基于清梳联电机节能的研究和应用.pdf

2 0 2 3年第4期 生产实践基于清梳联电机节能的研究和应用彭 伟(青岛宏大纺织机械有限责任公司,山东 青岛 2 6 6 1 0 1)摘 要:文章基于电机能效等级国际化发展趋势以及国家新标准,具体介绍直驱和永磁同步电机在转矩、效率和节能的优势并对其展开研究,结合清梳联系统的应用并通过现场的测试数据深入分析,验证其优势和节能效果。关键词:直驱电机;永磁同步电机;清梳联 中图分类号:T S 1 1 4文献标识码:B文章编号:1 0 0 9-3 0 2 8(2 0 2 3)0 4-0 0 2 2-0 3收稿日期:2 0 2 2-1 0-2 7作者简介:彭伟(1 9 8 4),男,重庆酉阳人,工程师。纺织行业用电占比一直较高,纺织电机作为行业中重要的耗电设备性能方面也有了较大的提升,包括变频电机、伺服电机、步进电机等的广泛应用。国家在2 0 2 0年5月2 9日发布2 0 2 1年6月1日实施的 电动机能效限定值及能效等级 规定了三相异步电动机、单相异步电动机、空调器风扇用电动机的能效等级、能效限定值和试验方法。电机作为量大面广的通用标准产品,随着电机生产技术和节能技术的进步并和国际标准接轨,将原国标能效等级提升,本文以清梳联高效电机应用为前提,介绍几种清梳联电机节能的研究和应用,并结合实际测试数据进行分析和验证。1 直驱电机的研究和应用1.1 直驱电机介绍及优势直驱电机即直接驱动式电机的简称,可以是旋转电机也可以是直线电机,本研究和应用以无铁芯盘式旋转同步电机为例,对比开棉机打手和梳棉机锡林异步电机进行分析1。旋转直驱电机在清梳联流程中具有的优势:旋转直驱电机在低速时产生高转矩,可满足棉纺流程中对大扭矩电机的要求,兼容打手、锡林等负载特性比较特殊的应用场合;不需经过皮带传动结构,机械结构简化、维护工作量减少、能够有效提高设备的无故障运行时间,提高设备生产效率;具有低热阻特点,可以有效转移热量,提高连续运转能力,同时由于消除了中间过程的机械摩擦和惯性等因素,大大提高能源效率,降低了能耗;可满足部分棉纺流程中对空间要求较高的场所,实现小空间集成应用。1.2 直驱电机及自动调谐直驱电机采用7.5 kW无铁芯盘式旋转同步电机,通过汇川MD 5 0 0系列同步驱动器驱动,具体参数为分别实现在开棉机打手和梳棉机锡林电机测试验证和数据分析,同步电机运行要求先进行空载自动调谐,自动调谐可以自动辨识同步电机的参数,比如定子电阻、转子电阻、空载电流、互感、漏感等。这些参数对于准确控制电机的运行是非常必要的,尤其是对电机的动态响应影响较大。驱动器上电后根据工艺要求输入相应的参数,然后开始自动调谐过程,自动调谐过程可通过读取驱动器参数确认是否完成自学习。1.3 现场测试及客户测试选取锡林大扭矩电机5.5 kW(采用星三角接法)和盘式电机7.5 kW进行启动过程电流测试,测试数据如图1所示。图1 锡林电机启动电流曲线对比选取开棉机打手电机1 1 W和盘式电机7.5 kW进行客户生产测试,测试数据见表1。222 0 2 3年第4期 生产实践表1 开棉机客户现场测试数据类别视在功率/KVA有功功率/kW功率因素/%耗电/kWh温升/普通电机6.92.23 1.8 83.5 42 6盘式电机2.11.99 0.4 82.6 81 2 注:转速均为6 0 0 r p m,原料相同,产量均为6 3 0 k g/h,耗电为1小时平均消耗。数据分析:大惯性锡林电机在星三角和直驱电机启动时运行电流比较平缓,在1 3 0 s的时候启动完成,直驱电机的启动电流和空载运行电流都比正常大扭矩异步电机要小,稳定运行时直驱电机电流在1.2 A左右,大扭矩异步电机电流4.3 A左右,直驱电机运行效率较高,有明显的能耗下降。开棉机打手电机在原料、转速、产量一致的情况下,实际生产数据直驱电机功率因素可达到9 0%以上,无功损耗非常低,而异步电机无功损耗非常高,运行效率较低。相同产量直驱电机每小时耗电可节能2 4%左右,同时温升在合理的范围内,如果直驱动电机能够长期稳定运行,其推广应用对清梳联系统节能有明显的参考性意义。其他分析:锡林或开棉机打手惯量都比较大,无论是直驱动电机还是异步电机都无法在极端时间内实现停车,当设备塞花时对针布和角钉的保护有限,都需要增加制动电阻实现设备的快速停车。劣势:直驱电机的成本相对较高,同时必须搭载驱动器,虽然可以节省一些传动机构,但在清梳联系统设备应用中也需要加装联结器,结构简化及稳定性优化设计也影响到直驱电机推广应用。2 永磁同步电机2.1 永磁同步电机优势永磁节能技术推广应用,是我国实现碳达峰、碳中和国家战略目标的必然选择。永磁同步电机具有以下优点:具有更小体积能够节约安装空间,具有低振动、低噪声等优点;通过驱动器可以获取更优的控制曲线,能够针对不同得应用环境进行合理调节,同时有温度保护功能;高质量设计使其可以适应严酷环境,使用寿命较长;通过驱动器能够实现一键调整,提前预警,以及为智慧工作、万物互联做准备。2.2 永磁同步电机其他要求永磁同步电机技术需要进行系统匹配,主要涉及以下几点:反电势匹配:电机反电势决定了电流,进而决定了电控模块;效率匹配:负载需要的是系统效率,系统效率是电机电控效率匹配的结果;EMC:电机的分布电容与电控EMC回路组网,影响漏电流大小;噪音:载频大小影响电机噪音,也影响驱动器的模块散热。永磁同步电机从设计层面,还要兼容考虑退磁问题,永磁体退磁校核反电势降低不得超过1%,主要体现在以下三个方面:三相短路退磁校核;低速3倍过载退磁校核;恒功率1.5倍额定转速运行退磁校核;同时还要具备P T 1 0 0/P T 1 0 0 0/P T C等热保护器件。