当减少能源使用是最终用户和政府机构的优先事项时，同步电机由于其效率在泵市场中获得了一席之地。尽管有许多好处，但并不是每一种同步电机技术都是适用于每一种泵送应用的正确选择。本文回顾和比较了各种类型的同步和感应电机，并概述了选择电机时要考虑的因素。
同步电机正在全球范围内增长。分析师预计，在未来五年内，这一类别将从所有泵电机的4%增长到8%以上。这个数字可能看起来很小，但这只是一个增长趋势的开始。
这种电机的流行与过去10年的技术革命有关，技术革命降低了处理器芯片的价格，进而降低了电机/驱动系统的成本。30年前，当同步电机被引入泵送行业时，控制驱动的处理器价格昂贵，而且没有很多功能。现在，处理器是系统中更小的一部分，功能更强大。
稀土磁体的使用也增加了成本，磁体的价格随着供应量的不同而大幅波动(大多数来自中国)。幸运的是，许多制造商现在都提供不带磁铁或不含稀土元素的磁铁的同步电机，这使得这种电机更容易获得。
什么是同步电机?
在同步电动机中，转子与定子旋转磁场以相同的速度(同步)转动。不像感应电动机依靠转子滑移诱导电流进入转子产生转矩，在同步电动机中没有感应电流和随后的转子损失。减少损耗意味着提高机器的效率。福利包括:
- 效率高
- 无转子损耗
- 轴承温度降低
- 较少频繁的轴承维护
- 变频驱动(VFD)性能(特别是在低速时)
据了解，通过在变速驱动器上运行并调整运行速度以满足应用需求具有能源消耗优势。
基于同步的设计在使用VFD时获得了最大的效率效益。在具有VFD的感应电机中，转子损耗在低负荷运行时占总损耗的比例高于在满载和全速运行时。随着负载的减少，用户看到一个相对更好的性能，从同步电机由于消除这些损失(图2)。
更平坦的效率曲线意味着实现的效益将超过IE4或IE5的峰值效率改进差值。考虑到75%的运行时间低于全速的90%是很常见的，影响是显著的。例如，在加热、通风和空调(HVAC)中，在满载时，与带VFD的全速异步电机相比，与VFD集成的同步电机将实现3%至6%的效率提高。然而，当功率为25%时，用户仍能实现44%的泵流量，但效率提高了8%至12%。因此，在部分负载运行，同步电机提供更多的效率提高。
同步电机品种
现在有几种类型的同步电机，而且似乎都有自己的首字母缩写。这里有一些最常见的术语。
电子换向电机(ECM)
在讨论泵送应用时，ECM指的是具有集成驱动器和控制的电机。ecm通常用于暖通空调系统。
永磁无刷(BPM)
这些可以被称为永磁交流电(PMAC)或无刷直流(BLDC)。永磁体是表面安装或内部安装。后者只使用稀土金属，而前者可以使用铁素体或稀土磁体。较低的机械强度和有限的速度能力是表面安装PM的缺点。它的一个优点是可以很容易地改变速度。
永磁辅助的混合同步磁阻电机(HSM)
hsm使用低强度磁铁，使转子饱和，提高功率因数。与PMAC相比，磁阻扭矩的份额是显著的。
同步磁阻电机(SynRM)
SynRM的工作原理是“磁阻”概念，但不需要磁铁来诱导磁场。转子由切割成磁极的钢片组成。与PM设计相比，坚固的设计通常需要更多的电流到VFD，并且具有较低的功率因数。
铝笼同步磁阻电机(SynRA)
SynRA提供了在标准伏/赫兹(Hz) VFD上运行的增量优势，可以作为当前感应电机应用的替代品。
开关磁阻电机
SRM早于直流和交流感应电机。控制问题使它不适合许多应用。它有一个简单的设计，但一个复杂的电气设置。专用的位置传感器和定时机构需要控制大多数应用程序。
选择同步电机也意味着选择VFD，不同的同步技术有VFD选择的影响。因此，从制造商那里了解不同的预期结果是很重要的。
在决定是采用感应技术还是同步技术时，请采用顶层视图。这种“系统意识”决策需要全面地考虑系统的目标。如果电机转速必须始终保持在100%，感应电机是一个很好的选择。
与感应电机相比，同步电机的一个潜在缺点是，在泵送负载不稳定的情况下，可能会发生抖动，最终导致电机跳闸。为了防止这个问题，同步电机和驱动系统应该设计为包括一个电阻到VFD。
当涉及到热性能，同步电机将有一个相对较冷的转子感应。这是由于提高了功率密度，并能够在更小的封装中构建给定的额定，使用更少的有源电气材料，同时还提供更高的效率性能。
降低转子温度也有维护和可靠性的好处。由于传递到轴承的热量较少，温度下降仅50华氏度(10摄氏度)将使润滑脂寿命翻倍，用户可以期望同步电机比感应电机更可靠。
能源部标准
美国能源部(DOE)对同步电机技术很感兴趣，并考虑为其制定测试标准。目前的泵能量指数(PEI)显示同步电机和感应电机的效率没有差异，但DOE根据液压研究所(HI)的输入，建议创建系数来展示同步电机和感应电机之间的差异。这将使最终用户能够轻松地比较泵供应商对其电机和驱动效率的评价。
对于标准的感应电机，要超过IE3 (NEMA溢价)以达到理想的IE4或IE5效率水平是很困难和成本高昂的，特别是对于小于75千瓦(kW)的小额定功率。另一方面，同步电机为行业带来了能源效率的提高，最新和最高效的电机和变速驱动器在市场上随处可见。
泵的应用
今天，同步技术在泳池泵领域引起了轰动，在行业中占据了很大的份额。BETVICTOR体育官网立法正在推动制造商更加全面地提供节能产品。特别是，要达到加州的效率水平，现在需要在泳池和水疗泵中使用同步技术，这导致制造商全面标准化同步技术。BETVICTOR体育官网
对于循环泵(用于住宅和商业HVBETVICTOR体育官网AC系统)，同步电机是普遍存在的。美国能源部正在制定一项规定，要求使用同步电机来满足所需的效率水平，并利用较低的部分负载损失。
变速感应电机在商业泵应用中很常见，但提高效率的下一个发展可能是同步电机驱动系统。
同步电机在泵行业的使用正在增长，随着节能和监管推动给最终用户带来压力，这一趋势可能会加速。同步电机有多种技术，各有优缺点。充分评估各种产品并选择最适合应用程序的技术是至关重要的。