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国产永磁同步电动机在年产7.5万吨长丝项目中的应用 |
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一． 项目背景
年产7.5万吨长丝项目是仪征化纤"十五"期间扩大生产规模、调整产品结构的重点工程项目之一。该项目共9条生产线，324个卷绕位，分别引进日本帝人、东丽、村田的纺丝技术与卷绕设备。为降低投资成本，与仪征化纤1998年建成的年产九万吨长丝项目相比，该项目进一步加大了设备国产化的力度，其中的关键设备之一--纺丝计量泵驱动电机，就采用了浙江中源电气公司生产的永磁同步电动机，取得了良好的经济效益与社会效益。
二． 进口与国产同步电动机的电气性能比较 下面以1.2 KW /0.3KW(60 Hz /15 Hz) 永磁同步电动机为例，对进口与国产同步电动机电气性能参数进行比较。
1. 国产（中源电气）与日本同步电动机性能参数比较表 
从上述参数表中我们可以看出，国产同步电动机在电气性能上已达到或超过进口电动机的技术水平，同样功率的电动机，国产同步电动机机座号要小一个级别，额定电流较小，输出转矩较大。日本帝人公司的专家在看到中源公司的电动机参数表时，对表中的数据频频摇头表示怀疑，在对我方提供的样机进行全面测试后，终于完全信服。
三． 永磁同步电动机的特点及发展
1. 同步电动机的特点和分类： 交流同步电动机，它的特点是电动机的转速与电源频率完全成正比。 Ns=60f/p(rpm)
式中：f: 电源频率 P: 极对数 Ns: 同步转速
交流异步电动机，它与同步电动机的区别在于：转速与电源频率不成正比，其转速始终比同步转速要低。
N=(1-s)Ns(rpm)
式中：s为转差率 s=(Ns-N)/Ns*100%
在变频调速控制上，同步电动机开环控制的性能指标大多都达到了交流异步电动机闭环控制的性能指标；而异步机闭环调速的最大缺点是需要在电动机轴上安装速度传感器，这样就降低了电动机整体结构的坚固性与可靠性，而且其线路更加复杂，增加了故障环节。对长丝装置的纺丝机、牵伸机、卷绕机而言，同步电动机开环变频传动是一种简单、理想的选择方案。
同步电动机按其结构特点可分为：磁阻式同步电动机，磁滞式同步电动机，永磁式同步电动机。工业用永磁同步电动机的结构与异步电动机结构相近，其定子部分与一般的异步电机无多大不同，转子结构与异步电机的转子区别是多了一套永磁体。也即在磁阻同步电动机的转子的槽中嵌入永久磁铁，就成了永磁同步电动机了。
使用不同的永磁体材料，永磁同步电机的性能上有很大区别。用铁氧体永磁材料制造的同步电动机，历史比较悠久，缺点是磁能级低，磁场强度小，电机体积较大，容量很难做大，优点是价格低廉，起动电流较小。用金属永磁体比用铁氧体永磁材料制成的永磁同步电动机要好。而用稀土永磁材料制成的永磁同步电动机具有更多的优越性，稀土永磁材料具有很高的磁能积，剩磁高，电动机体积小，效率高，功率因素高，调速精度高，调速范围大，输出特性硬，运转平稳，在开环控制下可取得很好的调速性能。
2. 国产TYBZ系列稀土永磁同步电动机的特点 国内永磁同步电动机的起步虽晚，但发展迅速。浙江中源电气有限公司生产的TYBZ系列稀土永磁同步电动机, 有如下的优点：
（1） 采用了第三代稀土永磁材料。磁密度高，磁能积大，温度系数小，不易退磁等特点； 而日本、西欧由于缺乏稀土资源，其同步电动机大多仍采用铁氧体永磁材料，即便采用稀土永磁材料，质和量上都会有折扣，这也是国产同步电机在电气性能上更优越的原因之一；
（2） 转子磁钢嵌入方法以及鼠笼的结构设计是永磁同步电动机核心技术之所在，中源电气对此做了大量研究与改进，电机转子的磁路分布更加有效均匀，起动更加方便；
（3） 特别设计的定子绕组嵌线方法，有利于电动机轻载运行与低频（<5Hz）运行，且在任何调频段无振动；
（4） 调速精度高（调速度误差在1/30000）；调速比宽，调频范围从2Hz-300Hz；体积小、重量轻，等等。
四． 选用国产同步电动机的风险以及采取的措施
