ODP高效電機(jī)的設(shè)計(jì)思路

王敬濤++張騰遠(yuǎn)++邢貝貝+楊會(huì)欣

摘要：本文以兩款ODP高效電機(jī)為例，針對(duì)傳統(tǒng)ODP高效電機(jī)成本高的問題，提出了ODP高效電機(jī)節(jié)材新設(shè)計(jì)思路及實(shí)驗(yàn)成果。新設(shè)計(jì)思路大大的節(jié)約了成本，避免資源浪費(fèi)。本文重點(diǎn)闡述了ODP高效電機(jī)的新設(shè)計(jì)思路和結(jié)論。

關(guān)鍵詞：ODP高效電機(jī)；節(jié)材；小槽型；風(fēng)摩耗；磁通密度

中圖分類號(hào)：TM3 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2016）007-000-01

引言

在工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的道路上，電機(jī)是不可或缺的重要設(shè)備。在“中國制造2025”的大背景下，高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)是發(fā)展必然趨勢(shì)，不但能夠提高企業(yè)的生產(chǎn)力和降低運(yùn)行成本，對(duì)于我國工業(yè)發(fā)展也是有著巨大的推動(dòng)力。雖然高效節(jié)能電機(jī)具有很多普遍電機(jī)無法超越的性能，但與普通電機(jī)相比，需耗用更多的銅、鋁、冷軋硅鋼等原材料，生產(chǎn)成本較高，售價(jià)也比普通電機(jī)高出10%-30%。成本的提高制約著高效電機(jī)的發(fā)展，尤其是ODP高效電機(jī)。在全球經(jīng)濟(jì)形勢(shì)不好的前提下，在滿足高效電機(jī)性能的基礎(chǔ)上，成功的降低成本，才是王道。

所謂ODP電機(jī)，為開啟式電機(jī)，以下文中簡稱ODP電機(jī)。ODP電機(jī)機(jī)殼未全封閉，機(jī)身、前后端蓋都留有散熱孔，無散熱風(fēng)扇，自冷。適用于干燥、室內(nèi)、外部環(huán)境條件好的地方。特點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鑄鋁轉(zhuǎn)子風(fēng)翼的風(fēng)能通過端蓋的開口將線包的溫度帶走。

影響ODP電機(jī)效率主要有五大損耗組成：（1）滿載時(shí)，定子繞組在運(yùn)行溫度下的銅耗；（2）滿載時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組在運(yùn)行溫度下的鋁耗或者銅耗；（3）鐵耗；（4）風(fēng)摩耗包括轉(zhuǎn)子風(fēng)翼通風(fēng)系統(tǒng)的損耗，及電機(jī)轉(zhuǎn)子表面即冷卻介質(zhì)的摩擦損耗、軸承摩擦損耗等；（5）雜散損耗，即電機(jī)中除了上述四種損耗以外的全部損耗。這些損耗的大小與電機(jī)設(shè)計(jì)方案和生產(chǎn)制造工藝的控制水平因素有很大關(guān)系。

本文從設(shè)計(jì)方案入手，通過減少總損耗來實(shí)現(xiàn)保證電機(jī)效率的同時(shí)，達(dá)到節(jié)約成本的目的。下面以90KW-4P和75KW-4P兩種電機(jī)為例，從三個(gè)方面闡述ODP高效電機(jī)節(jié)材思路，分析樣機(jī)實(shí)驗(yàn)成果。

一、增加有效材料，降低繞組銅耗和鐵耗

據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)結(jié)論，當(dāng)電機(jī)負(fù)載不變的情況下，暫不考慮機(jī)械損耗時(shí)，電機(jī)的損耗約與電機(jī)線性尺寸的3次方成比例，而電機(jī)的輸入功率約與線性尺寸的4次方成比例，由此可見損耗與有效材料尺寸的線性增長成反比。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有ODP高效電機(jī)定子沖片與轉(zhuǎn)子沖片槽型比較大，所以我們嘗試采用小槽型尺寸的辦法，減小銅的用量從而減小銅耗。以90KW-4P 50HZ ODP電機(jī)為例，通過對(duì)比傳統(tǒng)ODP高效電機(jī)方案，我們采用定轉(zhuǎn)子小槽型，將鐵長暫定為265，調(diào)整定子線圈的線規(guī)與匝數(shù)，鐵節(jié)材17%，銅節(jié)材35%。鋁節(jié)材25%。此節(jié)材方案，即降低了電機(jī)生產(chǎn)成本，又保證了電機(jī)使用性能，效率比IE3標(biāo)準(zhǔn)95.2%高了4%，且具有很高的可行性，具備批量生產(chǎn)的條件。

傳統(tǒng)高效電機(jī)與節(jié)材后電機(jī)銅、鐵、鋁的比較

二、采用較好的磁性材料

采用磁導(dǎo)率高、比損耗低優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片，對(duì)電機(jī)整體進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可提高氣隙磁通密度、調(diào)整線負(fù)荷、線電流密度和減小硅鋼片磁通密度，從而降低電機(jī)鐵耗，從而提高電機(jī)效率。

三、降低風(fēng)摩耗

對(duì)于高效全封閉性電機(jī)來說，熱耗一般比較低，通常采用縮小風(fēng)扇尺寸、優(yōu)化通風(fēng)結(jié)構(gòu)來提高通風(fēng)效率降低風(fēng)摩耗。對(duì)于ODP電機(jī)來說，ODP電機(jī)獨(dú)特的通風(fēng)系統(tǒng)使電機(jī)運(yùn)行溫度和繞組溫升不高。以75KW-4P 60HZ ODP電機(jī)為例，借鑒封閉式電機(jī)節(jié)能方法，舉一反三，我們嘗試縮小鑄鋁轉(zhuǎn)子兩側(cè)風(fēng)翼的外圓尺寸、減短風(fēng)翼長度并將風(fēng)翼數(shù)量減半?，F(xiàn)將鑄鋁轉(zhuǎn)子新舊結(jié)構(gòu)對(duì)比如下：

同時(shí)，為了更大程度上減小軸承摩擦損耗，我們采用SKF/C4軸承。電機(jī)裝機(jī)采用摩擦阻力矩小的潤滑油脂，并采用精藝裝配。

試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，風(fēng)摩耗由原先的672.3降低為152.3，溫升由39.1K降低為35.5K，前軸承溫度折合到46度情況下由72.6度降低為57.65。由此得出新結(jié)構(gòu)鑄鋁轉(zhuǎn)子在電機(jī)使用上更為優(yōu)越。

四、結(jié)論

通過以上設(shè)計(jì)分析、生產(chǎn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，通過新設(shè)計(jì)思路節(jié)材后的高效電機(jī)具有很高的可行性，既能節(jié)約電機(jī)成本，又在一定程度上改善了電機(jī)性能。提高電機(jī)效率需要多方面綜合考慮，從多種手段入手，本文正好從三個(gè)方面介紹提高ODP效率的新方法，為ODP高效電機(jī)發(fā)展提供了一個(gè)新的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)支持。

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