磁悬浮电机替代传统技术经济分析

时间:2022-10-14 08:37:12

磁悬浮电机替代传统技术经济分析

摘要:磁悬浮电机采用无接触式磁轴承,避免了转子与定子间的摩擦造成的功率损失,在使用成本方面,磁悬浮电机降低了维护过程的费用,同时避免了转子磨损情况,大幅度的提升了电机的使用寿命,与此同时,较小的摩擦功损失提升了电机的能量转化效率,提升了电机的使用经济性,通过将磁悬浮电机目前技术现状、使用成本与使用限制等因素的分析,得出结论,在使用效果与经济性方面,部分领域磁悬浮电机相比传统电机具有一定的优势。

关键词:磁悬浮电机;技术;经济性;可行性分析

1绪论

磁悬浮电机是磁悬浮轴承电机的简称,磁悬浮电机与传统电机的最大差别在于,磁悬浮电机采用磁悬浮轴承,代替传统电机中的滚珠轴承或浮动轴承,在使用过程中,磁悬浮电机的转子不与定子发生相对滑动,因此可以降低因滑动摩擦造成的功率损失,同时在维护时也无需额外对运动面进行润滑维护,但是磁悬浮电机对温度要求较高,过高的温度会导致磁悬浮轴承失稳,影响转子正常运行,同时,磁悬浮轴承需额外消耗电能,以维持其悬浮能力,磁悬浮电机是否能够代替传统电机,有必要从技术与经济方面开展可行性分析。

2磁悬浮电机应用优势分析

磁悬浮电机作为一种新型的电动机形式,一经推出即得到了良好的市场反馈,以下针对磁悬浮电机的应用优势开展分析。

(1)节能高效。在传统电动机日常使用的能量损耗中,摩擦损失占总能量损失的45%左右,较大的能量损失除了降低电动机的能量转化能力外,也使摩擦副长期处于高速摩擦状态,大量机械能转化为热能,严重影响了电动机的使用效能和设为可靠性,摩擦副作为电动机的易损部位,其使用寿命往往也决定了电动机的使用寿命,成为限制传统电机寿命提升的“短板”,为了应对这一情况,磁悬浮电机采用磁悬浮轴承,消除了因摩擦造成的能量损失和热量积聚,以最为常见的磁悬浮水冷机组为例,满负荷运行时,其能量转化率较传统电机高约35%左右,具有显著的节能高效特点。

(2)维护成本低廉。电动机作为运动部件,需要定期的进行清洁与维护,维护工作的重点一般在于润滑油脂的补充、更换与易损部件的更换,在润滑油脂的更换过程中,有时还应当根据电动机的实际使用状况,对油道进行清洁,一般润滑保养为常规保养,而油道清洁保养为特殊类型的保养,不论哪种保养类型,均会造成一定时间的电动机停机,影响电动机的使用效能,造成使用成本的提升,采用磁悬浮电机,因转子与定子间的接触部分较少,且主要轴承位置采用完全非接触结构,大大减少了摩擦副的数量,从而降低了因摩擦造成的机械损伤,因此在很大程度上免去了润滑保养的工作,同时,磁悬浮电动机因润滑位置较少,在设计时避免了复杂的油道布置,从而免去了油道清洁的工作,大大降低了维护保养的时间及成本。

(3)系统耐久性好。耐久性是衡量电机长期稳定运行能力的重要评价指标,行业要求一般工程类电机可以稳定连续运行500小时以上,3年能量损失不得高于15%,但是这一标准很难满足如人工心脏、呼吸机等重要设备的电动机使用需求,传统电动机因油道内参与油液的积累,在长期运行后,能量损失最高可高达25%,随着连续运转时间的增加,电动机温升明显,内阻增大,导致效率显著下降,连续运行1000小时以上,最大效率损失可达70%。为了验证磁悬浮电机的连续、长期运转能力,针对某人工心脏内的小型磁悬浮电机开展了耐久试验,结果表明,磁悬浮电机可以连续800小时无功率损失运行,连续1500小时可以达到90%最大效率运行。磁悬浮电机展现了良好的耐久性,优于传统电机。

3磁悬浮电机的劣势分析

磁悬浮电机作为一种新型的电机形式,其本身设计还存在诸多不足之处,以下针对磁悬浮电机的一些缺陷开展分析。

(1)部署成本高。磁悬浮电机虽在摩擦副的数量方面少于传统电机,但因磁悬浮轴承的存在,加之技术新颖性较高,其部署成本远高于传统电动机,以某压缩机内的磁悬浮电动机为例,较传统电动机而言,部署磁悬浮电机的成本高出约20%,高出的成本几乎抵消磁悬浮电动机的使用成本优势。

(2)结构较为庞大。磁悬浮电动机需要通过磁悬浮轴承,实现转子与定子的完全分离,磁悬浮轴承的原理是通过低阻抗线圈,实现电磁铁的均匀磁斥力,以保证转子的悬浮,其核心在于电流温度的电磁线圈。为了保证磁悬浮轴承中的电磁线圈电流量均匀,需要严格控制电磁线圈的温度,因此需要配套的冷却设备,与大多数传统电动机采用的风冷方式不同,考虑到空气冷却的不均匀性,磁悬浮电动机为了满足冷却需求,一般采用水冷的方式,在电机附近,配备专用水冷循环设备,结构较为庞大。

(3)设备修复难度大。磁悬浮电动机主体结构较传统电动机简单,其核心部件为磁悬浮轴承,磁悬浮轴承中的电磁线圈一般采用低阻抗的高纯铜或银质导线,若出现引线断裂,低阻抗导线重新连接会导致部分区域内阻的变化,从而影响磁斥力的稳定性,因此磁悬浮轴承一般无法进行常规修复,而磁悬浮电动机主体结构中,磁悬浮轴承占总成本的50%以上,磁悬浮轴承的损伤一般意味着整机的报废,磁悬浮轴承修复难度大、部署成本高导致其难以在大范围内推广。

4可行性分析

通过以上对磁悬浮电机优劣势的分析,可以发现,磁悬浮电机作为一种新型的电动机形式,其本身具有节能高效、维护成本低、耐久性好等优势,但是也存在部署成本高、结构庞大、设备修复难度大等不利之处,综合对比发现,在现有技术条件下,磁悬浮电机可以在重要医疗器械、重点部位压缩机等需要连续、长期输出稳定动力的设备中得到应用,而对于一般工农业生产、民用家电等低技术领域,因磁悬浮电机部署成本高等不足,目前而言还不足以代替传统电动机。

5结论

磁悬浮电机通过创新性的磁悬浮轴承设计,大幅减少了电动机中摩擦副的使用,从而减少了因摩擦造成的功率损失,同时接触部位的减少也降低了设备的维护成本。但磁悬浮电机作为新兴产品,其部署成本较高,目前一般适用于对可靠性要求较高的领域,相信在不远的将来,随着磁悬浮电机技术的进一步发展,磁悬浮电机可以得到更加广阔的应用。

参考文献:

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作者:邱文俊 单位:上海明华电力技术工程有限公司 /电气设备部