AC Induction Motors vs. Permanent Magnet Synchronous ...

*Image Courtesy of New Energy and Fuel.com

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Authors: Steve Bistak, Regional Sales Manager &#; NE, AC Drives / HMI Department, Fuji Electric Corp. of America, and Sun Y. Kim (Sean), Senior Regional Manager, ACDR/HMI, Fuji Electric Corp of America

在工业和商业应用中，大多数泵和风扇目前由交流感应电动机（ACIM）驱动。ACIM代表交流电感应电动机，它是一种异步电动机，依靠电流来转动转子。转矩由转子中的电流产生。电流是由定子绕组的磁场通过电磁感应生成的。在ACIM中，转子的转速始终低于磁场的转速。而永磁同步电动机（PMSM）则依靠磁铁转动转子，其转速与PMSM内部的旋转磁场相同。

AC感应电动机与永磁同步电动机之间有几个关键区别。

永磁电动机必须使用驱动器操作。

AC感应电动机可以在不使用变频器（VFD）的情况下驱动泵或风扇，但通常在泵系统或风扇系统中安装变频器，以提高系统效率。永磁同步电动机必须使用驱动器才能运行。PMSM无法在没有驱动器的情况下运行。需要使用VFD来精确控制PMSM的转速，以满足压力、流量、体积等应用要求。一些新的VFD已经标准配置了永磁电动机控制选项，使操作员能够更高效地控制永磁电动机以驱动风扇和/或泵。

永磁电动机相较于交流感应电动机提供了显著的效率提升。

永磁电动机的满载效率高于交流感应电动机。以下图1显示了两种标准的交流感应电动机和已知发布的永磁电动机之间的效率范围。

图1：VFD电源上的PM电动机效率。 ACIM在正弦波上。 ACIM电动机在使用VFD时效能损失0.5到1.5个百分点。

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需要注意的是，VFD并不能提高电动机的效率；VFD有助于提高跨越操作速度范围的系统效率，因为大多数系统并不总是以最高速度运行。添加VFD有助于提高您的系统效率，因为它能将电动机和风扇或泵的转速降低，而不是通过调整阀门或关闭阻流器来限制泵或空气流量。

看看图2，它比较了一台10马力的RPM永磁同步电动机与一台NEMA高效电动机在3:1转速范围内的变负载表现。您可以看到这两种电动机的效率都在下降。NEMA高效电动机的效率从约90%下降到约72%（在600 RPM时），而ECPM则从约94%下降到83%。虽然系统操作会影响设备效率，永磁电动机的效率已被证明高于交流感应电动机。

图2：PMSM电动机与ACIM的相对效率比较（3:1降速）。

永磁电动机的优缺点

虽然交流感应电动机在电动机驱动系统中更常见，但它们往往体积较大，效率低于永磁电动机解决方案。虽然永磁电动机解决方案初期成本较高，但它们可能提供更小的尺寸，以适应更紧凑的机械结构，最重要的是，更高的效率。

永磁电动机的成本通常高于交流感应电动机，并且已知比交流感应电动机启动更困难。然而，永磁电动机的优势包括更高的效率（如上所述）、更小的尺寸（永磁电动机可以小到大多数交流电机的三分之一，这使安装和维护更加便利）、以及PMSM能够在低速时维持全扭矩的能力。

趋势正在转变

将PMSM与VFD结合使用并不是什么新鲜事；然而，设计工程师和设备所有者正开始在风扇和泵应用中安装更多永磁电动机解决方案，因为它们体积小且效率高。到目前为止，VFD需要特殊公式来驱动永磁电动机；现在，市场上已经出现了一些新的VFD，可以无需额外费用即可内置控制永磁电动机的标准功能。

随着越来越多的VFD制造商开始添加新的高性能控制功能，趋势将是业主和操作员安装更高效的电动机系统，提供更小的包装和更低的成本。

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