高效节能稀土永磁同步电动机在纺织行业中的应用江苏安捷机电技术

1、高效节能稀土永磁同步电动机在纺织行业中的应用江苏安捷机电技术国家稀土永磁电机工程技术研究中心2021年8月一、前言能源!能源!节约能源!化石燃料是人类最早利用的能源之一，到目前为止，石油、天然气和煤炭等化石能源仍然是世界经济的三大能源支柱。目前我国每百万美元GDP的能耗，是世界平均水平的3.1倍，是经济合作开展组织(OECD)国家和地区的4.5倍，更是为同属亚洲的日本的9倍，能源平安已成为新世纪我国一个十分紧迫的现实问题。高能耗局面引起了众多国家和政府的高度重视。目前，我国节能的呼声越来越高、措施越来越细，中央政府的态度越来越严厉，节能工作节奏越来越快，在未来五年中GDP能耗必须降低25%。但

2、节能潜力最大、替代本钱最低、效果最明显的措施就是抓电动机的降耗，电动机是以磁场为媒介进行电能与机械能相互转换的电力机械，它所消耗的电能2万亿千瓦时，占我国电网总供电量的60%80%，是我国电网的第一大用户，然而电动机耗能浪费十分惊人，例如：水泵、风机、机械设备配套电动机占电动机总装机量为55%，年消耗电能占电网总供电量的60%，目前实际运行效率不到50%，系统运行效率不到30%，每年浪费电力十分惊人，抓电动机的节能将是工业设备的一场革命，如果我国电动机全部更换为高效电机效率提高35个百分点，每年可节约600亿KWh电能，年节油90万吨、减排二氧化碳4200多万吨，直接增利420亿元人民币，节能

3、效果十清楚显。 国家财政部、开展改革委二部委联合发文、贯彻落实中央精神，并在2011年3月19日在湖南召开全国高效电机推广工作会，我公司受邀参加会议，并获得国家批准稀土永磁高效电机补贴每千瓦100元，以18.5千瓦为例，用户单位直接凭和江苏安捷订购合同、发票，就能得到1850元的国家补贴，45千瓦，就是4500元的国家补贴，以此类推。二、公司简介江苏安捷机电技术是一家拥有自主知识产权，科技创新的民营高科技企业。江苏安捷机电技术是一家拥有自主知识产权，科技创新的高科技企业。公司始创于2006年4月，是无锡市创业投资投资入股的股份制企业政府股，现有职工115人，具有大学本科学历以上人员48人，从事

4、研究专业技术开发人员28人。公司拥有海外留学归国的博士专家和国内长期从事本专业及军工电机技术的教授级高工16名。公司与国家稀土永磁电机工程技术研究中心联合成立了国家稀土永磁电机工程技术研究中心无锡研究所，中国工程院院士唐任远兼任无锡研究所所长，指导该研究所工作。公司获准建立省级院士工作站。公司主要产品“超高效节能稀土永磁电机系列，平均效率比Y1、Y2系列异步电动机高36个百分点。通过了具备国家资质机构测试和认定，到达了国际同行先进水平。并获得多项国家授权创造专利和实用新型专利。获得国家高效电机的推广批准补贴100元/千瓦。公司拥有研发中心大楼15000平方米，生产基地25000平方米，年生产能

5、力在60万千瓦以上。公司承当完成国家科技部、江苏省科技厅等科技研发工程多项，获得国家工程资金的支持；实现开发、应用、产业化的目标任务。承当了起草发起行业标准的建立。承当了起草国家稀土永磁电机试验方法标准的建立。 产品推广应用，必将为世界纺织业起到很好的示范作用。为中国的纺织业带来实实在在的增效创收。三、稀土永磁电机在棉纺行业中的应用前景、三相稀土永磁同步电动机1. 众所周知，电机是以磁场为媒介进行电能与机械能相互转换的电力机械，磁场可以由电流励磁产生，也可以永磁体产生，采用高性能钕铁硼永磁体产生的磁场强度进行励磁，可远远超过电流励磁，这就是稀土永磁电机。2. 稀土永磁同步电动机节能的原理 电动

