顧德軍, 李光耀, 湯惠明， 吳漢煕

(1. 上海電機(jī)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(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)

顧德軍1, 李光耀1, 湯惠明1， 吳漢煕2

(1. 上海電機(jī)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(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)、型譜和產(chǎn)品的研制情況。重點(diǎn)分析了為提高電動(dòng)機(jī)效率所采取的主要措施。

高效率； 高壓； 異步電機(jī)； 開(kāi)發(fā)

0 引 言

隨著我國(guó)節(jié)能減排工作的開(kāi)展，高效率電動(dòng)機(jī)的研發(fā)和推廣工作也在逐步推進(jìn)。2010年5月31日，財(cái)政部、發(fā)改委公布高效電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品推廣的實(shí)施細(xì)則，其中也包括了大中型高壓電動(dòng)機(jī)的高效率產(chǎn)品的補(bǔ)貼措施。同時(shí)，GB 30254—2013《高壓電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)布，并且采用了新的測(cè)試方法。該標(biāo)準(zhǔn)的制訂，也將推動(dòng)我國(guó)高壓電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的能效分級(jí)。

為配合國(guó)家節(jié)能減排工作的實(shí)施，促進(jìn)高壓電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，推動(dòng)電動(dòng)機(jī)行業(yè)高效高壓電動(dòng)機(jī)的研究與應(yīng)用，上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司負(fù)責(zé)組織電機(jī)制造行業(yè)內(nèi)的骨干廠(chǎng)家參加，共同完成YX系列6kV、10kV高效率三相異步電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究和系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)，加快了高效率高壓電動(dòng)機(jī)在行業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)與應(yīng)用。

近年來(lái)，高壓電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝和質(zhì)量控制方面有了很大的進(jìn)步，硅鋼片、電磁線(xiàn)、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(dòng)機(jī)的開(kāi)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(dòng)機(jī)基本參數(shù)如下： 機(jī)座號(hào)為H355～H630；功率等級(jí)為220～3550kW；極數(shù)為2～12極；防護(hù)等級(jí)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(jī)相同。

2 型 譜

隨著我國(guó)電機(jī)設(shè)計(jì)手段、工藝裝備和材料性能的不斷進(jìn)步，高壓電機(jī)的制造水平也在不斷提高，在同一機(jī)座號(hào)中，能制造的電機(jī)功率提高很多，就為電機(jī)的增容提供了條件，同時(shí)，為了減小與國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品的差距，本次開(kāi)發(fā)制定了新的 6kV、10kV系列電機(jī)型譜。

(1) 本次開(kāi)發(fā)的6kV高效電機(jī)型譜與JB/T 7593—2007《Y系列高壓三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件(機(jī)座號(hào)355～630)》相比，H355～H630各極數(shù)下分別提高了2個(gè)功率檔，2P電機(jī)型譜與4P電機(jī)型譜相同(除H355機(jī)座號(hào)外)。各極數(shù)最大功率檔與JB/T 7593—2007標(biāo)準(zhǔn)中H710相銜接，電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)與轉(zhuǎn)速及功率的對(duì)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(dòng)機(jī)型譜

注： 括號(hào)內(nèi)功率為非優(yōu)先推薦功率。

(2) 本次開(kāi)發(fā)的10kV高效電機(jī)型譜與JB/T 10446—2004《Y系列10kV三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件(機(jī)座號(hào)450～630)》相比，H450～H560各極分別提高了2個(gè)功率檔，在H630機(jī)座號(hào)各極分別提高了3個(gè)功率檔；考慮到市場(chǎng)需求和技術(shù)進(jìn)步，增加H400機(jī)座號(hào)電機(jī)型譜，極數(shù)分別為2P、4P、6P。電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)與轉(zhuǎn)速及功率的對(duì)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(dòng)機(jī)型譜

注： 括號(hào)內(nèi)功率為非優(yōu)先推薦功率。

3 試驗(yàn)方法

電動(dòng)機(jī)效率應(yīng)按GB/T 1032—2012中11.5規(guī)定的E法或E1法(測(cè)量輸入功率的損耗分析法)確定。對(duì)于額定功率為1000kW及以上電動(dòng)機(jī)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(jì)算。與GB 30254—2013“高壓電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)”中的規(guī)定一致。

4 效率指標(biāo)的確定

高壓高效電機(jī)效率達(dá)到《節(jié)能產(chǎn)品惠民工程高效電機(jī)推廣實(shí)施細(xì)則》的規(guī)定，在原來(lái)普通電機(jī)效率的基礎(chǔ)上損耗降低20%計(jì)算。與GB 30254—2013 “高壓電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)”中的規(guī)定一致。

5 技術(shù)研究

5.1 絕緣技術(shù)研究

國(guó)際先進(jìn)國(guó)家在高壓高效電機(jī)的絕緣厚度上已經(jīng)減薄到6kV電機(jī)的主絕緣厚度約1.1mm、10kV電機(jī)的主絕緣厚度約1.9mm。目前我國(guó)高壓高效電機(jī)線(xiàn)圈制造普遍的水平是6kV電機(jī)的主絕緣厚度1.8mm、10kV電機(jī)的主絕緣厚度2.4mm，高壓高效電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)與國(guó)外的差距還很大，因此需要加強(qiáng)對(duì)高壓高效電機(jī)減薄絕緣結(jié)構(gòu)研究。為此，進(jìn)行了如下研究：

