大型異步變頻調速電動機通風系統測試研制

張曉明，　廖小兵，　樊少麗

(1. 甘肅省水利水電勘測設計研究院， 甘肅 蘭州　730000；2. 蘭州電機股份有限公司， 甘肅 蘭州　730000)

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大型異步變頻調速電動機通風系統測試研制

張曉明1，廖小兵2，樊少麗2

(1. 甘肅省水利水電勘測設計研究院， 甘肅 蘭州730000；2. 蘭州電機股份有限公司， 甘肅 蘭州730000)

電機的通風冷卻對于電機的穩定運行和電機壽命至關重要。對電機的通風方式進行了介紹，結合試驗數據驗證改造電機局部結構的可行性。論述上述方法的正確性，為工程應用提供了參考。

通風試驗； 風路設計； 變頻調速電動機

0　引　言

籠型三相異步變頻調速電動機以結構簡單、技術成熟、可靠性高等優點，在民用和軍工行業都得到了廣泛應用。在實際工程運行中，由于籠型三相異步變頻調速電動機的大量使用，電動機的溫升問題越來越突出。變頻調速電動機的溫升是決定電機穩定運行和電機壽命的重要因素。電機的溫升不僅取決于電機本身所產生的熱量，還取決于電機的散熱能力。因此，在進行高壓變頻調速電機設計時，必須進行電機通風計算，電機通風計算取決于通風方式的選擇設計和制造。

1　變頻調速電機通風方式

變頻調速電機通風冷卻將直接影響電機的溫升，從而影響電機的穩定運行和電機的整機壽命。電機冷卻需要滿足國家規程規范的要求，各個部分不能產生局部過熱，冷卻系統的結構需簡單易行，冷卻系統的功率要少，電力損耗也需減少。

2013年3月，蘭州電機公司向某公司提供籠型異步變頻電動機。該型號電機是原廠內供用戶的備機，由于原電機在實際運行過程中溫升過高(大于協議規定的溫升限制95K)，達到了108K，不能滿足工程要求，蘭州電機廠再次生產時需對原電機進行溫升改造。

本次改造通過新開轉子沖片及優化冷卻器結構，改變電機風路，通過試制驗證該電動機能否滿足環境溫度55℃條件下,電機溫升不超過95K的要求。驗證大功率空-空冷三相籠型異步變頻調速電動機理論設計與實際測試結果的吻合性。電機的基本參數如表1所示。

表1　籠型異步變頻電機參數

2　通風改造設計

2.1電磁方案

由于該電動機使用環境的特殊性，針對原電機存在的問題，重新調整了電磁方案，新開轉子沖片，滿足變頻的使用要求。

2.2結構設計改造

(1) 該電動機定子線圈改為減薄型絕緣，增加電機散熱能力。

(2) 轉子槽形由原梯形槽改用矩形槽，從而增加轉子銅排間過風面積，減小風阻，如圖1所示。

(3) 轉子鐵心端頭增加導風筒改善轉子通風，轉子風扇改用壓頭較高的離心風扇。

(4) 冷卻器結構及插管方向，優化電機內風路。

圖1　原電機及新改造轉子結構

原電機冷卻方式為IC666，通風結構為橫向排管，設計復雜，外風路有8只風機，通風效果差。又由于該電動機調速范圍為20%～100%，使用環境溫度偏高，運行工況惡劣,電動機通風設計難度大，故此次設計簡化風路采用IC616的通風結構。外風路只有2個風機，內風路自帶離心風扇，同時為減小風阻增大了管間距；改變冷卻管的插入方向，更有效地利用了冷卻管，如圖2所示。

圖2　原電機及改造后電機冷卻器結構

(5) 原電機與改造后電機風路示意如圖3所示。

圖3　原電機與改造后電機通風結構

3　改造后電機通風計算簡述

內風扇外圓線速度：

內風扇內圓線速度：

內風扇靜壓(即當風量為零時徑向葉片風扇壓力)：

H0=0.075(V22-V12)=0.075×(47.92-

37.52)=66.6kg/m2(mmH2O)

內風扇出風面積：

S2=0.92πD2b=0.293m2

內風扇最大風量：

Qmax=0.42V2S2=5.89m3/s

風量為QB時內風扇壓力：

式中：QB——內部半個電機總風量，m3/s。

轉子外圓線速度：

轉子內圓線速度：

轉子風道片產生靜壓力：

H0′=0.075×(u22-u12)=

116.6kg/m2(mmH2O)

轉子風道片出風面積:

轉子風道最大風量:

Qmax′=0.42×u2×S2′=4.39m3/s

風量為QB時轉子風道片產生風壓:

116.6-6.05QB2

內風路總壓力:

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

(0.061 2×594)QB2

整個電機總風量：

28.5QB2=183.2m3/s

QB=2.53m3/s

2QB=2×2.53=5.06m3/s

外風路風機最大風量:

Qmax″=10.7m3/s

當風量為QH時的風壓H3：

86.2-0.755QH2

86.2-0.755QH2=0.0612×79QH2

QH=3.93m3/s

經以上電機通風計算，其結果滿足電機運行要求。

4　試驗數據及結果

該電動機改造于2013年9月試制完畢，通過試驗，電動機的主要指標滿足技術條件和用戶的要求。具體參數如表2所示。

表2　改造后電機設計值與試驗值對比

改造后電機經現場實際運行，各項性能指標均滿足要求，試制成功，完全滿足國家規程規范及用戶的要求。

5　結　語

高壓變頻調速電動機的冷卻風量并非越大越好，風量太大給電動機原本就很緊張的空間和設備本體帶來不必要的浪費；風量太小又無法保證電動機的冷卻要求，從而引起電機過熱，溫升過高，因此，應根據實際工廠的試驗數據結果及規程規范的要求進行設計制造，保證電動機的安全穩定運行。

該電動機的試制成功，為大功率變頻電動機的制造和設計積累了寶貴的經驗，使大型異步變頻調速電動機制造水平上了一個新臺階，在工程中應進一步得到推廣。

[1]湯蕰聄，史乃.電機學[M].北京： 機械工業出版社，2011.

[2]陳世坤.電機設計[M].北京： 機械工業出版社，2000.

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[4]周鳳.YKK高壓電機冷卻器通風計算[J].寧夏機械，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

張曉明(1964—)，男，高工，研究方向為水電站、泵站、變電所的電氣設計。

廖小兵(1968—)，男，工程師，研究方向為電機設計。

TM 306

A

1673-6540(2016)09- 0083- 03

2016-06-12

樊少麗(1974—)，女，工程師，研究方向為電機設計。