6、机的功率流程异步电动机和稀土永磁电动机的功率流程图如下：图一：电机能量流量图a异步电动机 b稀土永磁同步电动机说明：图中Pem为电动机气隙中电磁功率与电磁 式同步电动机相比，稀土永磁同步电动机无励磁铜损耗Pcuf。与异步电动机相比，稀土永磁同步电动机转子无铜损耗Pcu2。稀土永磁同步电动机一般极弧系数较大，在相同在E0或电压U时，相同，B小，铁损PFe较异步电机小。由于稀土永磁同步电动机气隙较大，其杂散损耗较小；损耗的减少和cos的增加，使稀土永磁同步电动机定子电动机定子电流I1减少，定子铜损Pcu1减少。 稀土永磁电动机节电的机理 三相稀土永磁同步电动机属、同步运转，转子实现了稀土化，所以无

7、滑差S，无电励磁、转子无基波铁、铜损耗，即Pfe20、Pcu20。转子由永磁体励磁，无需无功励磁电流，功率因数提高，无功功率减少，定子电流大幅下降，定子铜耗大为减少，效率明显提高。 以纺织专用三相异步电动机JF0361B4/6为例与稀土永磁电动机FXYT160L4相比，可以看到稀土永磁同步电动机各项损耗远小于被替换的三相异步电动机。序电气参数JFO361B4/617KWFXYT160L415KW1输入参数 W19103162282铜 耗 W771.4492.83铁 耗 W656.2404.24风摩损耗 W675.45杂散损耗 W324.679.96总 损 耗 W2103976.97输出功率 W

8 率 W88.9993.989功率因数 W0.8920.9873 由此可见，在稀土永磁同步电动机FXYT160L4 15KW的总损耗为976.9W，纺织专用高效异步电动机JFO361B4/6，17KW的总损耗2103 。总损耗减少2103-976.91126W53.55%如在负载点增加，减少的比例还要大，故稀土永磁电动机的节能是通过各种损耗的大幅降低而实现的。3. 稀土永磁电动机的主要特点： 效率高：效率曲线高而平下列图二是稀土永磁电动机效率曲线和异步电动机效率曲线的比拟：可以看出，稀土永磁同步电动机的效率特性具有高而平的特点。当负载大范围变化时，节能效果更为明显。这是

9、因为，稀土永磁同步电动机的穿戴损耗P0较异步电动机小得多，因而其效率曲线承受负载铁增加上升得快；另一方面，当负载增加时，稀土永磁同步电动机的可变损耗Pcu1要比异步电机的可变损耗Pcu1+Pcu2增加得慢，使稀土永磁同步电动机能在大功率范围内保持高效。 功率因数高上图三为稀土永磁电动机功率因数曲线和异步电动机功率因数曲线，可以看到稀土永磁电动机功率因数可以到达极限1.0，且可在120%20%负载区展宽。四、棉纺行业机械设备及其电机系统节电工程应用案例：众所周知，棉纺行业是能源消耗的大户，它的运行时间是24小时，用电本钱是棉纺行业第二大支出本钱，全国近6000家棉纺企业，有棉纺绽1.3亿枚，每吨

10、纱用电以40支纱为准普梳一般水平4400KWh/吨纱，精梳一般水平5300 KWh/吨纱,所以棉纺行业节能改造迫在眉睫，江苏安捷所产的FXYT纺织专用系列是永磁电机在棉纺行业首选产品，它的实际应用节电率到达6%15%，有效地帮助企业降低了运行本钱，减少了电费的支出，增加了企业的利润。以下是本公司产品在实际应用中的实际数据：纺织行业节能改造工程综合节电率测试大纲；各企业实际应用的测试数据；节能电机回报率计算方法。纺织行业节能改造工程综合节电率测试大纲一、测试目的测量纺织机械驱动电动机采用三相稀土永磁同步电动机后，相对于原配套的异步电动机的有功节电率、无功节电率和综合节电率。测量纺织机械的转动惯量

