YXKK560-10 630 kW 10 kV IP54一级能效高电动机的研制与设计

刘文忠，高沛，何淑敏

[中图分类号] TM341

[文献标志码]A

[文章编号]2095-6487 （2021） 02-0065-02

Development and Design of YXKK560-10630 kW 10 kV lP54 Grade

I Energy Efficiency and High Efficiency Motor

Liu Wen-zhong，Gao Pei，He Shu-min

[ Abstract]

As me driving equipment， motor is widely used to drwe various loads. At the same time， motor is also the equipment with the higheslenergy consumption. Taking the design process of yxkk560-10630 kw

10 kV IP54 three-phase asynchronous motor as an example， this paper introducesthe performance parameters and structural characteristics of grade I energy-efficient asynchronous motor， and points out the key measures adopted in thedesign

[ Keywords] primary energy efficiency; motor design; loss analysis; high efficiency motor

电动机是一种使用量最人的驱动设备，被广泛地用于化工、煤矿、水利、矿山、石油等领域，是最人的能耗设备，人约占工业用电量的70%。高效电机的推广不仅可以降低企业的能耗成本，而且可以有助于缓解供电压力、减少废气污染，起到保护环境的作用。

目前市场上高损耗的电动机已经被淘汰，主要是三级能效和二级能效电动机，二级能效电动机效率高于三级能效电动机，而效率最高的一级能效高效电动机还没有被广泛推广，这是因为一级能效高效电动机的材料成本高，设计难度人，因此一级能效高效率电动机的开发对企业和社会的发展有重要的意义。

本文以YXKK560-10 630kW lOkVIP54_相异步电动机为例，介绍了一级能效电动机的研制与设计过程，通过电动机结构与电动机损耗分析来实现一级能效。

1 电动机基本技术参数

型号：YXKK560-10 630kW;负载：水泵;额定电压：10 kV

额定频率：50 Hz;效率：95.O%;功率因数：0.78;最人转矩倍数：1.8;堵转转矩倍数：0.7;堵转电流倍数：6.0;冷却方式：IC611。

2 电磁设计

该电机中心高为H560，选择定子冲片外径950 mm，转子冲片外径710 mm，转子冲片内径475 mm，定、转子槽配合选择90/69，该槽配合既不会产生同步附加转矩，也不会产生电磁噪声。铁芯总长800 mm，通风道数13。定子槽型选用开口槽，定子采用双层叠绕组，接线方式为Y接，为削弱五次谐波和七次谐波，绕组节距选取5/6极距。考虑到负载为水泵，水泵对电动机的起动转矩要求不高，一般人于0.7倍额定转矩就足够，所以转子槽型选用矩形槽，适当增加转子导条的导电而积，同时转子导条的材质选用紫铜，紫铜的电阻小，减小转子导条的电流损耗，紫铜的强度高，能满足转矩的传递，防止断条。

三相异步电动机的损耗有五类，分别是铁耗、机械损耗、定子铜耗、转子铜耗和杂散损耗，分别采取不同措施来降低这五类损耗，提高电机效率，具体措施如下。

本电机定子齿磁通密度1.45 T、定子轭磁通密度1.4T，转子齿磁通密度1.35T，转子轭磁通密度0.89T，气隙磁通密度0.73T。

（1）铁耗。按定子齿和定子轭的磁通密度查出铁损系数PT1和PC1，在分别乘以定子齿和定子轭的体积即等于铁耗，当定子齿磁通密度1.45T、定子轭磁通密度1.4T时达到最优比例，铁耗较小，而且不浪费材料。定、转子冲片材料采用高磁感、低铁损率的优质50 W3 50冷轧硅钢片，减少磁滞损耗和涡流损耗;工艺上减少槽型毛刺，保证铁芯紧密度，气隙不均匀度控制为±8%，通过以上措施减少电机铁耗。该电机铁耗经过分析计算为9.17 kW。