2.3 永磁同步电机节能作用根据永磁同步电机(4 5 kW)与普通异步电机在不同转速/负载率情况下效率对比(如图2所示)以及功率消耗对比(如图3所示)得出,永磁同步电机的运行效率更高、高效区域更宽、能够实现高效节能,尤其是像风机、泵类等变负载工况下节能效果更加明显。清梳联系统中风机种类较多、管道内负载变化较大,永磁同步电机的应用具有明显的节能作用。在电机额定转速8 0%时能够节能5 0%以上。伺服电机也属于永磁同步电机范畴,除了具有低铁耗、铜损等特点外,还具备高效调速范围宽等优点,系统效率的提升对节能、环保意义重大。同时伺服电机可以暂时过载3倍5倍,甚至可以保持过载,对小功率但精度控制要求较高的工况伺服电机可以降档选型以降低成本。在清梳联系统给棉电机的应用中,由于伺服电机属于闭环控制同时自带高精度编码器,可以满足高转速、高精度控制的要求,弥补普通电机低频转矩和高频电机性能缺陷,尤其目前纺织行业高速高产的大前提下,部分给棉电机的运行频率能够达到2 0 0 H z左右,伺服特性的优越性表现的非常明显1。同时在普通电机使用0.5 5 kW时,伺服电机0.2 kW即可实现替换,在提高产品质量的同时也降低了设计成本。2.4 节能的其他措施合理选择电机容量,容量较小无法满足生产要求,容量过大时电机的实际负荷远小于额定负荷,造成电机运行效率过低,电能浪费。尽量使电机负载率运行在7 0%1 0 0%经济运行区间,减少功率消耗,节约电能;有现有条件下根据实际应用情况对电机的功率因素进行无功补偿、后续的应用中根据电机能效限定值国家新标准,提升电32 2 0 2 3年第4期 生产实践机的能效等级、提高电机的功率因素、负载率2;对不同类型电机的应用场景合理定位,优化资源配置的同时发挥各类型电机的最大优势,同时充分利用先进的驱控技术,完善控制曲线并实现清梳设备工艺参数的实时和自适应调整,实现真正的高效、绿色、节能。图2 永磁同步及异步电机效率对比图3 永磁同步及异步电机功率消耗对比3 结语通过旋转直驱电机技术和永磁同步电机的介绍和背景分析,结合在清梳联系统中的现场测试数据和具体应用验证了两种电机的详细优势和节能效果,在国家电机能效等级执行新标准的大前提下,积极探索应用新的电机和驱动控制技术并广泛推广,对清梳联的高效稳定运行和节能降耗都有重要的意义。参考文献:1 杨锐彪.基于智能化清梳联控制系统的研究J.纺织机械,2 0 2 0(3):7 4-7 6.2 徐崇巍,潘文文.I E 5能效等级中小型三相异步电动机效率测试方法对比分析J.电机与控制应用,2 0 2 2,4 9(3):1 0 9-1 1 3.R e s e a r c h a n d A p p l i c a t i o n o f E n e r g y S a v i n g B a s e d o n B l o w i n g-C a r d i n g U n i t M o t o rP e n g W e i(Q i n g d a o H o n g d a T e x t i l e M a c h i n e r y C o.,L t d.,Q i n g d a o 2 6 6 1 0 1,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e d o n t h e i n t e r n a t i o n a l d e v e l o p m e n t t r e n d o f m o t o r e n e r g y e f f i c i e n c y g r a d e a n d t h e n e w n a t i o n a l s t a n d a r d s,t h e a d v a n t a g e s o f d i r e c t d r i v e a n d p e r m a n e n t m a g n e t s y n c h r o n o u s m o t o r s i n t o r q u e,e f f i c i e n c y a n d e n e r g y s a v i n g w e r e s p e c i f i c a l l y i n t r o d u c e d a n d s t u d i e d.C o m b i n e d w i t h t h e a p-p l i c a t i o n o f b l o w i n g c a r d i n g u n i t s y s t e m a n d t h r o u g h i n-d e p t h a n a l y s i s o f o n-s i t e t e s t d a t a,t h e i r a d-v a n t a g e s a n d e n e r g y s a v i n g e f f e c t s w e r e v e r i f i e d.K e y w o r d s:d i r e c t c o n n e c t i o n m o t o r;p e r m a n e n t m a g n e t s y n c h r o n o u s m o t o r;b l o w i n g-c a r d i n g u n i t42