11、，在既能顺利启动，又能顺利牵入同步转速测定合理的转矩点。二、测试使用的仪表三相电能质量分析仪CF430系列，美国Fluke公司产品或功能等同的电能平衡测试仪三、接线方式图一四细纱机电气动作程序图图二锭速的变速曲线及变频器频率设定：图一接线图图二细纱机锭速变速曲线及变频器频率设定图典型的电气动作程序：第一频率为低速，一般设定在30Hz左右，约900r.p.m,t1为加速时间，一般设定在10秒左右；t2时间由PC内时间继电器TO3进行控制，一般为7秒左右；第二频率为高速，一般设定在60Hz左右约1800r.p.m，t3为小纱区升速时间，一般根据断头情况任意设定，设定范围：三肯MF型变频器为为10秒

12、80分种，三菱型变频器为10秒30分种，中纱区工作频率为50Hz1500r.p.m当行程开关闭合后，将进入大纱区间，频率将降为第三频率，一般设定在30Hz900r.p.m左右，下降时间t4,可随意设定。行程开关SA4的凸轮，应调整在纶纱全程在处压合SA4满纱时，当接近开关SQ4接通，变频器将停止输出，电机进入自由停止状态。五测试步骤一对原配套异步电动机进行电能参数的测试选定被测细纱机；随意选定纱筒总数的30%纱筒管，作好记号，称其重量，作好记录，测车间室温；启动细纱机；接纱筒管从空筒到满管的周期小时数，每周期记录KW、Kvar、A、V、Hz、cos一组数据；按下表工程作记录：六、三相稀土永磁同

13、步电机用电测试报告及三相异步Y系列电动机用测试报告测试日期测试仪器测试地点温湿度测试车号电机型号电机温升品种平均锭速细纱计长吹吸风机变频器测试次数12345平均cosKWVAHzKvar备注将被称重的纱筒管在满纱落纱后，再称重，计算出全细纱机在一个周期内所纺纱的重量，并记录细纱计长。停机前，采用红外线测温仪，测量异步电动机机背温度，并作记录。二对稀土永磁同步电动机进行电能参数的测试在原测量的细纱机安装三相稀土永磁同步电动机三相稀土永磁同步电动机可用变频器启动，也可直接启动，启动电压应高于320V，故不能采用星三角启动或自耦变压器启动；随意选定纱筒总数的30%称重，并作好记录记号，测车间室温；启

14、动细纱机按纱筒管从空筒到满管为一个周期，每周期记录KW、Kvar、A、V、Hz、co一组数按下表工程作记录将被称重的纱筒管在满纱落纱后再称重，计算出全细纱机在一个周期内所纺纱的重量，并记录细纱计长；停机前，采用红外线测温仪，测量异步电动机机背温度；七、节能率的计算有功节电率：jy=式中：jy有功节电率采用原配套异步三相电动机单位纱重或细纱计长的有功耗电量KW或有功耗电度KWh；采用节能三相稀土永磁同步电动机单位纱重或细纱计长的有功耗电量KW或有功耗电度KWh；无功节电率：jw=式中：jw无功节电率采用原配套异步三相电动机单位纱重或细纱计长的无功耗电量Kvar或无功耗电度Kvar h；采用节能三

15、相稀土永磁同步电动机单位纱重或细纱计长的无功耗电量Kvar或无功耗电度Kvar h；综合节电率：j式中：j综合节电率Kq无功经济当量，KW/Kvar.Kq取值按GB/T12497的规定执行，一般取0.020.04，本行业Kq取0.03八、节能率测试报告节能率测试报告编号：被测量单位测量单位被测量设备名称测量日期测量依据测量结果测量工程测 量 数 据有功节电率(%)无功率节电率(%)综合节电率(%)测量结果评价及建议：测量负责人(签字) 测量单位(盖章) 年 月 日各企业实际应用的测试数据在国棉一厂的试验及其结果节能检测测试报告测 试 项 目细纱机采用稀土永磁电动机后有功节电率测试报告编号设备名