(1) 影響高壓電機(jī)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(duì)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(yàn)。

對(duì)于高壓電機(jī)而言，電機(jī)線(xiàn)圈的制造工藝、硅鋼片沖片工藝及絕緣處理工藝，都對(duì)絕緣的可靠性產(chǎn)生很大的影響。考慮到高壓電機(jī)的這些制造工藝對(duì)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(shí)充分考慮到這一因素，將6kV高壓電機(jī)絕緣規(guī)范確定為單邊絕緣厚度為1.3mm，采用兩級(jí)防暈結(jié)構(gòu)；10kV高壓電機(jī)絕緣規(guī)范確定為單邊絕緣厚度為2.1mm，采用三級(jí)防暈和梯度防暈。

5.2 結(jié)構(gòu)研究

(1) 繞組端部風(fēng)路填塞結(jié)構(gòu)。以往電機(jī)設(shè)計(jì)中繞組端部都是采用φ12mm或φ16mm滌波繩進(jìn)行綁扎，滌波繩綁扎根數(shù)、規(guī)格和位置根據(jù)電機(jī)極數(shù)與機(jī)座大小各有不同，各制造廠(chǎng)對(duì)應(yīng)都有相應(yīng)的規(guī)范。綁扎過(guò)程是將滌波繩穿過(guò)端部每只線(xiàn)圈之間的間隙將整臺(tái)線(xiàn)圈固定為一整體，避免電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)引起線(xiàn)圈松動(dòng)，從而影響電機(jī)運(yùn)行的可靠性。

繞組端部風(fēng)路填塞結(jié)構(gòu)繼承了端部固定的作用，同時(shí)還起到凝聚風(fēng)量，增大風(fēng)壓和風(fēng)速，以提升風(fēng)扇和冷卻器冷卻效果，增強(qiáng)繞組端部冷卻，采用繞組端部風(fēng)路填塞結(jié)構(gòu)，優(yōu)化2P～6P電機(jī)，縮短電機(jī)機(jī)座長(zhǎng)度，增加軸的強(qiáng)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(jìn)電機(jī)的通風(fēng)結(jié)構(gòu)。高壓高效電機(jī)由于鐵心增長(zhǎng)，采用原來(lái)的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)風(fēng)路不夠，影響散熱效果，因此需對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，改進(jìn)部分規(guī)格電機(jī)的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為降低通風(fēng)損耗，提高電動(dòng)機(jī)效率，采用ANSYS軟件對(duì)風(fēng)路、風(fēng)扇進(jìn)行分析、計(jì)算，建立更加準(zhǔn)確合理的高壓電機(jī)風(fēng)路模型、研究不同類(lèi)型風(fēng)扇對(duì)電機(jī)內(nèi)部流體場(chǎng)的影響、根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定風(fēng)扇結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過(guò)上述研究，提出適合高壓高效電動(dòng)機(jī)的風(fēng)路結(jié)構(gòu)和高效風(fēng)扇。新舊風(fēng)扇損耗對(duì)比如表3所示。

表3 新舊風(fēng)扇損耗

5.3 降低電機(jī)雜散損耗研究

為降低電機(jī)的雜散損耗，適當(dāng)增大電機(jī)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(guò)研究，確定合理的電機(jī)氣隙。

采取切氣隙工藝，降低電機(jī)的鐵耗和雜散損耗。由于本次開(kāi)發(fā)的高壓高效電機(jī)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(xiàng)目組結(jié)合高壓電機(jī)的訂貨情況，靈活制訂了樣機(jī)的試制規(guī)格，部分規(guī)格樣機(jī)的試制數(shù)據(jù)如表4所示。從樣機(jī)試制來(lái)看，樣機(jī)的效率均滿(mǎn)足技術(shù)任務(wù)書(shū)的要求。

表4 高效率高壓電機(jī)部分樣機(jī)數(shù)據(jù)匯總表

7 結(jié) 語(yǔ)

高壓高效率電機(jī)的開(kāi)發(fā)，提高了我國(guó)高壓電機(jī)的技術(shù)水平，縮小了與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。這對(duì)實(shí)現(xiàn)電機(jī)能效提升計(jì)劃(2013—2015)中規(guī)定的“到2015年，實(shí)現(xiàn)電機(jī)產(chǎn)品升級(jí)換代，50%的低壓三相籠型異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品、40%的高壓電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品達(dá)到高效電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”目標(biāo)，解決社會(huì)發(fā)展能源瓶頸制約、實(shí)現(xiàn)我國(guó)到2020年單位GDP碳排量降低40%～45%的重要目標(biāo)，具有不可估量的作用。

[1] GB 30254—2013 高壓電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)[S].

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

聲明

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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