楊 旭， 玉佳彬， 梁 棟， 黃 堅(jiān)

(1.云南銅業(yè)壓鑄科技有限公司，云南昆明 650101;

2.南陽(yáng)防爆集團(tuán)股份有限公司，河南南陽(yáng) 473008;

3.國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)(中國(guó))，上海 200021;

4.上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司，上海 200063)

0 引言

三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)主要包括效率、功率因數(shù)、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、溫升、振動(dòng)、噪聲等。鑄銅轉(zhuǎn)子超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱銅轉(zhuǎn)子電機(jī))在保證效率達(dá)到IE3超高效率技術(shù)水平的同時(shí)，還要保證其他技術(shù)指標(biāo)符合常規(guī)三相異步電動(dòng)機(jī)的要求，使電動(dòng)機(jī)處于良好的工作狀態(tài)。本文通過(guò)對(duì)銅轉(zhuǎn)子電機(jī)與鋁轉(zhuǎn)子YX3系列(GB/T 22722—2008)電機(jī)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)輔以典型樣機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，以求確定符合銅轉(zhuǎn)子超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)特性的合理的技術(shù)指標(biāo)。

近期，云南銅業(yè)壓鑄科技有限公司與南陽(yáng)防爆集團(tuán)股份有限公司、上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司就鑄銅轉(zhuǎn)子超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)開(kāi)展了合作，結(jié)合樣機(jī)的試制情況，編制完成了YBZT系列隔爆型鑄銅轉(zhuǎn)子超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件和YZTE3系列鑄銅轉(zhuǎn)子超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

1 技術(shù)指標(biāo)的確定

1.1 效 率

三相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)其用電量約占工業(yè)系統(tǒng)總用電量的75%。世界各國(guó)政府和國(guó)際組織已公認(rèn)三相異步電動(dòng)機(jī)具有巨大的節(jié)能潛力。因此，世界上許多國(guó)家對(duì)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能均給予了高度重視。美國(guó)、歐洲、加拿大、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)都制訂了有關(guān)三相異步電動(dòng)機(jī)的能效標(biāo)準(zhǔn)。2008年10月，國(guó)際電工委員會(huì)IEC組織正式發(fā)布了IEC60034-30“單速、三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的能效分級(jí)”標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一了全球電機(jī)效率標(biāo)準(zhǔn)，將三相異步電動(dòng)機(jī)的能效標(biāo)準(zhǔn)分為IE1、IE2、IE3三個(gè)等級(jí)，其中IE1為標(biāo)準(zhǔn)效率、IE2為高效率、IE3為超高效率。

銅轉(zhuǎn)子電機(jī)的效率按IEC60034-30中超高效率IE3 50 Hz的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，如表1所示，效率測(cè)試方法按IEEE112 B法進(jìn)行測(cè)試。

表1 IE3超高效率標(biāo)準(zhǔn)(50 Hz) %

1.2 溫升、振動(dòng)、噪聲

由于銅的電阻率約是鋁的電阻率的60%，可以有效降低轉(zhuǎn)子損耗，同時(shí)銅導(dǎo)條比鋁導(dǎo)條具有更優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，故采用鑄銅轉(zhuǎn)子會(huì)有效降低溫升，風(fēng)扇外徑也可以相應(yīng)減小，噪聲相應(yīng)降低。在確定溫升、振動(dòng)、噪聲的指標(biāo)原則上，可與YX3系列保持一致。

1.3 功率因數(shù)

與提高電機(jī)效率所采用的方法及成本進(jìn)行比較，改善功率因數(shù)的方法較容易實(shí)現(xiàn)且投入的成本相對(duì)較低，故對(duì)于超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)而言，一般對(duì)功率因數(shù)不作特別的要求。在美國(guó)NEMA MG1標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)也沒(méi)有相應(yīng)的考核指標(biāo)，但推薦了補(bǔ)償功率因數(shù)所用電容容量的計(jì)算及應(yīng)用方法。通常設(shè)置功率因數(shù)補(bǔ)償器的費(fèi)用僅占總費(fèi)用(運(yùn)行費(fèi)用與制造成本之和)的1% ～3%。使用無(wú)功功率補(bǔ)償不僅可以減少網(wǎng)絡(luò)中的損耗，還可以有效降低電壓波動(dòng)，有利于電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

