YXKK560-10 630 kW 10 kV IP54一級能效高電動機的研制與設計

劉文忠，高沛，何淑敏

[中圖分類號] TM341

[文獻標志碼]A

[文章編號]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

電動機是一種使用量最人的驅動設備，被廣泛地用于化工、煤礦、水利、礦山、石油等領域，是最人的能耗設備，人約占工業用電量的70%。高效電機的推廣不僅可以降低企業的能耗成本，而且可以有助于緩解供電壓力、減少廢氣污染，起到保護環境的作用。

目前市場上高損耗的電動機已經被淘汰，主要是三級能效和二級能效電動機，二級能效電動機效率高于三級能效電動機，而效率最高的一級能效高效電動機還沒有被廣泛推廣，這是因為一級能效高效電動機的材料成本高，設計難度人，因此一級能效高效率電動機的開發對企業和社會的發展有重要的意義。

本文以YXKK560-10 630kW lOkVIP54_相異步電動機為例，介紹了一級能效電動機的研制與設計過程，通過電動機結構與電動機損耗分析來實現一級能效。

1 電動機基本技術參數

型號：YXKK560-10 630kW;負載：水泵;額定電壓：10 kV

額定頻率：50 Hz;效率：95.O%;功率因數：0.78;最人轉矩倍數：1.8;堵轉轉矩倍數：0.7;堵轉電流倍數：6.0;冷卻方式：IC611。

2 電磁設計

該電機中心高為H560，選擇定子沖片外徑950 mm，轉子沖片外徑710 mm，轉子沖片內徑475 mm，定、轉子槽配合選擇90/69，該槽配合既不會產生同步附加轉矩，也不會產生電磁噪聲。鐵芯總長800 mm，通風道數13。定子槽型選用開口槽，定子采用雙層疊繞組，接線方式為Y接，為削弱五次諧波和七次諧波，繞組節距選取5/6極距?？紤]到負載為水泵，水泵對電動機的起動轉矩要求不高，一般人于0.7倍額定轉矩就足夠，所以轉子槽型選用矩形槽，適當增加轉子導條的導電而積，同時轉子導條的材質選用紫銅，紫銅的電阻小，減小轉子導條的電流損耗，紫銅的強度高，能滿足轉矩的傳遞，防止斷條。

三相異步電動機的損耗有五類，分別是鐵耗、機械損耗、定子銅耗、轉子銅耗和雜散損耗，分別采取不同措施來降低這五類損耗，提高電機效率，具體措施如下。

本電機定子齒磁通密度1.45 T、定子軛磁通密度1.4T，轉子齒磁通密度1.35T，轉子軛磁通密度0.89T，氣隙磁通密度0.73T。

（1）鐵耗。按定子齒和定子軛的磁通密度查出鐵損系數PT1和PC1，在分別乘以定子齒和定子軛的體積即等于鐵耗，當定子齒磁通密度1.45T、定子軛磁通密度1.4T時達到最優比例，鐵耗較小，而且不浪費材料。定、轉子沖片材料采用高磁感、低鐵損率的優質50 W3 50冷軋硅鋼片，減少磁滯損耗和渦流損耗;工藝上減少槽型毛刺，保證鐵芯緊密度，氣隙不均勻度控制為±8%，通過以上措施減少電機鐵耗。該電機鐵耗經過分析計算為9.17 kW。

（2）機械損耗。機械損耗主要是風扇損耗，風扇葉片的外徑、寬度、數量、角度對風量、風壓以及機械耗影響很大，風葉的外徑與風扇損耗的3次方成正比，鳳葉寬度與風扇損耗成線性關系。本次設計內、外風扇葉片均設計成后傾式結構，選取30。傾角，減小空氣進入風扇的撞擊，降低風扇損耗。增加風葉數量，內外風扇均選擇17個葉片，在保持風量不變的情況下減小風葉寬度。冷卻器設計放棄傳統的矩形布管結構，采用”M”型布管，減小風路風阻，來降低風扇輸出風壓，減小了風扇外徑尺寸。經計算和對比公司同型號電機，該電機機械耗約為2.2 kW。

（3）定子銅耗。定子銅耗=12R，定子采用先進真空壓力浸漬無溶劑漆（VPI）工藝處理，不但提高了絕緣性，而且減薄了線圈絕緣，提高了槽滿率，有效地增人了導線的截而積，減小了電阻R，降低了定子銅耗，從而提高電機效率。該電機定子銅耗為10.3 kW。

（4）轉子銅耗。該電機設計成銅導條轉子，采用較人截而積的轉子導條和轉子端環，減小轉子導條與端環的電阻以降低轉子銅耗。該電機轉子銅耗為3.62 kW。

（5）雜散損耗。三相異步電動機的槽配合（定子槽數和轉子槽數），對電機的雜散損耗影響很人。該電機槽配合選取90/69，該槽配合能減小齒諧波。疊繞組節距采用5/6，有效削弱五次和七次相帶諧波。電機雜散損耗為6.9 kW。

效率n一功率/（功率+鐵耗+機械耗+定子銅耗+轉子銅耗+雜散損耗）。

綜上，電動機額定運行時效率如表1所示。

由以上分析可知，電動機效率滿足一級能效標準要求，性能經過分析計算如表2。

3 結構設計

電動機結構形式為IMB3，本產品主要由定子、轉子、軸承、冷卻器、風扇罩、接線盒等部分組成，定子又包括機座、定子鐵芯、定子線圈等關鍵部分，轉子方面包括轉軸、轉子鐵芯、風扇。

電機軸承采用滾動軸承，脂潤滑，型式方便拆裝，確保機組安全可靠地運行。

機座采用多個加工后的鋼板單件焊接而成，起承受冷卻器和定、轉子鐵芯重量，固定鐵心的作用。機座有專用整機吊裝及翻轉用吊攀。定子鐵芯使用50 W3 50低損耗硅鋼片疊壓而成，采用整圓片，沖片疊壓系數不低于0.98。定子采用外壓裝，先把定子線圈裝入鐵芯，整個鐵芯帶線圈采用真空VPI浸漆、然后l‘燥，這樣繞組端部和直線部分固化成整體，增加線圈的機械強度。轉子采用鼠籠轉子結構，轉子導條為銅，導條與端環采用中頻焊的焊接方法，導條裝入轉子鐵芯后，根據導條長度確定沖緊寬度、長度、深度，選擇合適寬度的沖頭，將沖頭安裝在氣動錘上沖緊導條。有效地防止導條竄動，提高了轉子的整體性，防止電動機在運行中導條振動。電動機總體結構圖如圖1所示。

4 試驗

該電機裝配完成后進行型式試驗一次性合格，土要技術參數見表3。

分析型式試驗，可以得出，本電機的各項性能指標均達到了要求.效率達到了高效電機的一級能效標準要求，各項損耗與設計值相近，通過試驗結果分析，電機的溫升為62K，仍有裕度，為了降低電機的材料成本，可以提高電機的熱負荷，即減小定、轉子的材料，但這會引起電機的鐵耗和銅耗增加，電機效率有所下降。雖然電機效率也有裕度，但也要控制好效率不要低于標準。從另外一個方而考慮，因為電機的溫升低，說明電機冷卻風量有裕度，所以可以減小電機的內、外風扇，這樣機械耗會減小，電機的效率會進一步提高。

參考文獻

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