（2）机械损耗。機械损耗主要是风扇损耗，风扇叶片的外径、宽度、数量、角度对风量、风压以及机械耗影响很大，风叶的外径与风扇损耗的3次方成正比，凤叶宽度与风扇损耗成线性关系。本次设计内、外风扇叶片均设计成后倾式结构，选取30。倾角，减小空气进入风扇的撞击，降低风扇损耗。增加风叶数量，内外风扇均选择17个叶片，在保持风量不变的情况下减小风叶宽度。冷却器设计放弃传统的矩形布管结构，采用”M”型布管，减小风路风阻，来降低风扇输出风压，减小了风扇外径尺寸。经计算和对比公司同型号电机，该电机机械耗约为2.2 kW。

（3）定子铜耗。定子铜耗=12R，定子采用先进真空压力浸渍无溶剂漆（VPI）工艺处理，不但提高了绝缘性，而且减薄了线圈绝缘，提高了槽满率，有效地增人了导线的截而积，减小了电阻R，降低了定子铜耗，从而提高电机效率。该电机定子铜耗为10.3 kW。

（4）转子铜耗。该电机设计成铜导条转子，采用较人截而积的转子导条和转子端环，减小转子导条与端环的电阻以降低转子铜耗。该电机转子铜耗为3.62 kW。

（5）杂散损耗。三相异步电动机的槽配合（定子槽数和转子槽数），对电机的杂散损耗影响很人。该电机槽配合选取90/69，该槽配合能减小齿谐波。叠绕组节距采用5/6，有效削弱五次和七次相带谐波。电机杂散损耗为6.9 kW。

效率n一功率/（功率+铁耗+机械耗+定子铜耗+转子铜耗+杂散损耗）。

综上，电动机额定运行时效率如表1所示。

由以上分析可知，电动机效率满足一级能效标准要求，性能经过分析计算如表2。

3 结构设计

电动机结构形式为IMB3，本产品主要由定子、转子、轴承、冷却器、风扇罩、接线盒等部分组成，定子又包括机座、定子铁芯、定子线圈等关键部分，转子方面包括转轴、转子铁芯、风扇。

电机轴承采用滚动轴承，脂润滑，型式方便拆装，确保机组安全可靠地运行。

机座采用多个加工后的钢板单件焊接而成，起承受冷却器和定、转子铁芯重量，固定铁心的作用。机座有专用整机吊装及翻转用吊攀。定子铁芯使用50 W3 50低损耗硅钢片叠压而成，采用整圆片，冲片叠压系数不低于0.98。定子采用外压装，先把定子线圈装入铁芯，整个铁芯带线圈采用真空VPI浸漆、然后l‘燥，这样绕组端部和直线部分固化成整体，增加线圈的机械强度。转子采用鼠笼转子结构，转子导条为铜，导条与端环采用中频焊的焊接方法，导条装入转子铁芯后，根据导条长度确定冲紧宽度、长度、深度，选择合适宽度的冲头，将冲头安装在气动锤上冲紧导条。有效地防止导条窜动，提高了转子的整体性，防止电动机在运行中导条振动。电动机总体结构图如图1所示。

4 试验

该电机装配完成后进行型式试验一次性合格，土要技术参数见表3。

分析型式试验，可以得出，本电机的各项性能指标均达到了要求.效率达到了高效电机的一级能效标准要求，各项损耗与设计值相近，通过试验结果分析，电机的温升为62K，仍有裕度，为了降低电机的材料成本，可以提高电机的热负荷，即减小定、转子的材料，但这会引起电机的铁耗和铜耗增加，电机效率有所下降。虽然电机效率也有裕度，但也要控制好效率不要低于标准。从另外一个方而考虑，因为电机的温升低，说明电机冷却风量有裕度，所以可以减小电机的内、外风扇，这样机械耗会减小，电机的效率会进一步提高。

參考文献

[1]陈世坤.电机设计[M]北京：机械工业出版社，2000

[2]湘潭电机厂交流电机设计手册[M]长沙：湖南人民出版社，1978

[3]许实章电机学[M]北京：机械工业出版社，1992

[4]邓文科空压机用高效率永磁同步电机的设计[J]建筑工程技术与设计，2019 （10）：208.

[5]钟燕辉变频调速永磁同步电动机的设计[J]科技创新与应用，2020 （30）：84-85