張偉

（河北電機(jī)股份有限公司，河北 石家莊 051430）

背包緊湊型高壓電機(jī)系列產(chǎn)品研制

張偉

（河北電機(jī)股份有限公司，河北 石家莊 051430）

高壓電機(jī)的緊湊化設(shè)計(jì)是一個重要的發(fā)展方向，由于背包式電機(jī)具有更高的功率密度而成為一個重點(diǎn)研究對象。本文介紹了河北電機(jī)股份有限公司研制的背包緊湊型高壓電機(jī)系列產(chǎn)品，通過對比，展示了該產(chǎn)品具有的技術(shù)優(yōu)勢。

高壓電機(jī)；背包緊湊型；高功率密度；模塊化

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

目前，世界各工業(yè)化國家的電機(jī)消耗本國電力水平基本在 60% 左右，而中大型電機(jī)占其中的四分之三左右，即總量的 45%，可見中大型高壓電機(jī)的需求量之大。從電壓需求來說以 6kV、10kV 為主，其中又因?yàn)?10kV 可以省去配電變壓器，能進(jìn)一步降低能耗，需求量更大。作為工業(yè)設(shè)備最主要的動力源，電動機(jī)的裝機(jī)量巨大，市場需求廣闊，高壓電機(jī)作為主要動力源，有著廣闊的市場前景。但是，目前我國一些電機(jī)產(chǎn)品存在可靠性差、重量重、體積大、噪聲大等問題，其主要原因是制造工藝落后，關(guān)鍵材料的質(zhì)量和品種不能滿足要求，科研和設(shè)計(jì)工作沒有跟上，科研投入少，新產(chǎn)品開發(fā)資金匱乏，企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力較弱。反觀國際行業(yè)領(lǐng)先者，如西門子、ABB、GE 等，他們的高壓電機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)做到系列化，結(jié)構(gòu)緊湊，極高的通用性，大功率密度，低噪聲，低成本等。

因此，高壓電機(jī)的新產(chǎn)品開發(fā)必須緊跟先進(jìn)技術(shù)的趨勢，才能做出符合市場需求的產(chǎn)品，才能做出具有市場競爭力的產(chǎn)品。同時，也正因?yàn)閲鴥?nèi)電機(jī)制造商缺少這樣的產(chǎn)品，我們才要抓住機(jī)遇，攻克難關(guān)，取得國內(nèi)電機(jī)領(lǐng)域的突破。

2 研制的意義

高壓電機(jī)的發(fā)展必須要順應(yīng)市場潮流，只有生產(chǎn)出具有國際國內(nèi)市場競爭力的產(chǎn)品，才能在激烈的商業(yè)競爭中異軍突起。為此，我們研發(fā)緊湊型背包式三相異步高壓電動機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用更少材料而達(dá)到了更高的輸出功率，有效降低了材料成本，使得產(chǎn)品更具有市場競爭力。

此產(chǎn)品的推出，將會填補(bǔ)國內(nèi)電機(jī)制造商在緊湊型背包式高壓電機(jī)上的空白，顯著提高我國高壓電機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)與制造水平，為我國的工業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。

3 產(chǎn)品規(guī)格

（1）模塊化背包式電機(jī)。

（2）電機(jī)類型：背包式三相感應(yīng)鼠籠式電機(jī)。

（3）功率范圍：250 ～ 7000kW。

（4）軸心高：355、400、450、500、560、630mm。

（5）極數(shù)：2,4,6,8 極。

（6）安裝方式：IMB3，IMB35，IMV1。

（7）頻率 50Hz，部分 60Hz（6.6kV）。

（8）電壓 6kV，6.6kV，10kV，11kV。

（9）環(huán)境溫度：-20 ～ 40℃。

（10）冷卻溫度：空氣≤ 40℃；水≤ 25℃。

（11）絕緣系統(tǒng)：F 級考核，B 級應(yīng)用。

（12）工作制：S1。

（13） 冷 卻 方 式 / 防 護(hù) 等 級：IC01/IP23，IC611/IP55，IC81W/IP55。

（14）軸承類型：滾動軸承，滑動軸承。

（15）噪聲：76 ～ 95dB（A）（聲壓級）。

（16）振動：2.3mm/s。

4 技術(shù)優(yōu)勢

4.1 高功率密度

電機(jī)的功率密度是電機(jī)設(shè)計(jì)先進(jìn)程度的一個重要指標(biāo)，更高的功率密度意味著使用更少的材料，獲得更高的輸出功率，電機(jī)制造的經(jīng)濟(jì)性顯著提高。另外，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了輕量化，進(jìn)一步可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輕量化。以 10kV，IC01 電機(jī)為例，作如下對比（表 1、表 2）。通過對比國標(biāo)產(chǎn)品可以看出我們的產(chǎn)品軸心高降低明顯，也就是功率密度優(yōu)勢明顯。

表1 背包緊湊型產(chǎn)品與國標(biāo)同類產(chǎn)品的功率密度比較

表2 背包緊湊型產(chǎn)品與國標(biāo)同類產(chǎn)品的重量比較

通過對比兩極電機(jī)重量，可以看出材料用量大大降低了。

4.2 模塊化設(shè)計(jì)

電機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)是在系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)中一項(xiàng)非常重要的手段。通過這種手段，可以實(shí)現(xiàn)通用零件的標(biāo)準(zhǔn)化，最大程度降低設(shè)計(jì)成本、采購成本和物流管理成本。本產(chǎn)品采用了模塊化機(jī)殼、端蓋、沖片、風(fēng)扇、冷卻器等零部件。圖1、圖2和圖3為采用模塊化設(shè)計(jì)的三種不同熱交換方式。簡單的配置冷卻器即可生成不同冷卻方式的產(chǎn)品，更加快速方便。

圖1 IP23，IC01

圖2 IP55，IC81W

圖3 IP55，IC611

4.3 通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

轉(zhuǎn)子采用徑向通風(fēng)道結(jié)構(gòu)，配合焊接徑向風(fēng)扇，得以獲得良好的通風(fēng)散熱效果。內(nèi)風(fēng)扇配合導(dǎo)風(fēng)筒使用，可以使得電機(jī)內(nèi)部氣流更加均勻地流過繞組端部，更加快速有效地帶走電機(jī)產(chǎn)生的熱量。這對于緊湊型電機(jī)來說特別重要，因?yàn)殡姍C(jī)結(jié)構(gòu)的縮小，使得熱負(fù)荷尤為明顯，只有更優(yōu)化的通風(fēng)結(jié)構(gòu)才能控制住電機(jī)溫升（圖4、圖5）。

圖4 導(dǎo)風(fēng)筒

圖5 帶徑向內(nèi)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)子

4.4 高強(qiáng)度機(jī)殼設(shè)計(jì)

電機(jī)機(jī)殼采用八面體設(shè)計(jì)，內(nèi)部采用環(huán)筋和縱筋相結(jié)合，極大地增強(qiáng)了電機(jī)的剛度，減振效果明顯（圖6）。

圖6 八面體機(jī)殼

5 結(jié)語

我公司研制的背包緊湊型高壓電機(jī)系列產(chǎn)品，具有高功率密度、模塊化設(shè)計(jì)、通風(fēng)系統(tǒng)高效、低振動等優(yōu)點(diǎn)。隨著緊湊型產(chǎn)品大量推向市場，使得工業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)品的緊湊化成為可能。

TM35

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1671-0711（2017）03（下）-0143-02