1. 佛山项目的阴影及分析原因 当初选用国产同步电动机是冒有一定风险的。与仪征化纤合作的三家日本公司均没有国产同步电动机的配套经验，他们对国产同步电动机的质量表示忧虑。三家日本公司中东丽公司曾与中源电气在佛山化纤长丝项目中有过一次合作，但终以失败告终。
中源电气对这一失败案例作非常重视，他们坦承是由于人为的失误，造成电动机的压频比特性产生了偏差。当电机不在自己的特性曲线下运行时，将发生启动困难、电流增大、温升过高、噪音异常、振动等现象，从而无法正常工作。
a: 佛山现场实测曲线(东丽专用明电舍变频器)
b: 改进后实测曲线(富士200V2.2KW变频器)
c: 32-195V/ 17-95Hz,合同约定曲线
d: 实际提供的曲线
图中，电动机的实际曲线d与约定曲线c有一定偏差。在现场用东丽专用明电舍变频器驱动，测得a曲线，电动机无法工作。事件发生后，中源电气作了种种补救努力，如对电机磁钢进行了修改，修正后的压频比曲线b更接近约定曲线c，若对东丽专用变频器参数稍作调整，相信该批电机仍可正常工作，但由于种种原因，双方未能够继续试验合作。
在客观地分析了佛山项目的原因以及对国产同步电动机做了充分的调研之后，仪征化纤果断决策选用国产同步电动机替代进口同步电动机。
2. 项目实施监控
为确保万无一失，在项目实施过程中我们对各关键环节进行了严密的监控。除严格把住电动机自身的材质、性能关外，我们重点落实了电动机与变频器间的衔接以及与减速机间的衔接。
● 合同技术附件严格细致：明确各项技术性能指标，明确永磁材料、矽钢片、漆包线、轴承等主辅原材料的规格、选型及厂家。
● 协调好与变频控制的衔接：明确压频特性曲线，提供东丽、帝人、村田配套的变频器给中源电气试制电动机样机，并对样机进行全面测试后再允许批量生产。
● 协调与减速机的衔接：两者间的衔接采用非标法兰端盖直连方式，稍有差错就会影响整机的性能。由于我们明确由减速机厂对装配后的整机性能负责，所以这家中日合资的减速机厂对电机的机加精度、震动、跳动等都提出了比国标高得多的要求，这给电机的制造带来了很大难度，但同时，也使电机的整体性能与产品档次得以大幅提高。
● 跟踪制造过程，把好检验关。在派人监造、测试、检验的同时，我们还邀请国家有关质量检测部门参与质量检验，并请日本卷绕机厂家协助我们对样品电机进行全面检测。
五． 项目运行现状
性能方面：目前已投入运行的国产同步电动机状况良好，电气性能如运行电流、温升等情况均好于进口电动机，而机械性能如跳动、噪音等情况也比预期的要好得多。
投资方面：采用国产永磁同步电动机，为仪化化纤节约了一大笔投资费用，据初步估算，同档次的进口与国产同步电动机的价格差约在4~6倍，仅此一项，仪征化纤7.5万吨长丝项目就为国家节省投资约六百万元人民币。表2.国产、进口同步电动机2000年报价比较（人民币元）  售后服务方面：随着市场经济改革的不断输入，国内企业特别是合资企业、民营企业都加大了售后服务的投入，服务质量不断提高。无论是在交通、语言交流方面，还是在通讯、信息反馈、现场服务响应方面，采用国产化设备有着得天独厚的优势，特别是在备件供应上更显得及时、方便、价廉。购买进口设备的企业都有这样的体会，外商出售设备本身也许盈利并不高，而日后的备件费、维护费却高得令人咋舌。
六． 结束语
国产永磁同步电动机在年产7.5万吨长丝装置上的应用是一个良好的开端。实践证明，中低速国产永磁同步电动机的性能、质量已赶上或超过进口同类产品，完全可以替代进口产品。目前仪征化纤正准备与中源电气公司进一步合作，研制开发长丝装置中牵伸辊高速同步电动机、卷绕头锭子轴高速同步电动机，实现现有装置的备件国产化，为国家节省更多外汇。仪征化纤的日本、德国设备供货商也正寻求与中源电气公司进行长期合作。随着我国纺织工业的迅猛发展，国产卷绕机的不断成熟，永磁同步电动机在纺织领域中的应用会更加广泛。我们期待着更多的国内设备制造厂，以振兴民族产业为己任，设计制造出越来越多的优秀产品；同时，我们也吁请越来越多的企业、部门，关注、扶持、选用国产名优产品，使我国的制造业真正走上良性循环的轨道上来。(end)
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(11/27/2005) |
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