16、称及编号细 纱 机61#设备型号昆山27E型设备制造厂变频器型号被测试单位无锡市第一棉纺织厂测试地点纺三车间测试周期一落纱12小时测试时间2007.9.129.15测试目的对细纱机使用稀土永磁电机前后有功节电率进行测试。测试情况对被测试细沙机原装异步电动机及改装稀土电机后，工频电源条件下，检测节电率情况。闽东电机厂生产Y160L-4-15KW，安捷产FXYT160L-4-15KW被测试设备使用状态系统设备运行正常主 要 测 试 仪 器名称型号编号精度生产制造厂电能综合分析测试仪DZFC-1EPO11上海隆昌仪表厂测 试 结 果项 目普通异步电动机Y160L-4 15kW稀土永磁电动机FXYT1

17、60L-4 15kW有功节电 率无功节电 率综合节电 率平均有功功率7.143727 kW6.263889 kW平均无功功率9.1105 Kvar1.43 Kvar12.3277.1713.98一落纱耗电度84.7201kWh75.35442kWh每公斤纱重耗电度3.775742kWh/kg3.373223kWh/kg10.66、被试倍捻机技术概况：本次测试在无锡市国棉一厂四车间第十号倍捻机上进行。倍捻机型号：HY369短纤倍捻机400锭浙江省绍兴市华裕纺机厂生产车台生产年份：2007年纱支品种：纯棉40S异步电机参数永磁电机参数型 号：Y160M-4额定功率：11KW额定电压：380V额定电

18、流：22.6A额定转速：1450r/min接 法：Y/防护等级：IP54绝缘等级：B生产厂家：无锡华庄电机厂型 号：Y160M-4 额定功率：11KW额定电压：380V额定电流：19.6A额定转速：1500r/min接 法：Y防护等级：IP54绝缘等级：F生产厂家：江苏安捷、有功节电率、无功节电率和综合节电率的计算：采用稀土永磁同步电动机后，其转速为1500r.p.m，比原配套异电动机转速1460r.p.m生产效率提高1.02740倍。所以，单位产量得到提高，或单位纱长度所耗电能下降1.0274倍，修正后的电能参数为：电能参数异步电动机稀土永磁电机有功功率KWW115.43W2=无功功率KVa

19、rQ117.79Q2=有功电度KWhW115.29W2=无功电度KVarhQ117.85Q2=、测试结果的评价： 1. 采用稀土永磁同步电动机后，节电效果明显： 二种计算方法结果的比照：计算方法有功节电率%无功节电率%综合节电率%采用电度计算12.5671.2614.55采用功率计算14.8072.9016.77节电率是一个相对指标，在倍捻机上，是稀土永磁电机相对于异步电动机所节约电能以百分比表示，原配套电动机在负载区的效率已到达91.5%见图1，在此根底上，采用稀土永磁同步电动机后有功节电率到达12.56%到14.8%，也实属不易。2. 采用稀土永磁同步电动机后，定子电流明显下降经运行实测，

20、稀土电动机和异步电动机的定子电流为：电动机类型异步电动机11KW2稀土电动机11KW2定子电流下降绝对值A百分比定子电流A34.7220.9513.7739.7这样： 有利于减少动力电缆的发热； 有利于挖掘电缆通流容量的潜力；使原来电缆容量放大了39.7； 有利于减少车间空调用电量。扩大节能效果。由于定子电流减少，电动机的发热量大为减少，根据实测：温度车间环境温度电动机机背温温度差K异步电动机11KW224422稀土电动机11KW223493. 稀土永磁同步电动机的转速为同步转速1500r.p.m，比拟异步电动机的转速1460r.p.m，增加了40r.p.m背捻机生产率由此而提高了2.74。运

21、行证明，工人对这样幅度的增速，在细纱机操作上是适应的。倍捻机也是适应的。4. 稀土永磁同步电动机有一个显著的特点，即其转速严格和电源频率或成正比，由于电网频率稳定，稀土永磁的转速也十分稳定，有利于细纱捻紧力的稳定，有利于产品质量的提高。在华芳集团的试验及其结果在中国华芳集团我们进行了五次测试,分别为：日 期测试工程细纱机型号纺纱品种配套异步电动机2007年12月29日华芳集团杨舍棉纺公司33#细纱机FA503A(山西经纬厂生产)420锭32支原配套异步电动机型号JFO3-61B-4/6 17/9KW合肥电机厂生产稀土永磁同步电动机型号FXYT160L-4 15KW江苏安捷机电技术生产2007年

