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    利歐商用泵一體式永磁同步電動機系統介紹

    發表時間:2021.01.27 13:07

    來源:利歐水泵

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    目前水泵市場使用的電動機基本上采用交流異步電動機,尤其是商用泵市場,但是隨著全球經濟社會的快速發展,能源緊張成為全球共同關心的話題,建設資源節約型和環境友好型社會也成為迫切要實現的目標。以用戶為中心,在這種背景下,高性能、變頻調速、智能控制的永磁電動機得到極大推廣,利歐公司做出重大戰略開發計劃——開發高性能要求的商用泵系列變頻驅動永磁電動機。主要用于管網增壓、高層建筑二次供水、水處理系統、高壓沖洗系統及空調暖通系統等場合。



    效率作為永磁電動機的核心指標,也是永磁電動機的優勢所在,我司開發的商用泵系列變頻驅動永磁電動機立項之初就將該參數定為產品的主要性能指標。同時,我司敏銳捕捉到水泵高速化的趨勢,將該產品最大轉速定為4000rpm(且2900~4000rpm為恒輸出功率段),覆蓋目前常規配50Hz/60Hz異步電動機的水泵,同時給水利設計提供了更高轉速的可能性,并在積極著手研發更高轉速的電動機,將給水泵高速化、系統化、智能化、輕量化提供基礎。



    利歐作為行業領跑者,有義務有責任為整個泵與電動機行業做出貢獻。在溫嶺市泵業協會的牽頭下,我司主導編制了全國首個泵用永磁同步電動機團體標準,這對于整個水泵行業的技術與質量提升無疑是巨大的。



    關鍵技術


    1、超高的電動機效率及系統效率

    目前,國際上普遍以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))作為目前電動機的最高能效等級,這也是目前歐盟上公認的。相對而言,永磁同步電動機達到IE5能效在目前國內外的技術水平而言,由于本身電動機的性能優秀,還是比較容易達成的。但是,我司開發的永磁同步電動機不僅電動機效率滿足IE5能效,連系統效率也符合IE5能效要求!


    眾所周知,永磁同步電動機離不開變頻驅動器(也稱變頻器),一臺IE5能效的電動機很有可能因為變頻器的存在使得整個系統效率變成了IE4或更低,這是我司不愿看到也不得不去面對的一個現實問題。


    但是,我司通過多年研究的電磁設計匹配上經過特殊優化的控制算法,實現了整體系統效率也滿足IE5能效要求的目標。同時在2020年國家發布實施永磁同步電動機能效標識備案要求后,我司產品按照GB 30253-2013能效標準在第三方機構測試認證,通過了1級能效也是目前國內最高能效的測試,且送樣電動機大幅超出標準值,同時也獲得了節能認證證書。



    2、先進的性能指標考核方式

    針對變頻水泵而言,我司敏銳的感覺到以往考核額定效率的方式已經落后,因為部分水泵(比如樓宇二次供水)在現實應用中往往只有少量的時間是工作在電動機的100%負載下,反而75%和50%的負載情況是比較常見的。由于水泵行業的特殊性,負載的變化通常也伴隨著轉速的變化。因此,我司提出了一種針對水泵行業的變頻永磁同步電動機性能指標的考核方式,即以加權效率的形式去衡量:


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

    備注:

    Eff1—電動機在100%額定轉速100%額定轉矩時的效率;

    Eff2—電動機在75%額定轉速50%額定轉矩時的效率;

    Eff3—電動機在50%額定轉速25%額定轉矩時的效率;


    上述這個公式要求在此加權效率下的電動機效率依然達到IE5能效要求,這比在單獨100%負載下達到IE5能效要求更嚴苛。從節能角度講這是更符合水泵行業的實際運用,也是變頻水泵必須要考慮和關注的。


