大型异步变频调速电动机通风系统测试研制

张晓明，　廖小兵，　樊少丽

(1. 甘肃省水利水电勘测设计研究院， 甘肃 兰州　730000；2. 兰州电机股份有限公司， 甘肃 兰州　730000)



大型异步变频调速电动机通风系统测试研制

张晓明1，廖小兵2，樊少丽2

(1. 甘肃省水利水电勘测设计研究院， 甘肃 兰州730000；2. 兰州电机股份有限公司， 甘肃 兰州730000)

电机的通风冷却对于电机的稳定运行和电机寿命至关重要。对电机的通风方式进行了介绍，结合试验数据验证改造电机局部结构的可行性。论述上述方法的正确性，为工程应用提供了参考。

通风试验； 风路设计； 变频调速电动机

0　引　言

笼型三相异步变频调速电动机以结构简单、技术成熟、可靠性高等优点，在民用和军工行业都得到了广泛应用。在实际工程运行中，由于笼型三相异步变频调速电动机的大量使用，电动机的温升问题越来越突出。变频调速电动机的温升是决定电机稳定运行和电机寿命的重要因素。电机的温升不仅取决于电机本身所产生的热量，还取决于电机的散热能力。因此，在进行高压变频调速电机设计时，必须进行电机通风计算，电机通风计算取决于通风方式的选择设计和制造。

1　变频调速电机通风方式

变频调速电机通风冷却将直接影响电机的温升，从而影响电机的稳定运行和电机的整机寿命。电机冷却需要满足国家规程规范的要求，各个部分不能产生局部过热，冷却系统的结构需简单易行，冷却系统的功率要少，电力损耗也需减少。

2013年3月，兰州电机公司向某公司提供笼型异步变频电动机。该型号电机是原厂内供用户的备机，由于原电机在实际运行过程中温升过高(大于协议规定的温升限制95K)，达到了108K，不能满足工程要求，兰州电机厂再次生产时需对原电机进行温升改造。

本次改造通过新开转子冲片及优化冷却器结构，改变电机风路，通过试制验证该电动机能否满足环境温度55℃条件下,电机温升不超过95K的要求。验证大功率空-空冷三相笼型异步变频调速电动机理论设计与实际测试结果的吻合性。电机的基本参数如表1所示。

表1　笼型异步变频电机参数

2　通风改造设计

2.1电磁方案

由于该电动机使用环境的特殊性，针对原电机存在的问题，重新调整了电磁方案，新开转子冲片，满足变频的使用要求。

2.2结构设计改造

(1) 该电动机定子线圈改为减薄型绝缘，增加电机散热能力。

(2) 转子槽形由原梯形槽改用矩形槽，从而增加转子铜排间过风面积，减小风阻，如图1所示。

(3) 转子铁心端头增加导风筒改善转子通风，转子风扇改用压头较高的离心风扇。

(4) 冷却器结构及插管方向，优化电机内风路。

图1　原电机及新改造转子结构

原电机冷却方式为IC666，通风结构为横向排管，设计复杂，外风路有8只风机，通风效果差。又由于该电动机调速范围为20%～100%，使用环境温度偏高，运行工况恶劣,电动机通风设计难度大，故此次设计简化风路采用IC616的通风结构。外风路只有2个风机，内风路自带离心风扇，同时为减小风阻增大了管间距；改变冷却管的插入方向，更有效地利用了冷却管，如图2所示。

图2　原电机及改造后电机冷却器结构

(5) 原电机与改造后电机风路示意如图3所示。

图3　原电机与改造后电机通风结构

3　改造后电机通风计算简述

内风扇外圆线速度：

内风扇内圆线速度：

内风扇静压(即当风量为零时径向叶片风扇压力)：

H0=0.075(V22-V12)=0.075×(47.92-

37.52)=66.6kg/m2(mmH2O)

内风扇出风面积：

S2=0.92πD2b=0.293m2

内风扇最大风量：

Qmax=0.42V2S2=5.89m3/s

风量为QB时内风扇压力：

式中：QB——内部半个电机总风量，m3/s。

转子外圆线速度：

转子内圆线速度：

转子风道片产生静压力：

H0′=0.075×(u22-u12)=

116.6kg/m2(mmH2O)

转子风道片出风面积:

转子风道最大风量:

Qmax′=0.42×u2×S2′=4.39m3/s

风量为QB时转子风道片产生风压:

116.6-6.05QB2

内风路总压力:

(66.6-1.9QB2)+(116.6-6.05QB2)=

(0.061 2×594)QB2

整个电机总风量：

28.5QB2=183.2m3/s

QB=2.53m3/s

2QB=2×2.53=5.06m3/s

外风路风机最大风量:

Qmax″=10.7m3/s

当风量为QH时的风压H3：

86.2-0.755QH2

86.2-0.755QH2=0.0612×79QH2

QH=3.93m3/s

经以上电机通风计算，其结果满足电机运行要求。

4　试验数据及结果

该电动机改造于2013年9月试制完毕，通过试验，电动机的主要指标满足技术条件和用户的要求。具体参数如表2所示。

表2　改造后电机设计值与试验值对比

改造后电机经现场实际运行，各项性能指标均满足要求，试制成功，完全满足国家规程规范及用户的要求。

5　结　语

高压变频调速电动机的冷却风量并非越大越好，风量太大给电动机原本就很紧张的空间和设备本体带来不必要的浪费；风量太小又无法保证电动机的冷却要求，从而引起电机过热，温升过高，因此，应根据实际工厂的试验数据结果及规程规范的要求进行设计制造，保证电动机的安全稳定运行。

该电动机的试制成功，为大功率变频电动机的制造和设计积累了宝贵的经验，使大型异步变频调速电动机制造水平上了一个新台阶，在工程中应进一步得到推广。

[1]汤蕰聄，史乃.电机学[M].北京： 机械工业出版社，2011.

[2]陈世坤.电机设计[M].北京： 机械工业出版社，2000.

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[4]周凤.YKK高压电机冷却器通风计算[J].宁夏机械，2006(3)： 19-20.

Test Development of Large Asynchronous Variable Frequency Speed Regulating Motor Ventilation System

ZHANGXiaoming1，LIAOXiaobing2，FANShaoli2

(1. Gansu Province Water Conservancy and Hydropower Survey Design Institute， Lanzhou 730000, China；2. Lanzhou Electric Corporation, Lanzhou 730000, China)

Ventilation and cooling of the motor for the stable operation of the motor and motor life is essential.Ventilation mode of motor were introduced, combined with the test data validate motor on the feasibility of local structure, discussed the correctness of the above methods, provided the reference for the engineering application.

ventilation experiment； wind road design； variable frequency speed regulating motor

张晓明(1964—)，男，高工，研究方向为水电站、泵站、变电所的电气设计。

廖小兵(1968—)，男，工程师，研究方向为电机设计。

TM 306

A

1673-6540(2016)09- 0083- 03

2016-06-12

樊少丽(1974—)，女，工程师，研究方向为电机设计。