高压高效率三相异步电动机的开发

顾德军, 李光耀, 汤惠明， 吴汉煕

(1. 上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司， 上海 200063；2. 上海格立特电力电子有限公司，上海 200063)

高压高效率三相异步电动机的开发

顾德军1, 李光耀1, 汤惠明1， 吴汉煕2

(1. 上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司， 上海 200063；2. 上海格立特电力电子有限公司，上海 200063)

介绍了Y系列高效率高压异步电动机的技术参数、型谱和产品的研制情况。重点分析了为提高电动机效率所采取的主要措施。

高效率； 高压； 异步电机； 开发

0 引 言

随着我国节能减排工作的开展，高效率电动机的研发和推广工作也在逐步推进。2010年5月31日，财政部、发改委公布高效电动机产品推广的实施细则，其中也包括了大中型高压电动机的高效率产品的补贴措施。同时，GB 30254—2013《高压电动机能效限定值及能效等级》标准已经发布，并且采用了新的测试方法。该标准的制订，也将推动我国高压电动机产品的能效分级。

为配合国家节能减排工作的实施，促进高压电动机产品的更新换代，推动电动机行业高效高压电动机的研究与应用，上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司负责组织电机制造行业内的骨干厂家参加，共同完成YX系列6kV、10kV高效率三相异步电动机的关键技术研究和系列产品设计，加快了高效率高压电动机在行业内的生产与应用。

近年来，高压电动机产品经过不断发展，在产品设计、制造工艺和质量控制方面有了很大的进步，硅钢片、电磁线、绝缘材料等原材料性能有了很大的提高。就为高效高压电动机的开发奠定了良好的基础。

1 基本参数

YX系列高效率高压三相异步电动机基本参数如下： 机座号为H355～H630；功率等级为220～3550kW；极数为2～12极；防护等级为IP23；频率为50Hz；电压为6～10kV；安装方式为IMB3；安装尺寸与原Y系列高压电机相同。

2 型 谱

随着我国电机设计手段、工艺装备和材料性能的不断进步，高压电机的制造水平也在不断提高，在同一机座号中，能制造的电机功率提高很多，就为电机的增容提供了条件，同时，为了减小与国际同类产品的差距，本次开发制定了新的 6kV、10kV系列电机型谱。

(1) 本次开发的6kV高效电机型谱与JB/T 7593—2007《Y系列高压三相异步电动机技术条件(机座号355～630)》相比，H355～H630各极数下分别提高了2个功率档，2P电机型谱与4P电机型谱相同(除H355机座号外)。各极数最大功率档与JB/T 7593—2007标准中H710相衔接，电动机的机座号与转速及功率的对应关系如表1所示。

表1 Y系列6kV高效率高压三相异步电动机型谱

注： 括号内功率为非优先推荐功率。

(2) 本次开发的10kV高效电机型谱与JB/T 10446—2004《Y系列10kV三相异步电动机技术条件(机座号450～630)》相比，H450～H560各极分别提高了2个功率档，在H630机座号各极分别提高了3个功率档；考虑到市场需求和技术进步，增加H400机座号电机型谱，极数分别为2P、4P、6P。电动机的机座号与转速及功率的对应关系如表2所示。

表2 Y系列10kV高效率高压三相异步电动机型谱

注： 括号内功率为非优先推荐功率。

3 试验方法

电动机效率应按GB/T 1032—2012中11.5规定的E法或E1法(测量输入功率的损耗分析法)确定。对于额定功率为1000kW及以上电动机应按GB/T 1032—2012中11.8规定的H法(圆图法)确定，其中杂散损耗按推荐值计算。与GB 30254—2013“高压电动机能效限定值及能效等级”中的规定一致。

4 效率指标的确定

高压高效电机效率达到《节能产品惠民工程高效电机推广实施细则》的规定，在原来普通电机效率的基础上损耗降低20%计算。与GB 30254—2013 “高压电动机能效限定值及能效等级”中的规定一致。

