在2015年全球電機系統能效論壇(Eemods)會議上,銅發展協會的可持續能源項目經理瑞查德德菲(Richard deFay),提交了一份銅轉子電機和永磁電機測試結果報告。
德菲在會議中之指出:“業界曾認為,永磁電動機的效率優于感應電動機,但這不是事實”。銅發展協會計劃對永磁(PM)電機與銅轉子電機(CRM)進行相對公平的同類系統比較,采用由永磁電機制造商指定的驅動器,以確定市場營銷索賠的有效性。
第一階段的測試使用了來自三個不同制造商的7.5HP(5.5kW)銅轉子電機和永磁電機進行比較。該試驗在北卡羅來納州先進能源電機測試實驗室進行,試驗歷時數月。電機測試分三個階段,都使用相同的變頻器,根據電機負載和轉速進行效率比較。
測試現場
第一階段測試的基礎數據如下表:(頻率永磁90hz,銅轉子60hz)
永磁電機 |
銅轉子電機 |
||
速率(Hp) |
5.5KW |
速率(Hp) |
7.5HP |
額定轉矩(Nm) |
29.2 |
電壓(V) |
230/460 |
額定電流( A) |
10.5A |
額定電流( A) |
19/9.5A |
轉速(RPM) |
1800 |
轉速(RPM) |
1775 |
頻率(Hz) |
90Hz |
頻率(Hz) |
60 Hz |
重量(KG) |
26KG |
重量(磅) |
131 |
額定功率(%) |
- |
額定功率(%) |
92.4 |
研究發現,永磁電機與銅轉子電機在不同轉速(1800、4300、1400、1200、1000RPM)情況下的測試能效比較的數據結果如下: (籃色代表銅轉子電機,紅色代表永磁電機)
數據結果表明,在永磁90hz,銅轉子60hz頻率不同的水平上,銅轉子電機的系統能效都比永磁電機要高。
第二階段測試的基礎數據如下:(頻率永磁150hz,銅轉子60hz )
|
永磁電機 |
銅轉子電機 |
速率(Hp) |
7.5 |
7.5 |
電壓(V) |
460 |
230/460 |
電流(A) |
9.4 |
19/9.5 |
轉速(RPM) |
1800 |
1775 |
頻率(Hz) |
150 |
60 |
重量(Ibs) |
150 |
131 |
額定功率(%) |
93.0 |
92.4 |
測試在不同轉速(1800、4300、1400、1200、1000RPM)情況下的能效比較的數據結果如下圖表示(紅色代表銅轉子電機,藍色代表永磁電機):
從第二測試階段的研究可以看出,在永磁150hz,銅轉子60hz頻率不同的水平上,扭矩比例小的階段,銅轉子電機系統能效比永磁電機高,但隨著扭矩百分比達到75%時,銅轉子的系統效率開始低于永磁。
第三階段測試的基礎數據如下:(永磁60hz,銅轉子60hz頻率相同)
|
永磁電機 |
銅轉子電機 |
速率(Hp) |
7.5 |
7.5 |
電壓(V) |
460 |
230/460 |
電流(A) |
7.53 |
19/9.5 |
轉速(RPM) |
1800 |
1775 |
頻率(Hz) |
60 |
60 |
重量(Ibs) |
150 |
131 |
額定功率(%) |
92.6 |
92.4 |
測試在不同轉速(1800、4300、1400、1200、1000RPM)情況下的能效比較的數據結果如下圖表示(紅色代表銅轉子電機,藍色代表永磁電機):
第三階段測試表明,當頻率相同條件下,銅轉子電機的效率比永磁PM電動機更高。
“這個分析比較結果相當有趣,也表明必須要按照不同的馬力速度對電機進行進一步研究。” 德菲先生說道。“我們現在有機會進行進一步更大規模的評估,更準確地評價銅轉子電動機技術”。未來的測試可能包括:電機額定功率高達20馬力(14.9kW)。
從上述例子可以看出,使用銅轉子的異步電動機不僅能效遠遠高出鋁轉子電動機,而且與永磁電機相比也要不可替代的優勢,例如,永磁材料在短路、高溫和強烈振動等環境易發生失磁,故障時不能滅磁保護,在超速等異常條件下,永磁磁極容易受到較大影響。永磁同步發電機的這些固有缺陷,使它很難滿足系統提出的高可靠、免維護的性能要求,而銅轉子電機恰恰在此方面有非常優異的表現。電動機制造商Reliance Electric 認為銅轉子電機是能夠滿足軍方苛刻要求的唯一電機。