    3、寬范圍設計

    為了使產品兼顧各個國家地域及水泵的要求,我司的永磁同步電動機系統對輸入電壓和電動機的額定轉速均做了寬范圍的設計。


    額定輸入電壓:單相為200~240V(±10%),三相為380~480V(±10%),50/60Hz,恒功率轉速范圍為2900~4000rpm。這樣的設計無形來說增加了產品的設計難度,從電動機的電磁設計到變頻器的軟硬件設計均提出了更高的要求,但是帶來的好處也是顯而易見的。


    寬范圍的電壓輸入能從容的應對部分國家的電壓波動及特殊電壓等級,寬范圍的轉速設計也能兼顧現存的50Hz和60Hz異步水泵配置,并提供了更高轉速的設計空間,畢竟高轉速是水泵發展永恒不變的話題,也是必然的趨勢。


    4、精準穩定的控制算法

    為了使電動機運行最佳狀態,我司研發團隊深入研究電動機的控制算法,采用行內先進的空間矢量控制技術,利用坐標變化將采集到的電動機三相定子電流、磁鏈等矢量進行分解,根據不同的控制目標調節勵磁電流和轉矩電流,進而實現對速度和轉矩的精準控制。特別當電動機運行在高速狀態時,由于反電動勢的影響,電動機的性能會大打折扣。為此,我司在變頻器中增加了弱磁控制,成功解決了永磁同步電動機高速狀態下的應用。


    針對水泵行業,我司將恒壓控制與聯泵控制作為產品的核心功能。通過壓力傳感器反饋的壓力信號,結合當前電動機運行的狀態,通過PID閉環算法,準確又快速的調節運行轉速,使輸出壓力恒定在用戶的設定值。


    在二次供水領域,泵與泵之間通過RS485通訊形成泵組,主輔機之間協調工作,使每臺水泵都工作在最佳狀態。當某臺水泵長時間處于大功率工作時,系統會自動進行輪換,保證系統中各臺水泵的使用狀態保持一致,避免出現“水桶效應”引起泵組的壽命縮短。


    在未來的產品規劃中,我司會將無線物聯作為主要技術方向。通過GPRS/Wifi等通訊模塊,結合“利歐云”平臺,用戶只需要在手機上進行操作即可實現遠程監控。同時,龐大的用水數據也將成為改善自身產品和提升用水體驗的重大財富,相信在以后的產品更新中,物聯網將會在此扮演重要的角色。


    利歐泵業集團作為利歐集團(股票代碼002131)旗下重要核心板塊,擁有民用泵、商用泵、工業泵、智慧水務等產品系列,服務于空調暖通、樓宇供水、民用排水、水利水務、電力石化、礦山冶金等領域。


    利歐泵業集團依托集團資源優勢,擁有浙江溫嶺、湖南湘潭、大連、印尼、匈牙利、烏茲別克斯坦等基地,國家認定企業技術中心、500多人研發團隊、近600項專利、CNAS及CMA、UL目擊實驗室等認證的檢測中心及ISO9001、ISO14001、ISO45001等體系認證。


    利歐是國家級高新技術企業、國家智能制造試點示范企業、AAA級“守合同重信用”、國家級博士后工作站、先后榮獲中國機械工業科學技術獎、農業機械科學技術獎等榮譽。 


    引領中國泵走向世界,利歐不僅在中國擁有4個銷售大區、20家分公司、400多個銷售服務網點,“LEO”品牌更是授權代理140多個國家,銷售網點超過15000個,服務全球客戶5億多。



    據中國農業機械工業協會統計:產能規模國內排名第一、產量國內排名第一、出口量國內排名第一、技術國內領先、國際先進。


    專注發展安全高效的泵與系統,為所有利益相關者創造價值是利歐集團也是每一個利歐人的使命。提升中國泵與系統行業形象,成就可持續發展的行業領跑者更是利歐集團的愿景。永磁同步電動機作為國家節能減排的重要利器,利歐集團有責任也有能力推出更加高效更加可靠的產品回報國家,造福社會。


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