利欧商用泵一体式永磁同步电动机系统介绍

发表时间:2021.01.27 13:07

来源:利欧水泵

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目前水泵市场使用的电动机基本上采用交流异步电动机,尤其是商用泵市场,但是随着全球经济社会的快速发展,能源紧张成为全球共同关心的话题,建设资源节约型和环境友好型社会也成为迫切要实现的目标。以用户为中心,在这种背景下,高性能、变频调速、智能控制的永磁电动机得到极大推广,利欧公司做出重大战略开发计划——开发高性能要求的商用泵系列变频驱动永磁电动机。主要用于管网增压、高层建筑二次供水、水处理系统、高压冲洗系统及空调暖通系统等场合。



效率作为永磁电动机的核心指标,也是永磁电动机的优势所在,我司开发的商用泵系列变频驱动永磁电动机立项之初就将该参数定为产品的主要性能指标。同时,我司敏锐捕捉到水泵高速化的趋势,将该产品最大转速定为4000rpm(且2900~4000rpm为恒输出功率段),覆盖目前常规配50Hz/60Hz异步电动机的水泵,同时给水利设计提供了更高转速的可能性,并在积极着手研发更高转速的电动机,将给水泵高速化、系统化、智能化、轻量化提供基础。



利欧作为行业领跑者,有义务有责任为整个泵与电动机行业做出贡献。在温岭市泵业协会的牵头下,我司主导编制了全国首个泵用永磁同步电动机团体标准,这对于整个水泵行业的技术与质量提升无疑是巨大的。



关键技术


1、超高的电动机效率及系统效率

目前,国际上普遍以IE5能效(出自IEC 60034-30-2:2016 Rotating Electrical Machines-Part 30-2-Efficiency Classes Of Variable Speed Ac Motors (IE-Code))作为目前电动机的最高能效等级,这也是目前欧盟上公认的。相对而言,永磁同步电动机达到IE5能效在目前国内外的技术水平而言,由于本身电动机的性能优秀,还是比较容易达成的。但是,我司开发的永磁同步电动机不仅电动机效率满足IE5能效,连系统效率也符合IE5能效要求!


众所周知,永磁同步电动机离不开变频驱动器(也称变频器),一台IE5能效的电动机很有可能因为变频器的存在使得整个系统效率变成了IE4或更低,这是我司不愿看到也不得不去面对的一个现实问题。


但是,我司通过多年研究的电磁设计匹配上经过特殊优化的控制算法,实现了整体系统效率也满足IE5能效要求的目标。同时在2020年国家发布实施永磁同步电动机能效标识备案要求后,我司产品按照GB 30253-2013能效标准在第三方机构测试认证,通过了1级能效也是目前国内最高能效的测试,且送样电动机大幅超出标准值,同时也获得了节能认证证书。



2、先进的性能指标考核方式

针对变频水泵而言,我司敏锐的感觉到以往考核额定效率的方式已经落后,因为部分水泵(比如楼宇二次供水)在现实应用中往往只有少量的时间是工作在电动机的100%负载下,反而75%和50%的负载情况是比较常见的。由于水泵行业的特殊性,负载的变化通常也伴随着转速的变化。因此,我司提出了一种针对水泵行业的变频永磁同步电动机性能指标的考核方式,即以加权效率的形式去衡量:


Eta=50%*Eff1+35%*Eff2+15%*Eff3

备注:

Eff1—电动机在100%额定转速100%额定转矩时的效率;

Eff2—电动机在75%额定转速50%额定转矩时的效率;

Eff3—电动机在50%额定转速25%额定转矩时的效率;


上述这个公式要求在此加权效率下的电动机效率依然达到IE5能效要求,这比在单独100%负载下达到IE5能效要求更严苛。从节能角度讲这是更符合水泵行业的实际运用,也是变频水泵必须要考虑和关注的。


3、宽范围设计

为了使产品兼顾各个国家地域及水泵的要求,我司的永磁同步电动机系统对输入电压和电动机的额定转速均做了宽范围的设计。


额定输入电压:单相为200~240V(±10%),三相为380~480V(±10%),50/60Hz,恒功率转速范围为2900~4000rpm。这样的设计无形来说增加了产品的设计难度,从电动机的电磁设计到变频器的软硬件设计均提出了更高的要求,但是带来的好处也是显而易见的。


宽范围的电压输入能从容的应对部分国家的电压波动及特殊电压等级,宽范围的转速设计也能兼顾现存的50Hz和60Hz异步水泵配置,并提供了更高转速的设计空间,毕竟高转速是水泵发展永恒不变的话题,也是必然的趋势。


4、精准稳定的控制算法

为了使电动机运行最佳状态,我司研发团队深入研究电动机的控制算法,采用行内先进的空间矢量控制技术,利用坐标变化将采集到的电动机三相定子电流、磁链等矢量进行分解,根据不同的控制目标调节励磁电流和转矩电流,进而实现对速度和转矩的精准控制。特别当电动机运行在高速状态时,由于反电动势的影响,电动机的性能会大打折扣。为此,我司在变频器中增加了弱磁控制,成功解决了永磁同步电动机高速状态下的应用。


针对水泵行业,我司将恒压控制与联泵控制作为产品的核心功能。通过压力传感器反馈的压力信号,结合当前电动机运行的状态,通过PID闭环算法,准确又快速的调节运行转速,使输出压力恒定在用户的设定值。


在二次供水领域,泵与泵之间通过RS485通讯形成泵组,主辅机之间协调工作,使每台水泵都工作在最佳状态。当某台水泵长时间处于大功率工作时,系统会自动进行轮换,保证系统中各台水泵的使用状态保持一致,避免出现“水桶效应”引起泵组的寿命缩短。


在未来的产品规划中,我司会将无线物联作为主要技术方向。通过GPRS/Wifi等通讯模块,结合“利欧云”平台,用户只需要在手机上进行操作即可实现远程监控。同时,庞大的用水数据也将成为改善自身产品和提升用水体验的重大财富,相信在以后的产品更新中,物联网将会在此扮演重要的角色。


利欧泵业集团作为利欧集团(股票代码002131)旗下重要核心板块,拥有民用泵、商用泵、工业泵、智慧水务等产品系列,服务于空调暖通、楼宇供水、民用排水、水利水务、电力石化、矿山冶金等领域。


利欧泵业集团依托集团资源优势,拥有浙江温岭、湖南湘潭、大连、印尼、匈牙利、乌兹别克斯坦等基地,国家认定企业技术中心、500多人研发团队、近600项专利、CNAS及CMA、UL目击实验室等认证的检测中心及ISO9001、ISO14001、ISO45001等体系认证。


利欧是国家级高新技术企业、国家智能制造试点示范企业、AAA级“守合同重信用”、国家级博士后工作站、先后荣获中国机械工业科学技术奖、农业机械科学技术奖等荣誉。 


引领中国泵走向世界,利欧不仅在中国拥有4个销售大区、20家分公司、400多个销售服务网点,“LEO”品牌更是授权代理140多个国家,销售网点超过15000个,服务全球客户5亿多。



据中国农业机械工业协会统计:产能规模国内排名第一、产量国内排名第一、出口量国内排名第一、技术国内领先、国际先进。


专注发展安全高效的泵与系统,为所有利益相关者创造价值是利欧集团也是每一个利欧人的使命。提升中国泵与系统行业形象,成就可持续发展的行业领跑者更是利欧集团的愿景。永磁同步电动机作为国家节能减排的重要利器,利欧集团有责任也有能力推出更加高效更加可靠的产品回报国家,造福社会。