高壓高效率三相異步電動機的開發(fā)

顧德軍, 李光耀, 湯惠明， 吳漢煕

(1. 上海電機系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司， 上海 200063；2. 上海格立特電力電子有限公司，上海 200063)

高壓高效率三相異步電動機的開發(fā)

顧德軍1, 李光耀1, 湯惠明1， 吳漢煕2

(1. 上海電機系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司， 上海 200063；2. 上海格立特電力電子有限公司，上海 200063)

介紹了Y系列高效率高壓異步電動機的技術(shù)參數(shù)、型譜和產(chǎn)品的研制情況。重點分析了為提高電動機效率所采取的主要措施。

高效率； 高壓； 異步電機； 開發(fā)

0 引 言

隨著我國節(jié)能減排工作的開展，高效率電動機的研發(fā)和推廣工作也在逐步推進。2010年5月31日，財政部、發(fā)改委公布高效電動機產(chǎn)品推廣的實施細則，其中也包括了大中型高壓電動機的高效率產(chǎn)品的補貼措施。同時，GB 30254—2013《高壓電動機能效限定值及能效等級》標準已經(jīng)發(fā)布，并且采用了新的測試方法。該標準的制訂，也將推動我國高壓電動機產(chǎn)品的能效分級。

為配合國家節(jié)能減排工作的實施，促進高壓電動機產(chǎn)品的更新?lián)Q代，推動電動機行業(yè)高效高壓電動機的研究與應(yīng)用，上海電機系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司負責組織電機制造行業(yè)內(nèi)的骨干廠家參加，共同完成YX系列6kV、10kV高效率三相異步電動機的關(guān)鍵技術(shù)研究和系列產(chǎn)品設(shè)計，加快了高效率高壓電動機在行業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)與應(yīng)用。

近年來，高壓電動機產(chǎn)品經(jīng)過不斷發(fā)展，在產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝和質(zhì)量控制方面有了很大的進步，硅鋼片、電磁線、絕緣材料等原材料性能有了很大的提高。就為高效高壓電動機的開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。

1 基本參數(shù)

YX系列高效率高壓三相異步電動機基本參數(shù)如下： 機座號為H355～H630；功率等級為220～3550kW；極數(shù)為2～12極；防護等級為IP23；頻率為50Hz；電壓為6～10kV；安裝方式為IMB3；安裝尺寸與原Y系列高壓電機相同。

2 型 譜

隨著我國電機設(shè)計手段、工藝裝備和材料性能的不斷進步，高壓電機的制造水平也在不斷提高，在同一機座號中，能制造的電機功率提高很多，就為電機的增容提供了條件，同時，為了減小與國際同類產(chǎn)品的差距，本次開發(fā)制定了新的 6kV、10kV系列電機型譜。

(1) 本次開發(fā)的6kV高效電機型譜與JB/T 7593—2007《Y系列高壓三相異步電動機技術(shù)條件(機座號355～630)》相比，H355～H630各極數(shù)下分別提高了2個功率檔，2P電機型譜與4P電機型譜相同(除H355機座號外)。各極數(shù)最大功率檔與JB/T 7593—2007標準中H710相銜接，電動機的機座號與轉(zhuǎn)速及功率的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 Y系列6kV高效率高壓三相異步電動機型譜

注： 括號內(nèi)功率為非優(yōu)先推薦功率。

(2) 本次開發(fā)的10kV高效電機型譜與JB/T 10446—2004《Y系列10kV三相異步電動機技術(shù)條件(機座號450～630)》相比，H450～H560各極分別提高了2個功率檔，在H630機座號各極分別提高了3個功率檔；考慮到市場需求和技術(shù)進步，增加H400機座號電機型譜，極數(shù)分別為2P、4P、6P。電動機的機座號與轉(zhuǎn)速及功率的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 Y系列10kV高效率高壓三相異步電動機型譜

注： 括號內(nèi)功率為非優(yōu)先推薦功率。

3 試驗方法

電動機效率應(yīng)按GB/T 1032—2012中11.5規(guī)定的E法或E1法(測量輸入功率的損耗分析法)確定。對于額定功率為1000kW及以上電動機應(yīng)按GB/T 1032—2012中11.8規(guī)定的H法(圓圖法)確定，其中雜散損耗按推薦值計算。與GB 30254—2013“高壓電動機能效限定值及能效等級”中的規(guī)定一致。

4 效率指標的確定

高壓高效電機效率達到《節(jié)能產(chǎn)品惠民工程高效電機推廣實施細則》的規(guī)定，在原來普通電機效率的基礎(chǔ)上損耗降低20%計算。與GB 30254—2013 “高壓電動機能效限定值及能效等級”中的規(guī)定一致。

5 技術(shù)研究

5.1 絕緣技術(shù)研究

國際先進國家在高壓高效電機的絕緣厚度上已經(jīng)減薄到6kV電機的主絕緣厚度約1.1mm、10kV電機的主絕緣厚度約1.9mm。目前我國高壓高效電機線圈制造普遍的水平是6kV電機的主絕緣厚度1.8mm、10kV電機的主絕緣厚度2.4mm，高壓高效電機絕緣結(jié)構(gòu)與國外的差距還很大，因此需要加強對高壓高效電機減薄絕緣結(jié)構(gòu)研究。為此，進行了如下研究：

(1) 影響高壓電機減薄絕緣結(jié)構(gòu)的因素。絕緣結(jié)構(gòu)能承受較高的耐電壓能力、絕緣結(jié)構(gòu)具有較低的介質(zhì)損耗tanδ、絕緣結(jié)構(gòu)具有較好的防電暈?zāi)芰Α?/p>