5 技术研究

5.1 绝缘技术研究

国际先进国家在高压高效电机的绝缘厚度上已经减薄到6kV电机的主绝缘厚度约1.1mm、10kV电机的主绝缘厚度约1.9mm。目前我国高压高效电机线圈制造普遍的水平是6kV电机的主绝缘厚度1.8mm、10kV电机的主绝缘厚度2.4mm，高压高效电机绝缘结构与国外的差距还很大，因此需要加强对高压高效电机减薄绝缘结构研究。为此，进行了如下研究：

(1) 影响高压电机减薄绝缘结构的因素。绝缘结构能承受较高的耐电压能力、绝缘结构具有较低的介质损耗tanδ、绝缘结构具有较好的防电晕能力。

(2) 减薄绝缘结构的研究包括匝间绝缘研究及对地绝缘研究、防电晕结构研究及绝缘结构老化试验。

对于高压电机而言，电机线圈的制造工艺、硅钢片冲片工艺及绝缘处理工艺，都对绝缘的可靠性产生很大的影响。考虑到高压电机的这些制造工艺对绝缘结构的影响及云母带尺寸的关系，在制定绝缘规范时充分考虑到这一因素，将6kV高压电机绝缘规范确定为单边绝缘厚度为1.3mm，采用两级防晕结构；10kV高压电机绝缘规范确定为单边绝缘厚度为2.1mm，采用三级防晕和梯度防晕。

5.2 结构研究

(1) 绕组端部风路填塞结构。以往电机设计中绕组端部都是采用φ12mm或φ16mm涤波绳进行绑扎，涤波绳绑扎根数、规格和位置根据电机极数与机座大小各有不同，各制造厂对应都有相应的规范。绑扎过程是将涤波绳穿过端部每只线圈之间的间隙将整台线圈固定为一整体，避免电机在运行过程中振动引起线圈松动，从而影响电机运行的可靠性。

绕组端部风路填塞结构继承了端部固定的作用，同时还起到凝聚风量，增大风压和风速，以提升风扇和冷却器冷却效果，增强绕组端部冷却，采用绕组端部风路填塞结构，优化2P～6P电机，缩短电机机座长度，增加轴的强度，有效地降低绕组端部温度。绕组端部结构如图1所示。

图1 绕组端部填塞结构

(2) 改进电机的通风结构。高压高效电机由于铁心增长，采用原来的结构会导致电机风路不够，影响散热效果，因此需对电机结构进行研究，改进部分规格电机的结构。同时，为降低通风损耗，提高电动机效率，采用ANSYS软件对风路、风扇进行分析、计算，建立更加准确合理的高压电机风路模型、研究不同类型风扇对电机内部流体场的影响、根据计算结果确定风扇结构参数。通过上述研究，提出适合高压高效电动机的风路结构和高效风扇。新旧风扇损耗对比如表3所示。

表3 新旧风扇损耗

5.3 降低电机杂散损耗研究

为降低电机的杂散损耗，适当增大电机的气隙，采用合理的槽配合，减小定、转子谐波磁通的幅值，减少杂散损耗，通过研究，确定合理的电机气隙。

采取切气隙工艺，降低电机的铁耗和杂散损耗。由于本次开发的高压高效电机以铜排转子为主，也为采用切气隙工艺奠定了基础。

6 试制情况

项目组结合高压电机的订货情况，灵活制订了样机的试制规格，部分规格样机的试制数据如表4所示。从样机试制来看，样机的效率均满足技术任务书的要求。

表4 高效率高压电机部分样机数据汇总表

7 结 语

高压高效率电机的开发，提高了我国高压电机的技术水平，缩小了与国际先进水平的差距。这对实现电机能效提升计划(2013—2015)中规定的“到2015年，实现电机产品升级换代，50%的低压三相笼型异步电动机产品、40%的高压电动机产品达到高效电机能效标准规范”目标，解决社会发展能源瓶颈制约、实现我国到2020年单位GDP碳排量降低40%～45%的重要目标，具有不可估量的作用。

[1] GB 30254—2013 高压电动机能效限定值及能效等级[S].

[2] JB/T 7593—2007 Y系列高压三相异步电动机技术条件(机座号335-630)[S].

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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

汤惠明

TM 343

A

1673-6540(2015)05-0081-04

2014-11-11