YE3系列(IP23)设计参数的分析和测试验证*

金 晶, 顾卫东, 王磊明

(上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司，上海 200063)

YE3系列(IP23)设计参数的分析和测试验证*

金 晶, 顾卫东, 王磊明

(上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司，上海 200063)

YE3系列(IP23)三相异步电动机在整体结构上做了全新的设计，直接影响了电动机各种设计参数的选取。对杂散损耗、机械损耗以及气隙等设计值的选取作了对比分析，并结合样机测试数据来验证取值的合理性。

YE3系列三相异步电动机;效率；杂散损耗；机械损耗；气隙；试验验证

0 引 言

效率是电动机的重要性能指标，其高低取决于运行时电动机中所产生的损耗[1]。损耗越大，效率就越低。损耗的大小除了与所选择的电磁负荷有关外，还与材料性能、绕组形式、电动机结构等有密切关系。由于YE3系列(IP23)产品在电动机结构上做了全新的设计，会直接影响电动机的损耗变化。本文就杂散损耗、机械损耗以及气隙等设计值的选取作了对比分析，并结合样机测试数据来验证取值的合理性。

1 杂散损耗设计值的选取和验证

负载杂散损耗分为基频杂散损耗和谐波杂散损耗(又名高频杂散损耗)。基频杂散损耗是绕组及绕组端部漏磁在邻近的金属部件中产生的磁滞损耗和涡流损耗等，而谐波杂散损耗有齿谐波产生的齿部脉振损耗、表面损耗、转子谐波损耗、铸铝转子导条间的横向泄漏电流损耗等。

杂散损耗的大小与电动机的设计参数、加工工艺质量等因素有关[1]。杂散损耗过大不但会严重影响电机的效率及起动性能，还可能造成绕组温升的上升。因此，在YE3系列(IP23)产品参数设计时，对现有的YE2系列(IP55)、YE3系列(IP55)、YNE3系列、YYSE2系列(IP55)及YFE2系列等高效、超高效系列的杂散损耗试验值做了大量的数据比对和分析，如表1所示。

表1是根据不同的额定功率下，各系列最小、最大以及平均试验值的标幺值。由于各个电动机制造企业在制造工艺等因素上存在一定的差异性，试验值的离散性比较大，故YE3系列(IP23)杂散损耗设计值(标幺值)的选取与各系列产品的平均试验值(标幺值)较接近。YE3系列(IP23)杂散损耗设计值(标幺值)如表2所示。

表1 各系列杂散损耗试验值(标幺值)汇总

表2 YE3系列(IP23)杂散损耗输入值(标幺值)

将YE3系列(IP23)杂散损耗设计值(标幺值)与试制样机的试验值(标幺值)作比较分析，如表3所示。

从表3可知，对比了10个规格、共16台样机的杂散损耗测试数据，其中有4台样机的杂散损耗比设计值大很多，分别是YE3(IP23)-225M-6 30 kW 2台、YE3(IP23)-225M-4 45 kW 1台以及YE3(IP23)-250M-4 55 kW 1台，有6台样机的测试数据与设计值非常接近，剩下的都比设计值小。

通过对比发现由于杂散损耗的大小与电动机本身的加工工艺关系很大，YE3系列(IP23)杂散损耗设计值的选取基本合理，而对机座号225和250杂散损耗的设计值取值略小，是否需要修改留待今后做更多的验证来确定。

表3 YE3系列(IP23)杂散损耗设计值与试验值(标幺值)

2 机械损耗设计值的选取和验证

三相异步电动机的机械损耗主要包括轴承摩擦损耗和通风损耗。在大多数情况下轴承摩擦损耗的摩擦因数很难确定，而通风损耗更是难以准确确定，一般情况下电动机的机械损耗总是根据现有电动机的试验数据来近似计算或估取。

对于封闭式结构的电动机，由于电动机轴上带有独立的冷却风扇，导致电动机在不同的转速情况下的机械损耗存在明显的变化，而开启式电机其自身不带有独立冷却风扇，机械损耗受转速变化影响应该不明显。