(2) 減薄絕緣結(jié)構(gòu)的研究包括匝間絕緣研究及對地絕緣研究、防電暈結(jié)構(gòu)研究及絕緣結(jié)構(gòu)老化試驗。

對于高壓電機而言，電機線圈的制造工藝、硅鋼片沖片工藝及絕緣處理工藝，都對絕緣的可靠性產(chǎn)生很大的影響?？紤]到高壓電機的這些制造工藝對絕緣結(jié)構(gòu)的影響及云母帶尺寸的關(guān)系，在制定絕緣規(guī)范時充分考慮到這一因素，將6kV高壓電機絕緣規(guī)范確定為單邊絕緣厚度為1.3mm，采用兩級防暈結(jié)構(gòu)；10kV高壓電機絕緣規(guī)范確定為單邊絕緣厚度為2.1mm，采用三級防暈和梯度防暈。

5.2 結(jié)構(gòu)研究

(1) 繞組端部風路填塞結(jié)構(gòu)。以往電機設(shè)計中繞組端部都是采用φ12mm或φ16mm滌波繩進行綁扎，滌波繩綁扎根數(shù)、規(guī)格和位置根據(jù)電機極數(shù)與機座大小各有不同，各制造廠對應(yīng)都有相應(yīng)的規(guī)范。綁扎過程是將滌波繩穿過端部每只線圈之間的間隙將整臺線圈固定為一整體，避免電機在運行過程中振動引起線圈松動，從而影響電機運行的可靠性。

繞組端部風路填塞結(jié)構(gòu)繼承了端部固定的作用，同時還起到凝聚風量，增大風壓和風速，以提升風扇和冷卻器冷卻效果，增強繞組端部冷卻，采用繞組端部風路填塞結(jié)構(gòu)，優(yōu)化2P～6P電機，縮短電機機座長度，增加軸的強度，有效地降低繞組端部溫度。繞組端部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 繞組端部填塞結(jié)構(gòu)

(2) 改進電機的通風結(jié)構(gòu)。高壓高效電機由于鐵心增長，采用原來的結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致電機風路不夠，影響散熱效果，因此需對電機結(jié)構(gòu)進行研究，改進部分規(guī)格電機的結(jié)構(gòu)。同時，為降低通風損耗，提高電動機效率，采用ANSYS軟件對風路、風扇進行分析、計算，建立更加準確合理的高壓電機風路模型、研究不同類型風扇對電機內(nèi)部流體場的影響、根據(jù)計算結(jié)果確定風扇結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過上述研究，提出適合高壓高效電動機的風路結(jié)構(gòu)和高效風扇。新舊風扇損耗對比如表3所示。

表3 新舊風扇損耗

5.3 降低電機雜散損耗研究

為降低電機的雜散損耗，適當增大電機的氣隙，采用合理的槽配合，減小定、轉(zhuǎn)子諧波磁通的幅值，減少雜散損耗，通過研究，確定合理的電機氣隙。

采取切氣隙工藝，降低電機的鐵耗和雜散損耗。由于本次開發(fā)的高壓高效電機以銅排轉(zhuǎn)子為主，也為采用切氣隙工藝奠定了基礎(chǔ)。

6 試制情況

項目組結(jié)合高壓電機的訂貨情況，靈活制訂了樣機的試制規(guī)格，部分規(guī)格樣機的試制數(shù)據(jù)如表4所示。從樣機試制來看，樣機的效率均滿足技術(shù)任務(wù)書的要求。

表4 高效率高壓電機部分樣機數(shù)據(jù)匯總表

7 結(jié) 語

高壓高效率電機的開發(fā)，提高了我國高壓電機的技術(shù)水平，縮小了與國際先進水平的差距。這對實現(xiàn)電機能效提升計劃(2013—2015)中規(guī)定的“到2015年，實現(xiàn)電機產(chǎn)品升級換代，50%的低壓三相籠型異步電動機產(chǎn)品、40%的高壓電動機產(chǎn)品達到高效電機能效標準規(guī)范”目標，解決社會發(fā)展能源瓶頸制約、實現(xiàn)我國到2020年單位GDP碳排量降低40%～45%的重要目標，具有不可估量的作用。

[1] GB 30254—2013 高壓電動機能效限定值及能效等級[S].

[2] JB/T 7593—2007 Y系列高壓三相異步電動機技術(shù)條件(機座號335-630)[S].

聲明

本刊已許可萬方數(shù)據(jù)、重慶維普、中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)電子雜志社在其網(wǎng)站及其系列數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品中以數(shù)字化方式復(fù)制、匯編、發(fā)行、信息網(wǎng)絡(luò)傳播本刊全文。該社著作權(quán)使用費與本刊相關(guān)費用抵消。如作者不同意文章被收錄，請在來稿時向本刊聲明，本刊將做適當處理。

Development of High Voltage Efficiency Three-Phase Asynchronous Motor

GUDejun1,LIGuangyao1,TANGHuiming1，WUHanxi2

(1. Shanghai Engineering Research Center of Motor System Energy Saving Co., Ltd., Shanghai 200063, China; 2. Shanghai GREAT Electronics Co., Ltd., Shanghai 200063， China)

Technology parameters, power spectrum and product development situation of Y series high-efficiency high-voltage asynchronous motors were introduced. The main measures taken to improve the efficiency of the motor were analyzed emphatically.

high efficiency; high voltage; asynchronous motor; development

湯惠明

TM 343

A

1673-6540(2015)05-0081-04

2014-11-11