22、12月26日27日华芳集团青纺织染48#细纱机FA503A(山西经纬厂生产)416锭21支原配套异步电动机型号JFO3-61B-4 17/9KW无锡第五纺织机械厂生产稀土永磁同步电动机型号FXYT160L-4 15KW江苏安捷机电技术生产2007年12月26日27日华芳集团青纺织染58#细纱机FA503A(山西经纬厂生产)416锭7支原配套异步电动机型号JFO2-62B-4 15KW无锡第五纺织机械厂生产稀土永磁同步电动机型号FXYT160L-4 15KW江苏安捷机电技术生产2008年9月5日华芳集团金田三分厂91#细纱机FA506(山西经纬厂生产)480锭30支原配套异步电动机型号FXD-1

23、80L-4/6 18.5KW/11KW青岛纺织机械厂生产稀土永磁同步电动机型号FXYT180L-4 18.5KW江苏安捷机电技术生产2008年9月20日23日华芳集团青纺织染15#细纱机FA503(山西经纬厂生产)420锭32支原配套异步电动机型号JFO3-61B-4/6无锡第五纺织机械厂生产稀土永磁同步电动机型号FXYT160L-4 15KW江苏安捷机电技术生产中国华芳集团节电率测试结果汇总表项 目纺7支纱纺21支纱纺32支纱纺30支纱(金田三分厂)纺32支纱消耗有功功率(KW)纺织专用三相异步电动机9.98469.62410.082414.312.69纺织专用三相稀土永磁同步电动机8.26

24、878.4149.013212.9919.79消耗无功功率(kvar)纺织专用三相异步电动机5.965.936.06128.047.08纺织专用三相稀土永磁同步电动机0.9961.2280.76733.19770.96消耗有功电度(kw.h)纺织专用三相异步电动机6.688419.58137.40843.1649.89纺织专用三相稀土永磁同步电动机5.543516.92833.31439.86636.73消耗无功电度(kvar.h)纺织专用三相异步电动机4.125812.40122.6523.927.92纺织专用三相稀土永磁同步电动机0.5482.1553.5069.83924.168按“一落

25、纱消耗的电度计算有功节电率%13.02514.5913.387.6326.38无功节电率%86.0282.8384.9558.8385.07综合节电率%14.3515.8614.658.4727.41采用按GB/T6422标准计算有功节电率%13.1013.6312.939.4122.85无功节电率%82.9979.5587.6760.2286.44综合节电率%14.3314.7114.2510.2523.90采用稀土永磁同步电动机后运行电流减少值与下降幅度日期测试工程细纱机型号纺纱品种配套电动机一落纱过程平均电流A减少电流绝对值百分比2007年12月29日华芳集团杨舍棉纺公司33#细纱机FA

26、503A(山西经纬厂生产)420锭32支原配套异步电动机型号JFO3-61B-4/6 17/9KW合肥电机厂生产17.8724.413A25%稀土永磁同步电动机型号FXYT160L-4 15KW江苏安捷机电技术生产13.4592007年12月26日27日华芳集团青纺织染48#细纱机FA503A(山西经纬厂生产)416锭21支原配套异步电动机型号JFO3-61B-4 17/9KW无锡第五纺织机械厂生产17.5034.023A23%稀土永磁同步电动机型号FXYT160L-4 15KW江苏安捷机电技术生产13.4802007年12月26日27日华芳集团青纺织染58#细纱机FA503A(山西经纬厂生产

27、)416锭7支原配套异步电动机型号JFO2-62B-4 15KW无锡第五纺织机械厂生产17.9644.937A27.5%稀土永磁同步电动机型号FXYT160L-4 15KW江苏安捷机电技术生产13.0272021年9月5日华芳集团金田三分厂91#细纱机FA506(山西经纬厂生产)480锭30支原配套异步电动机型号FXD-180L-4/6 18.5KW/11KW青岛纺织机械厂生产25.394.3217.01%稀土永磁同步电动机型号FXYT180L-4 18.5KW江苏安捷机电技术生产21.072021年9月20日23日华芳集团青纺织染15#细纱机FA503(山西经纬厂生产)420锭32支原配套异

