鑄銅轉子超高效率三相異步電動機技術性能分析

楊 旭， 玉佳彬， 梁 棟， 黃 堅

(1.云南銅業壓鑄科技有限公司，云南昆明 650101;

2.南陽防爆集團股份有限公司，河南南陽 473008;

3.國際銅業協會(中國)，上海 200021;

4.上海電器科學研究所(集團)有限公司，上海 200063)

0 引言

三相異步電動機的技術指標主要包括效率、功率因數、堵轉轉矩倍數、堵轉電流倍數、最大轉矩倍數、溫升、振動、噪聲等。鑄銅轉子超高效率三相異步電動機(簡稱銅轉子電機)在保證效率達到IE3超高效率技術水平的同時，還要保證其他技術指標符合常規三相異步電動機的要求，使電動機處于良好的工作狀態。本文通過對銅轉子電機與鋁轉子YX3系列(GB/T 22722—2008)電機的技術指標進行對比分析，同時輔以典型樣機的試驗數據進行驗證，以求確定符合銅轉子超高效率三相異步電動機特性的合理的技術指標。

近期，云南銅業壓鑄科技有限公司與南陽防爆集團股份有限公司、上海電器科學研究所(集團)有限公司就鑄銅轉子超高效率三相異步電動機產品的開發開展了合作，結合樣機的試制情況，編制完成了YBZT系列隔爆型鑄銅轉子超高效率三相異步電動機技術條件和YZTE3系列鑄銅轉子超高效率三相異步電動機技術條件國家標準。

1 技術指標的確定

1.1 效 率

三相異步電動機的應用范圍十分廣泛，據統計其用電量約占工業系統總用電量的75%。世界各國政府和國際組織已公認三相異步電動機具有巨大的節能潛力。因此，世界上許多國家對電動機系統的節能均給予了高度重視。美國、歐洲、加拿大、澳大利亞等國家和地區都制訂了有關三相異步電動機的能效標準。2008年10月，國際電工委員會IEC組織正式發布了IEC60034-30“單速、三相籠型感應電動機的能效分級”標準。該標準統一了全球電機效率標準，將三相異步電動機的能效標準分為IE1、IE2、IE3三個等級，其中IE1為標準效率、IE2為高效率、IE3為超高效率。

銅轉子電機的效率按IEC60034-30中超高效率IE3 50 Hz的標準執行，如表1所示，效率測試方法按IEEE112 B法進行測試。

表1 IE3超高效率標準(50 Hz) %

1.2 溫升、振動、噪聲

由于銅的電阻率約是鋁的電阻率的60%，可以有效降低轉子損耗，同時銅導條比鋁導條具有更優良的導熱性能，故采用鑄銅轉子會有效降低溫升，風扇外徑也可以相應減小，噪聲相應降低。在確定溫升、振動、噪聲的指標原則上，可與YX3系列保持一致。

1.3 功率因數

與提高電機效率所采用的方法及成本進行比較，改善功率因數的方法較容易實現且投入的成本相對較低，故對于超高效率三相異步電動機而言，一般對功率因數不作特別的要求。在美國NEMA MG1標準中，對超高效率三相異步電動機的功率因數也沒有相應的考核指標，但推薦了補償功率因數所用電容容量的計算及應用方法。通常設置功率因數補償器的費用僅占總費用(運行費用與制造成本之和)的1% ～3%。使用無功功率補償不僅可以減少網絡中的損耗，還可以有效降低電壓波動，有利于電動機的經濟運行。

銅轉子電機的功率因數指標主要根據產品的設計情況來確定。例如對于YBZT系列隔爆型鑄銅轉子超高效率三相異步電動機產品，與YX3系列產品相比較，其功率因數略有降低，這對0.75～7.5 kW范圍內的產品來說表現的尤為明顯。原因主要是為了提高有效材料的利用率，并保持較高的效率水平而導致功率因數下降。由于銅轉子電機小功率段效率提高的幅度很大，導致功率因數降低幅度也較大，這在超高效率電動機的試驗數據上均有體現。

