YE3系列(IP23)設計參數的分析和測試驗證*

金 晶, 顧衛東, 王磊明

(上海電機系統節能工程技術研究中心有限公司，上海 200063)

YE3系列(IP23)設計參數的分析和測試驗證*

金 晶, 顧衛東, 王磊明

(上海電機系統節能工程技術研究中心有限公司，上海 200063)

YE3系列(IP23)三相異步電動機在整體結構上做了全新的設計，直接影響了電動機各種設計參數的選取。對雜散損耗、機械損耗以及氣隙等設計值的選取作了對比分析，并結合樣機測試數據來驗證取值的合理性。

YE3系列三相異步電動機;效率；雜散損耗；機械損耗；氣隙；試驗驗證

0 引 言

效率是電動機的重要性能指標，其高低取決于運行時電動機中所產生的損耗[1]。損耗越大，效率就越低。損耗的大小除了與所選擇的電磁負荷有關外，還與材料性能、繞組形式、電動機結構等有密切關系。由于YE3系列(IP23)產品在電動機結構上做了全新的設計，會直接影響電動機的損耗變化。本文就雜散損耗、機械損耗以及氣隙等設計值的選取作了對比分析，并結合樣機測試數據來驗證取值的合理性。

1 雜散損耗設計值的選取和驗證

負載雜散損耗分為基頻雜散損耗和諧波雜散損耗(又名高頻雜散損耗)。基頻雜散損耗是繞組及繞組端部漏磁在鄰近的金屬部件中產生的磁滯損耗和渦流損耗等，而諧波雜散損耗有齒諧波產生的齒部脈振損耗、表面損耗、轉子諧波損耗、鑄鋁轉子導條間的橫向泄漏電流損耗等。

雜散損耗的大小與電動機的設計參數、加工工藝質量等因素有關[1]。雜散損耗過大不但會嚴重影響電機的效率及起動性能，還可能造成繞組溫升的上升。因此，在YE3系列(IP23)產品參數設計時，對現有的YE2系列(IP55)、YE3系列(IP55)、YNE3系列、YYSE2系列(IP55)及YFE2系列等高效、超高效系列的雜散損耗試驗值做了大量的數據比對和分析，如表1所示。

表1是根據不同的額定功率下，各系列最小、最大以及平均試驗值的標幺值。由于各個電動機制造企業在制造工藝等因素上存在一定的差異性，試驗值的離散性比較大，故YE3系列(IP23)雜散損耗設計值(標幺值)的選取與各系列產品的平均試驗值(標幺值)較接近。YE3系列(IP23)雜散損耗設計值(標幺值)如表2所示。

表1 各系列雜散損耗試驗值(標幺值)匯總

表2 YE3系列(IP23)雜散損耗輸入值(標幺值)

將YE3系列(IP23)雜散損耗設計值(標幺值)與試制樣機的試驗值(標幺值)作比較分析，如表3所示。

從表3可知，對比了10個規格、共16臺樣機的雜散損耗測試數據，其中有4臺樣機的雜散損耗比設計值大很多，分別是YE3(IP23)-225M-6 30 kW 2臺、YE3(IP23)-225M-4 45 kW 1臺以及YE3(IP23)-250M-4 55 kW 1臺，有6臺樣機的測試數據與設計值非常接近，剩下的都比設計值小。

通過對比發現由于雜散損耗的大小與電動機本身的加工工藝關系很大，YE3系列(IP23)雜散損耗設計值的選取基本合理，而對機座號225和250雜散損耗的設計值取值略小，是否需要修改留待今后做更多的驗證來確定。

表3 YE3系列(IP23)雜散損耗設計值與試驗值(標幺值)

2 機械損耗設計值的選取和驗證

三相異步電動機的機械損耗主要包括軸承摩擦損耗和通風損耗。在大多數情況下軸承摩擦損耗的摩擦因數很難確定，而通風損耗更是難以準確確定，一般情況下電動機的機械損耗總是根據現有電動機的試驗數據來近似計算或估取。

對于封閉式結構的電動機，由于電動機軸上帶有獨立的冷卻風扇，導致電動機在不同的轉速情況下的機械損耗存在明顯的變化，而開啟式電機其自身不帶有獨立冷卻風扇，機械損耗受轉速變化影響應該不明顯。

