「应用」纺织专用高效节能电动机应用及其效率提升的研究

摘要：纺织设备一直处于长时间运转的状态，平均每天工作20小时以上，用电量巨大，在目前节能减排的大环境下，高效电机推广和使用迫在眉睫。青岛和力达电气有限公司生产的FX系列异步电动机、FTY系列和FZW系列永磁同步电动机以其超高的节能效果和性能月来愈多的应用到纺织设备上。

世界各国电动机的用电量在全国总用电量中都占有相当大的比重，据资料介绍，在我国电动机的用电量已经占到社会总用电量的60%以上，可见使用高效率电动机以达到节电和降低费用是非常有效的途径。尤其纺织电机全年工作时间长达7000小时以上，节能更为重要。在国外如美国，加拿大，墨西哥，欧盟等国家都制定了电动机的能效标准。随着我国工业进一步发展，能源日趋紧张。我国早在2002年8月1日就已实施了《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》的标准GB18613-2002，目前该标准已经修订到了GB 18613-2006版。

一、电动机的功率流程及提高效率的方法

众所周知，要提高电动机的效率，必须降低电动机的损耗，这就必须充分了解电动机中各个功率转换流程和组成部分。一般来讲，三相异步电动机中存在五大损耗，即（1）定子铜耗pcu：电机电流在绕组中流通产品的损耗，与定子电流和绕组电阻有关；（2）基本铁耗pFe：定、转子铁心中因为交变电磁场的存在而产生的铁耗，与铁心冲片材料、磁密及电机工作频率等有关；（3）转子铝耗pAl：励磁电流在转子铝条中产生的损耗；（4）杂散损耗：电机的定、转子开槽气隙谐波磁场、漏磁场等在铁心表面产生的表面损耗和脉振损耗及在结构件中产生的各种损耗；（5）机械损耗：又称风摩耗，因通风冷却、轴承摩擦等而产生的损耗。

要想提高电动机的效率，必须对上述五大损耗进行优化，进一步的降低。在上述损耗中，铜耗和铁耗占得比重较大，降低铜耗和铁耗对提高电机的效率有显著效果。提高电机效率的措施主要采用1、加大线径，减小绕组电阻，降低电密，提高槽满率；2、采用低损耗的导磁材料、降低磁密，加大导磁截面积；3、优化电机转子槽型设计，降低电机运行时转子铝耗；4、对转子铁心进行处理，降低杂散损耗；5、优化风扇结构，降低风耗等。

二、纺织用高效电动机现状

目前国内的纺织用高力能指标电动机，主要是FW系列、JFO2系列、JFO3系列、以及纺织用高效电动机FX系列、FXD系列。其中真正称得上节能高效的当属FX系列、FXD系列，该系列效率指标比JFO3系列平均高3%，比JFO2系列平均高5%以上，比机械部研制的通用高效电机YX系列高0.5~1%，不但达到国外先进水平，而且有些还超过他们。

近几年，随着永磁材料的性能的提高、价格的下降和现代电机技术的发展，高效、高功率因数的永磁高效电动机也得到了极大的发展，因其效率高、功率因数高，控制性能好，最近在纺织市场也有了迅速的发展。永磁同步电机，与异步电动机相比，不需要用以产生磁场的无功励磁电流，可以显著提高功率因数，减少定子电流和定子电阻损耗；在稳定运行时没有转子电阻损耗；进而可以因总损耗降低而减少风摩损耗，从而可以提高其效率。与普通的电励磁同步电动机相比，不需要用以产生磁场的励磁绕组和直流励磁电源，也就取消了容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷电机，既运行可靠，又提高了效率。

三、新型纺织专用高效节能电动机的开发

为响应国家节能减排号召，为纺织工业现代化服务，青岛和力达公司经过市场调研工作，用针对用户需要运用全新设计软件开发设计了FX高效系列、FXD高效双速、FXP高效变频系列、FTY永磁同步系列、FXS180水冷高效系列，FZW等高效率纺织用电动机。