本次功率因數指標的確定，與YX3系列高效率三相異步電動機產品相比有所降低，對比情況如表2所示。

1.4 最大轉矩倍數

最大轉矩倍數的大小，表征電機的過載能力，提高這一轉矩，也就提高了電機承受沖擊載荷的能力。銅轉子電機的最大轉矩較YX3系列普遍提高。YX3系列平均值為2.2倍，銅轉子電機的平均值為2.4倍，較YX3系列提高10%。具體對比見表3。

1.5 堵轉轉矩倍數、堵轉電流倍數

由于銅的電阻率低于鋁的電阻率，在采用鑄銅轉子后，轉子電阻降低，電機的效率得到了很大提升，但是電動機的堵轉轉矩會相應降低，堵轉電流倍數會相應增加。因此，對電機的轉子槽形必須進行優化調整，設計出符合銅轉子特性的轉子沖片，以保證銅轉子電動機的堵轉性能符合相應的國家標準，故銅轉子電機的堵轉轉矩倍數、堵轉電流倍數指標與YX3系列產品基本一致。

表2 銅轉子電機和YX3系列功率因數標準值對比

2 典型樣機的試驗情況

YBZT系列(隔爆型)和YZTE3系列鑄銅轉子超高效率三相異步電動機典型規格樣機試制情況，按各大指標試制結果分述如下。

2.1 效率指標

典型規格樣機的效率指標試制結果如表4所示。由表4可知，樣機的效率指標完全達到了IE3超高效率的標準要求。

2.2 功率因數

典型規格樣機功率因數的試驗數據與試制用技術條件的對比情況如表5所示。從表5中的對比情況可看出，典型規格樣機的功率因數指標基本達到試制用技術條件的要求。

表3 銅轉子電機和YX3系列最大轉矩倍數標準值對比

2.3 最大轉矩倍數

從表6給出的最大轉矩數據可看出，實測最大轉矩值倍數完全合格，表示鑄銅轉子電動機的過載能力較強。

2.4 堵轉轉矩倍數和堵轉電流倍數

典型規格樣機堵轉轉矩倍數和堵轉電流倍數的試驗數據列入表7和表8。超高效率鑄銅轉子電動機應與普通鑄鋁轉子電動機一樣，其堵轉電流和堵轉轉矩等指標也應符合《單速三相籠型感應電動機起動性能(GB/T21210—2007)》標準的相關規定。從表7可看出，表示超高效率鑄銅轉子電動機的轉子槽形經過優化后，可以達到相關標準的規定考核要求。

表4 典型規格樣機效率的試驗數據

表5 典型規格樣機功率因數的試驗數據

表6 典型規格樣機最大轉矩倍數的試驗數據

表7 典型規格樣機堵轉轉矩倍數的試驗數據

表8 典型規格樣機堵轉電流倍數的試驗數據

3 結語

從以上對電動機的實測數據分析可以看出，鑄銅轉子電動機在達到IE3超高效率水平的同時，最大轉矩倍數出現了明顯的上升趨勢，具備了較強的過載能力;堵轉電流倍數水平低于常規的考核值，堵轉轉矩穩定，電動機有良好的起動性能;可以說，超高效率鑄銅轉子電動機的主要技術指標經過理論和實際驗證，是相對合理的。在此基礎上，編制完成了YBZT系列(隔爆型)鑄銅轉子超高效率三相異步電動機技術條件和YZTE3系列鑄銅轉子超高效率三相異步電動機技術條件的國家標準。。 ，

［1］GB/T 22722—2008 YX3系列(IP55)高效率三相異步電動機技術條件(機座號80-355)［S］.

［2］IEC 60034-30—2008 單連、三相籠型感應電動機的能效分級［S］.