28、步电动机型号JFO3-61B-4/6无锡第五纺织机械厂生产21.827.1535.52稀土永磁同步电动机型号FXYT160L-4 15KW江苏安捷机电技术生产14.67无锡远纺工业空调回风机用稀土永磁电动机节电率测试报告、225异步电动机和稀土永磁电动机额定参数 异步电机参数永磁电机参数型 号：225S-4额定功率：55KW额定电压：380V额定电流：108A额定转速：1465r/min接 法：Y防护等级：IP54绝缘等级：F生产厂家：TECO 东元电机型 号：XYT225S-4额定功率：55KW额定电压：380V额定电流：78.3A额定转速：1500r/min接 法：Y防护等级：IP54绝缘

29、等级：F生产厂家：江苏安捷、180异步电动机和稀土永磁电动机额定参数 异步电机参数永磁电机参数型 号：180LC-4额定功率：30KW额定电压：380V额定电流：58A额定转速：1450r/min接 法：Y/防护等级：IP54绝缘等级：F生产厂家：TECO 东元电机型 号：FXYT-180L-4额定功率：30KW额定电压：380V额定电流：50.5A额定转速：1500r/min接 法：Y防护等级：IP54绝缘等级：F生产厂家：江苏安捷远纺工业SP11厂FDA 16#225电机测试数据汇总表测试机号电机型号测试时间min频率Hz转速r/min电流A有功功率W有功能量Wh环境温度机背温度温升有功节

30、电率SP11厂FDA 16#东元 225S-4 55KW1045133456.6834568.895733.3429744513.9%XYT225S-4 55KW1044.4133452.0229790.674933.33304515东元 225S-4 55KW1050147775.1246520.017866.6729784913.6%XYT225S-4 55KW1049.23147769.4640752.676800.01304616远纺工业SP10厂6号空调回风机180电机测试数据汇总表测试机号电机型号测试时间min频率Hz转速r/min电流A有功功率W有功能量Wh环境温度机背温度温升有

31、功节电率SP10厂6号空调回风机东元 180LC-4 30KW1545133526.716182.954063.0133542111.5%XYT180L-4 30KW1544.5133523.9814301.723596.7726.636.29.6东元 180LC-4 30KW1550147834.1721284.615328.5429784910%XYT180L-4 30KW1549.27147831.119203.984795.6926.638.211.6经纬股份无锡经纬纺织科技试验本报告数据由无锡经纬纺织提供，同时本公司产品在经纬股份总部细纱机已批量配套，在无锡经纬已改造使用。.节能效益

32、计算：以万锭生产规模测算稀土永磁电机节能效果比照电机类型与高效节能异步电机比照测算与普通异步电机比照测算与纺织高效变频电机比照测算与普通空调风机比照没算1335r/min1478r/min节电率6.6012.189.1411.510万锭日节约用电kwh345700525218.5190万锭电费年节约费用万元7.0614.3210.744.463.89电机本钱差额回收期注 1、万锭日节约用电=主机或空调万锭实际耗电2.2中*节电率2、万锭电费年节约费用=万锭日节约用电数*电动机年运行天数330天*电价按0.62元/度计算 3、回收期是稀土永磁电机与比照电机贵出的额外费用与年节省值的比值 4、节能

33、产品惠民工程，高效电机财政补贴100元/KW 5、电机本钱差额=稀土永磁电机价格-财政补贴-比照电机价格.结语稀土永磁电机可以明显减轻电机重量，缩小体积。稀土永磁电机温升小，可降低车间温度和空调冷负荷，从而降低空调系统的制冷量，节约能源。稀土永磁电机的平均功率因数均在0.9以上，远远大于异步电机，可以直接降低配电设备及电力电缆上的损耗。以上数据说明，稀土永磁电机与高效能异步电机相比综合节电率达6.6%，与普通异步电机相比综合节电率达12.18%，与纺织高效变频电机相比综合节电率达9.14%，与普通空调风机相比节电率在11%左右。总之，稀土永磁电机是一种高效节能产品，由于电机效率的提高，永磁电机的工作电流大幅度降低，与异步电机相比减少了近20%。在新建工程时变压器容量、电缆截面