneetmotor + frequentieregelaar): ongeveer 300.000 yuan

Elektriciteitsopbrengst tijdens de feestdagen: ongeveer 56.000 yuan (efficiëntieverbetering van 3%)

Terugverdientijd: ongeveer 30 ÷ 5,6 ≈ 5,4 jaar

Opmerking: Indien er al een frequentieregelaar aanwezig is, of indien de efficiëntieverbetering meer dan 5% bedraagt, wordt de terugverdientijd teruggebracht tot 2 à 3 jaar.

Aanbevelingen voor het kiezen van de juiste apparatuur in verschillende industriële toepassingen

Situaties waarin de voorkeur wordt gegeven aan synchrone motoren met permanente magneten

• Ventilatoren en pompen waarvoor een breed regelbereik nodig is (lange jaarlijkse bedrijfstijd, aanzienlijke energiebesparing)
• Mijnliften (breed toerentalbereik, hoge betrouwbaarheidseisen)
• Aandrijvingen voor productielijnen waar hoge nauwkeurigheid vereist is (servobesturingstoepassingen)
• Ruimtes waar weinig plaats is en een hoge vermogensdichtheid vereist is (permanente-magneetmotoren zijn compacter)
• Locaties met een hoog energieverbruik waar het rendement van elektromotoren een grote invloed heeft op de productiekosten

Situaties waarin asynchrone motoren de voorkeur genieten

• Belastingen die direct op netfrequentie worden gestart en geen snelheidsregeling vereisen (zoals brekers en transportbanden met een vast toerental)
• Omgevingen met hoge temperaturen (risico op demagnetisatie van permanente magneten)
• Locaties in afgelegen gebieden met beperkte reparatiemogelijkheden (reparatie van asynchrone motoren is eenvoudiger)
• Projecten waarbij de energiebesparingen de extra investering niet kunnen dekken vanwege een beperkt budget
• Toepassingen waarbij het systeem vaak moet worden gestart en gestopt (complexiteit van de frequentieregeling is hoog)

Simo motorenProductaanbevelingen

De Xi'an Taifu Xima Motor Group biedt complete motoroplossingen voor uiteenlopende behoeften:

• Asynchrone hoogspanningsmotoren:YKK-serie (6 kV/10 kV, 55 kW—25.000 kW), geschikt voor toepassingen met netfrequentie en frequentieomvormers, voldoet aan de IE3-energie-efficiëntienorm
• Synchrone motor met permanente magneten:De TYC-serie voldoet aan de eisen voor ultrahoge efficiëntie van IE4 en zelfs IE5, en is geschikt voor locaties waar hoge energiebesparing vereist is.
• Advies bij het kiezen van het juiste model:Wij bieden een gratis analyse van de totale levenscycluskosten (LCC) om klanten te helpen bij het bepalen van de optimale keuze

Indien nodigVraag een offerte aan voor een permanente-magneetmotor of een hoogspannings-asynchrone motorNeem gerust contact op met het technische team van Xima voor een berekening van de energiebesparingsvoordelen. U kunt ookBekijk direct het productassortimentBekijk de gedetailleerde technische specificaties.

gemeenschappelijke problemen

Vraag: Kan een synchrone motor met permanente magneten rechtstreeks op het elektriciteitsnet worden aangesloten om te starten?

Antwoord: Gewone synchrone motoren met permanente magneten kunnen niet rechtstreeks op het elektriciteitsnet worden aangesloten om te starten; hiervoor is een frequentieomvormer of een speciale startinrichting nodig. Sommige synchrone motoren met permanente magneten die asynchroon starten (met een startkooi) kunnen wel rechtstreeks worden gestart, maar hebben een beperkte snelheidsregeling.

Vraag: Welke invloed hebben de prijsschommelingen van zeldzame aardmetalen op de inkoop van permanente-magneetmotoren?

Antwoord: De prijzen van grondstoffen voor neodymium-ijzer-boor-permanente magneten schommelen sterk, wat een directe invloed heeft op de prijs van permanente-magneetmotoren. Het is raadzaam om bij de planning van projecten een prijsbuffer in te bouwen of een termijncontract voor levering af te sluiten met de fabrikant.

Vraag: Kan een permanente-magneetmotor worden gerepareerd nadat deze is gedemagnetiseerd?

Antwoord: Wanneer permanente magneten onomkeerbaar gedemagnetiseerd zijn, moet de rotor worden gedemonteerd om opnieuw te worden gemagnetiseerd of moeten de permanente magneten worden vervangen, wat hoge kosten met zich meebrengt. Xima biedt professionele reparatiediensten voor permanente-magneetrotoren aan. Zie voor meer informatiePagina over reparatieservices voor motoren。

Xi'an Taifu Xima Motor Group Co., Ltd. | Fabrikant van synchrone motoren met permanente magneten en asynchrone hoogspanningsmotoren | simo.org.cn