銅轉(zhuǎn)子電機(jī)的功率因數(shù)指標(biāo)主要根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)情況來(lái)確定。例如對(duì)于YBZT系列隔爆型鑄銅轉(zhuǎn)子超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品，與YX3系列產(chǎn)品相比較，其功率因數(shù)略有降低，這對(duì)0.75～7.5 kW范圍內(nèi)的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)表現(xiàn)的尤為明顯。原因主要是為了提高有效材料的利用率，并保持較高的效率水平而導(dǎo)致功率因數(shù)下降。由于銅轉(zhuǎn)子電機(jī)小功率段效率提高的幅度很大，導(dǎo)致功率因數(shù)降低幅度也較大，這在超高效率電動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)上均有體現(xiàn)。

本次功率因數(shù)指標(biāo)的確定，與YX3系列高效率三相異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品相比有所降低，對(duì)比情況如表2所示。

1.4 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的大小，表征電機(jī)的過(guò)載能力，提高這一轉(zhuǎn)矩，也就提高了電機(jī)承受沖擊載荷的能力。銅轉(zhuǎn)子電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩較YX3系列普遍提高。YX3系列平均值為2.2倍，銅轉(zhuǎn)子電機(jī)的平均值為2.4倍，較YX3系列提高10%。具體對(duì)比見(jiàn)表3。

1.5 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)

由于銅的電阻率低于鋁的電阻率，在采用鑄銅轉(zhuǎn)子后，轉(zhuǎn)子電阻降低，電機(jī)的效率得到了很大提升，但是電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)降低，堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)會(huì)相應(yīng)增加。因此，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子槽形必須進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，設(shè)計(jì)出符合銅轉(zhuǎn)子特性的轉(zhuǎn)子沖片，以保證銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)性能符合相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，故銅轉(zhuǎn)子電機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)指標(biāo)與YX3系列產(chǎn)品基本一致。

表2 銅轉(zhuǎn)子電機(jī)和YX3系列功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比

2 典型樣機(jī)的試驗(yàn)情況

YBZT系列(隔爆型)和YZTE3系列鑄銅轉(zhuǎn)子超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)典型規(guī)格樣機(jī)試制情況，按各大指標(biāo)試制結(jié)果分述如下。

2.1 效率指標(biāo)

典型規(guī)格樣機(jī)的效率指標(biāo)試制結(jié)果如表4所示。由表4可知，樣機(jī)的效率指標(biāo)完全達(dá)到了IE3超高效率的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 功率因數(shù)

典型規(guī)格樣機(jī)功率因數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與試制用技術(shù)條件的對(duì)比情況如表5所示。從表5中的對(duì)比情況可看出，典型規(guī)格樣機(jī)的功率因數(shù)指標(biāo)基本達(dá)到試制用技術(shù)條件的要求。

表3 銅轉(zhuǎn)子電機(jī)和YX3系列最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比

2.3 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

從表6給出的最大轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)可看出，實(shí)測(cè)最大轉(zhuǎn)矩值倍數(shù)完全合格，表示鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力較強(qiáng)。

2.4 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)

典型規(guī)格樣機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)列入表7和表8。超高效率鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)應(yīng)與普通鑄鋁轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)一樣，其堵轉(zhuǎn)電流和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩等指標(biāo)也應(yīng)符合《單速三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能(GB/T21210—2007)》標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。從表7可看出，表示超高效率鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子槽形經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，可以達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定考核要求。

表4 典型規(guī)格樣機(jī)效率的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 典型規(guī)格樣機(jī)功率因數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 典型規(guī)格樣機(jī)最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 典型規(guī)格樣機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表8 典型規(guī)格樣機(jī)堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)語(yǔ)

從以上對(duì)電動(dòng)機(jī)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析可以看出，鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)在達(dá)到IE3超高效率水平的同時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)出現(xiàn)了明顯的上升趨勢(shì)，具備了較強(qiáng)的過(guò)載能力;堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)水平低于常規(guī)的考核值，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，電動(dòng)機(jī)有良好的起動(dòng)性能;可以說(shuō)，超高效率鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)經(jīng)過(guò)理論和實(shí)際驗(yàn)證，是相對(duì)合理的。在此基礎(chǔ)上，編制完成了YBZT系列(隔爆型)鑄銅轉(zhuǎn)子超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件和YZTE3系列鑄銅轉(zhuǎn)子超高效率三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。。 ，

［1］GB/T 22722—2008 YX3系列(IP55)高效率三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件(機(jī)座號(hào)80-355)［S］.

［2］IEC 60034-30—2008 單連、三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的能效分級(jí)［S］.