為了驗證上述情況，對現有不帶獨立風扇的IP23結構的產品做了電動機在50 Hz和60 Hz兩個不同頻率下的空載對比試驗，如表4所示。

從表4可知，在相同功率的情況下，60 Hz的機械損耗的試驗值較50 Hz略大，但對于50 Hz時的取值能作一定的參考。

對比現有NEMA系列60 Hz的試驗數據，再結合原先Y系列(IP23)的試驗數據，并考慮到國內、國外企業在制造工藝等一些因素上存在的差異對機械損耗的影響，以及YE3系列(IP23)的定子外徑比Y系列(IP23)的小，而機座的結構變化也跟機械損耗的大小有關系等因素，初步確定了部分YE3系列(IP23)機械損耗的設計值，如表5所示。

表4 IP23電機50 Hz、60 Hz機械損耗對比表

表5 YE3系列(IP23)部分機械損耗設計值

由表5的機械損耗設計值為基礎，初步確定了YE3系列(IP23)機械損耗的設計值，如表6所示。

將YE3系列(IP23)機械損耗設計值與試制樣機的試驗值作比較，如表7所示。

從表7可知，對比9個規格共14臺樣機的機械損耗測試數據，機械損耗的設計值都比試驗值大。觀察相同規格的不同樣機測試值發現，相同規格的測試值也不是完全相同，特別是H315機座號，相同規格的2臺不同樣機的測試值要相差1倍，但其鐵耗測試值(4極1 372 W/1 475 W；6極1 327 W/1 397 W)相差卻不太大。這說明在空載試驗中機械損耗的測試也會存在偏差，只有通過不斷的試驗和數據總結才能更好地來確定機械損耗。

表6 YE3系列(IP23)機械損耗設計值 W

表7 YE3系列(IP23)機械損耗設計值與試驗值比較

通過對比發現YE3系列(IP23)機械損耗設計值選取得略大。由于現有的測試數據非常有限，所以以后會結合更多地測試數據作更好地調整和完善。

3 氣隙設計值的比較和選取

電動機附加損耗與氣隙的1.5次方有關。隨著氣隙的增加，附加損耗會逐步下降，但氣隙的放大會導致電動機的激磁電流和空載電流的增大，功率因數正比于空載電流與額定電流IN之比。隨著氣隙的放大，功率因數會逐漸減小，電流增加，對雜散損耗有時會產生負面效應，因此在放大氣隙的同時，要綜合考慮各參數之間的變化。

現將YE2系列(IP55)、YE3系列(IP55)、YYSE2系列(IP55)以及Y系列(IP23)等的氣隙值作了匯總，如表8所示。

表8 YE2/YE3/YYSE2/Y(IP23)氣隙長度的比較 mm

比較了表8數據后，對YE3系列(IP23)的氣隙值的選取做了規定，如表9所示。

表9 YE3系列(IP23)三相異步電動機的氣隙長度 mm

在樣機試制中發現，極數大的電機(6、8極)的功率因數較設計值偏差大，造成這一情況有設計程序本身的原因，但也不排除氣隙對于功率因數的影響。在今后的研究中會安排做大、小氣隙的對比試制，從而選取最合適的氣隙值來滿足設計的需要。

4 結 語

由于YE3系列(IP23)產品在電動機結構上做了全新的設計，直接影響了電動機各種設計參數的變化，從而對電動機的效率產生影響。本文通過現有大量數據的對比分析、針對性試驗,初步確定了電動機雜散損耗、機械損耗以及氣隙的設計值的選取，并結合試制樣機的測試數據來驗證其合理性，從中汲取經驗來更好地完善產品設計。

[1] 陳世坤.電機設計[M].北京: 機械工業出版社,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

上海電機系統節能工程技術研究中心能力提升項目(14DZ2280800)

金 晶(1983—)，女，工程師，研究方向為高效節能三相異步電動機系列產品的開發。

顧德軍(1973—)，男，高級工程師，研究方向為高效電機設計。

TM 306

A

1673-6540(2017)10- 0106- 04

2017 -02 -24

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