1、FX/FXP/FXD系列高效电动机

该系列电动机为异步感应型电动机，利用先进的设计手段，结合所配套纺织机械的实际工艺要求和实际工作状况而开发的纺织专用高效电动机，其效率和功率因数等与普通的异步电动机相比均有较大的提升，该系列电动机获得纺织工业部科技进步二等奖。其中FX电动机效率与目前的国内外电机的效率比较如表1。

由表1可以看出和力达公司高效电机的效率不仅超过我国规定的节能电机能效评价值，甚至高于美国高效电机、欧盟高效电机。与美国超高效率电机相比有的相当，有的还超过其效率指标。

该系列电机具有平滑的效率曲线，可在较大的负载波动范围内保持高效率，并且该系列电机设计了优良的风路，可保证长纤维流畅的通过，不堵塞花毛，有较低的表面温升。

表1

高效机全功率范围的性能参数实测曲线

2、FTY永磁同步系列/FZW直流无刷系列高效电动机

该系列电动机转子均采用永磁体励磁，极大的降低了电机的转子损耗，是随着永磁材料的不断完善、现代电机理论的不断发展而推出的新型电动机，具有体积小、效率高、功率因数高、起动转矩大、速度响应快等一系列的优点，其产品的效率指标均达到GB18613-2006中1级效率（超高效率）之上。

永磁高效与Y系列电机效率曲线对比与永磁高效与YX高效电机对比

四、纺织专用高效节能电动机应用

相同的负载下，使用高效率的电动机会从电网上吸收更少的电磁功率，从而为国家节约能源、为企业降低成本。电能的节约可以按照以下公式计算：

E=(1/η1-1/η2 )×Pn×T(度 /年)

式中：η1 —— 原用电机（例如JFO3双速）效率

η2 —— 改用电机（例如FXD）效率

Pn —— 电机额定功率（千瓦）

T——一年运行时间（纺织厂按7000小时计）

例如：JFO3-61A-4/6   15/7KW   效率88/82%

FXD180M1-4/6  15/7KW  效率92.5/89%

则E=(100÷88—100÷92.5)×15×7000 = 5804(度 /年)

每度工业用电按1元计算，则每台电机每年可节约5804×1=5804（元），若该两种电机售价差额为1500元，则经济回收期为 1500÷5804 =0.258（年）,也就是3个月之后则为净经济收益。如电机寿命为10年，则每台电机净经济收益为：5804×（10 – 0.258）=56542.57元

具体应用实例：

FX/FXD/FXP系列

1、安徽华茂：用15KW FX单速电机代替JFO2电机，电度表实测每小时省电0.5度，由于安徽华茂开机速度较慢，根据电流测算实际使用功率10KW, 0.5÷10 x 100%=5%,即实际节电5%。

2、锦州盛泰：替代情况与安徽华茂一样，但是开车速度高，电度表实测每小时节电1度，实际使用功率在12KW左右，1÷12 x 100%=8.3%，即实际节电8.3%

山东利津雅美：用15/7KW FX双速电机代替JFO3电机，电度表实测每小时    节电2度。 

按满负荷15KW运转算,2÷15 x 100%=13.3%，即节电13.3%。

FTY/FZW系列

1、江苏海阳：用18.5kW FTY永磁同步代替原22kW三相异步电机，实测电流降低6A，电度表实测每小时省电2.1度，设备并未满载运行，实测测算实际使用功率15KW, 2.1÷15 x 100%=14%,即实际节电14%

2、青岛纺机络筒机：用0.2kW FZW直流无刷代替原0.2kW变频异步电机，电流从原来的2.1A降为1.2A，实测每小时省电0.02度，0.02÷0.2 x 100%=10%,即实际节电10%。

五、结论

综上所述：采用高效节能电机不仅响应了国家节能减排的号召，而且对企业降低成本增加竞争力也有很大的帮助。目前纺织行业已进入缓慢发展期，选用高效节能电机是一劳永逸，提高企业竞争力的有效措施。

（来源：百度文库）