为了验证上述情况，对现有不带独立风扇的IP23结构的产品做了电动机在50 Hz和60 Hz两个不同频率下的空载对比试验，如表4所示。

从表4可知，在相同功率的情况下，60 Hz的机械损耗的试验值较50 Hz略大，但对于50 Hz时的取值能作一定的参考。

对比现有NEMA系列60 Hz的试验数据，再结合原先Y系列(IP23)的试验数据，并考虑到国内、国外企业在制造工艺等一些因素上存在的差异对机械损耗的影响，以及YE3系列(IP23)的定子外径比Y系列(IP23)的小，而机座的结构变化也跟机械损耗的大小有关系等因素，初步确定了部分YE3系列(IP23)机械损耗的设计值，如表5所示。

表4 IP23电机50 Hz、60 Hz机械损耗对比表

表5 YE3系列(IP23)部分机械损耗设计值

由表5的机械损耗设计值为基础，初步确定了YE3系列(IP23)机械损耗的设计值，如表6所示。

将YE3系列(IP23)机械损耗设计值与试制样机的试验值作比较，如表7所示。

从表7可知，对比9个规格共14台样机的机械损耗测试数据，机械损耗的设计值都比试验值大。观察相同规格的不同样机测试值发现，相同规格的测试值也不是完全相同，特别是H315机座号，相同规格的2台不同样机的测试值要相差1倍，但其铁耗测试值(4极1 372 W/1 475 W；6极1 327 W/1 397 W)相差却不太大。这说明在空载试验中机械损耗的测试也会存在偏差，只有通过不断的试验和数据总结才能更好地来确定机械损耗。

表6 YE3系列(IP23)机械损耗设计值 W

表7 YE3系列(IP23)机械损耗设计值与试验值比较

通过对比发现YE3系列(IP23)机械损耗设计值选取得略大。由于现有的测试数据非常有限，所以以后会结合更多地测试数据作更好地调整和完善。

3 气隙设计值的比较和选取

电动机附加损耗与气隙的1.5次方有关。随着气隙的增加，附加损耗会逐步下降，但气隙的放大会导致电动机的激磁电流和空载电流的增大，功率因数正比于空载电流与额定电流IN之比。随着气隙的放大，功率因数会逐渐减小，电流增加，对杂散损耗有时会产生负面效应，因此在放大气隙的同时，要综合考虑各参数之间的变化。

现将YE2系列(IP55)、YE3系列(IP55)、YYSE2系列(IP55)以及Y系列(IP23)等的气隙值作了汇总，如表8所示。

表8 YE2/YE3/YYSE2/Y(IP23)气隙长度的比较 mm

比较了表8数据后，对YE3系列(IP23)的气隙值的选取做了规定，如表9所示。

表9 YE3系列(IP23)三相异步电动机的气隙长度 mm

在样机试制中发现，极数大的电机(6、8极)的功率因数较设计值偏差大，造成这一情况有设计程序本身的原因，但也不排除气隙对于功率因数的影响。在今后的研究中会安排做大、小气隙的对比试制，从而选取最合适的气隙值来满足设计的需要。

4 结 语

由于YE3系列(IP23)产品在电动机结构上做了全新的设计，直接影响了电动机各种设计参数的变化，从而对电动机的效率产生影响。本文通过现有大量数据的对比分析、针对性试验,初步确定了电动机杂散损耗、机械损耗以及气隙的设计值的选取，并结合试制样机的测试数据来验证其合理性，从中汲取经验来更好地完善产品设计。

[1] 陈世坤.电机设计[M].北京: 机械工业出版社,2000.

AnalysisofDesignParametersandTestValidationofYE3Series(IP23)Three-PhaseAsynchronousMotors*

JINJing,GUWeidong,WANGLeiming

(Shanghai Engineering Research Center of Motor System Energy Saving Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

The overall structure of the new design of YE3 series (IP23) three-phase asynchronous motor, which directly affected the motor selection of various design parameters. The selection of design values such as stray loss, mechanical loss and air gap were compared and analyzed, and combined with prototype test data to verified the rationality of the values.

YE3seriesthree-phaseasynchronousmotor;efficiency;straylosses;mechanicalloss;airgap;testvalidation

上海电机系统节能工程技术研究中心能力提升项目(14DZ2280800)

金 晶(1983—)，女，工程师，研究方向为高效节能三相异步电动机系列产品的开发。

顾德军(1973—)，男，高级工程师，研究方向为高效电机设计。

TM 306

A

1673-6540(2017)10- 0106- 04

2017 -02 -24

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《电机与控制应用》编辑部