高效電機有哪些技術路線可供選擇

電子發(fā)燒友網(wǎng)(文/程文智)2021年6月1日起，我國正式實施的最新電機能效標準《GB18613-2020電動機能效限定及能效等級》，該標準實施后，三相異步電機能效限定值達不到IE3的電機，就不能再生產(chǎn)、銷售和采購了。

去年年底，工業(yè)和信息化部、市場監(jiān)督管理總局聯(lián)合印發(fā)《電機能效提升計劃(2021-2023年)》。在文件中特別強調(diào)，到2023年，高效節(jié)能電機年產(chǎn)量要達到1.7億千瓦，在役高效節(jié)能電機占比達到20%以上，實現(xiàn)年節(jié)電量490億千瓦時，相當于年節(jié)約標準煤1500萬噸，減排二氧化碳2800萬噸。

因此，電機企業(yè)要從技術、裝備、工藝、材料和銷售等各方面做好充分的準備。

那么，高效電機有哪些技術路線可供選擇呢?就目前來看，主要有五種技術路線：

三相異步電動機

一是三相異步電動機。它是工業(yè)用的電動機械，其功率范圍從幾瓦到上萬千瓦，具有廣泛的應用范圍。主要用于風機、泵、壓縮機、機床、輕工及礦山機械、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的脫粒機和粉碎機、農(nóng)副產(chǎn)品中的加工機械等等。

它的優(yōu)點是結構簡單、制造容易、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高，轉子為鑄鋁，設計難度小、產(chǎn)業(yè)鏈成熟，以及規(guī)格齊全等等。缺點是功率因素較差，總是小于1;目前尚不能經(jīng)濟地在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速。

因此，三相異步電動機的傳統(tǒng)應用是在定速的場合，不過現(xiàn)在越來越多的三相異步電動機應用是配合變頻器(VFD)，或者是變速驅動器來使用。變頻器可以配合頻率調(diào)整輸出電壓，若是應用在離心型風扇、泵，或是壓縮機上，配合感應電動機可以達到節(jié)能的效果。

目前高能效IE4以上的三相異步電動機由YE4，和YE5系列等等。也就是說需要發(fā)展YE4和YE5系列三相異步電動機。

鑄銅轉子三相異步電動機

二是鑄銅轉子三相異步電動機。它其實也是屬于三相異步電動機的一種，只是轉子改成了鑄銅，因為銅的電阻率比鋁的電阻率更低，因此會降低轉子的電阻，從而會降低轉子損耗，達到提高電動機效率的目的。

但也帶來了一個問題，那就是對鑄造工藝和設備都有了更高的要求。目前IE4標準以上的鑄銅轉子三相異步電動機有YZTE4系列等。

自起動永磁同步電機

三是自起動永磁同步電機。此列電機的特點是轉子為鑄鋁或銅條焊接，設計難度大，產(chǎn)業(yè)鏈比較成熟，成本高、規(guī)格齊全。缺點是起動沖擊大，且無法調(diào)速。

目前，該系列的IE4標準電機為TYE4系列自起動永磁同步電動機。

變頻調(diào)速永磁同步電機

四是變頻調(diào)速永磁同步電機，也就是是我們常說的BLDC電機。它的特點是轉子無導條但有永磁體，最大的優(yōu)勢是免維護，高效率，設計難度一般，產(chǎn)業(yè)鏈比較成熟，規(guī)格齊全，但由于需要配置控制器，所以成本比較高，經(jīng)濟性較差。

這種電機也是這幾年的熱點，很多企業(yè)都在做，特別是半導體企業(yè)對這塊比較重視。因為永磁同步電機的控制需要用到大量的芯片產(chǎn)品，比如說MCU、DSP等微處理器，MOSFET和IGBT等功率器件，以及傳感器等等。

當然，除了優(yōu)勢，永磁同步電機，或者說BLDC電機也還有些發(fā)展瓶頸需要面對，比如功率密度、材料，以及生產(chǎn)工藝等方面。

我們在5月19日，還將會有一個線下研討會，會有專門的廠商和專家來一起討論BLDC電機的新技術和解決方案，以及市場的情況。有興趣的同學可以關注。

同步磁阻電動機

五是同步磁阻電動機。它利用轉子磁阻不均勻而產(chǎn)生的轉矩工作，轉子是由鐵磁性材料以及非鐵磁性材料組成，沒有永久性磁鐵，也沒有繞組，是結構最簡單的電機之一。

同步磁阻電動機可以在低成本下產(chǎn)生高功率密度，又結合了永磁同步電機的性能與感應電機的簡單易用和易維護性，因此在許多應用中相當有吸引力。

另外，同步磁阻電動機的控制策略與永磁同步電動機非常相似,可以采用永磁同步電機常用的矢量控制和直接轉矩控制等策略。

雖然同步磁阻電動機的設計難度要大一些，但它可以比較容易地滿足IE4，甚至IE5標準。

結語

這就是目前IE4及以上電機標準的五種主要技術路線。當然，要想實現(xiàn)更高效率電機的設計和生產(chǎn)，還需要配套發(fā)展上游的關鍵材料，比如絕緣材料、冷軋硅鋼片;裝備(主要是沖床)、風機、泵、壓縮機等下游產(chǎn)品等等。

也就是說，我們需要優(yōu)化電機產(chǎn)業(yè)結構，才能提高高效電機產(chǎn)品開發(fā)及保障供給能力。

原文標題：高效電機的5種技術路線

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審核編輯：湯梓紅