大過載繞線異步電動機方案設計

雷 洋,洪長艷,朱一凡

(1. 哈爾濱電氣動力裝備有限公司,哈爾濱 150040; 2. 哈爾濱商業大學,哈爾濱 150076)

0 引言

大過載異步繞線電動機使用工況復雜且惡劣,且主流電機廠家生產該類型異步繞線電動機均采取大過載形式,不采取增加電機容量的形式,其目的是為了降低中心高適配現場使用場景對電機的限制。

國外繞線異步電機大過載使用工況常為10 min周期內4倍額定負載使用時間10 s,2.5倍額定負載使用時間60 s。本次我公司為國內某知名公司設計的大過載繞線異步電機就是該種運行工況。該公司在某項目上使用國內某電機廠的電機時進行了多次改進但仍未能滿足現場工況使用條件,最終還是采購了某外國公司產品。選擇我公司進行該產品設計生產工作就是為了在該領域使用國產產品替代國外產品,解決可能出現的“卡脖子”情況。

本次設計的產品型號為YR630-10 600 kW 10 kV 50 Hz電機,該型號產品在該公司尚未使用過國外電機廠商產品,為了順利設計及驗證我公司的設計能力,該公司為我公司提供了之前使用過的國外電機數據,以進行對比設計。

1 電動機方案設計

對照產品型號為YR560-10 400 kW 50 Hz 6 300 V。大過載繞線異步電機的設計難點就在較小的中心高下設計出過載較大的電機,以及最大轉矩時轉差率的確定。最大轉矩時轉差率越大,則電機的工作區間越長,可以更長時間保證電機的穩定運行。最大轉矩時的轉差率公式見下:

式中:sm為最大轉矩時的轉差率;R1為電機定子電阻:R2為電機轉子電阻;x1為電機定子漏抗;x2為電機轉子漏抗。

通過上述理論基礎,結合用戶實際現場使用電機情況,先用類比法做出了如下方案對比(見表1)。

表1 哈動裝400 kW大過載繞線異步電動機與國外品牌電機數據對比

轉矩-轉差率-轉子電流曲線對比,見圖1、圖2:

圖1 某國外電機廠轉矩-轉差率-轉子電流曲線

圖2 哈動裝對比產品轉矩-轉差率-轉子電流曲線

通過圖1和圖2的電機數據對比、轉矩-轉差率-轉子電流曲線對比可以看出,我公司設計的產品與國外某電機廠設計產品基本一致,證明我公司設計產品可以完全達到用戶使用的要求,并在用戶最終的設計審查過程中得到認可。

產品設計之初還要計算該電機在使用工況下的等效工況,即需要計算電機轉子等效電流數值,以此來確定電機的一些基本參數數值的選擇。轉子等效電流的計算公式如下:

式中:Iq為轉子等效電流值;I1、I2…In為各種工況下的額定轉子電流值;t1、t2…tn為各種工況下的運行時間。

根據上文提到的現場工況情況,進行現場工況要求下的轉子等效電流計算:

這說明電機要在1．4倍額定工況情況下長期穩定運行無任何問題,所以在進行前期電磁計算時至少要保證在上述要求下電機無問題。

在上述前期工作完成后,進行電機電磁部分的計算,計算數值見表2。

表2 哈動裝600 kW大過載繞線異步電動機終版方案數據

完成上述電磁計算后進行轉矩-轉差率-轉子電流曲線圖繪制(見圖3)。

圖3 哈動裝600 kW大過載繞線異步電動機轉矩-轉差率-轉子電流曲線

進行上述電磁計算方案設計的同時,也進行了該最終方案的1．5倍額定工況2倍額定工況下的電磁方案的計算。上述電機方案在2倍額定工況下按照理論計算仍能滿足常規電機要求,驗證了上述電磁計算的合理性。

通過上述類比法計算和實際產品計算可以看出,大過載繞線異步電機在計算過程中要綜合考慮最大轉矩倍數、轉差率、轉子電流等數據的平衡性,需要進行大量的理論計算、曲線繪制對比,通過反復校驗得出最終的計算方案。

2 電動機項目

由于該臺電機屬全新產品,而且要求與常規產品完全不同,需進行試驗大綱的編制,尤其需要注意的是要進行1．5倍額定工況下的溫升試驗,這樣才能全面驗證電機是否能夠實現理論計算中的各項數據,試驗大綱要求以下試驗項。

外觀檢查;機械檢查;旋轉方向檢查;測溫元件功能檢查;繞組絕緣電阻和吸收比的測定;定轉子繞組在實際冷態下的直流電阻的測定;匝間沖擊耐電壓試驗(半成品試驗);轉子繞組開路電壓的測定;振動的測定:超速試驗;空載試驗;堵轉試驗;耐電壓試驗。

噪聲的測定;轉動慣量的測定;電壓10 000 V,頻率50 Hz,功率900 kW,定子電流72 A時的溫升試驗(此數據為1．5倍額定工況下數據);效率、功率因數及轉差率的求取;最大轉矩的求取;軸電壓測定。

只有上述數據完全滿足要求,尤其是1．5倍額定工況溫升試驗是必須要滿足要求,此臺電機才算完全達到了理論計算中的數據。

該臺電機在后續生產中順利的完成了產品的制造工作,進行了上述試驗大綱中要求的試驗項目,具體試驗結果與理論數據對比見表3。

表3 哈動裝600 kW大過載繞線異步電動機設計值與試驗值對比

3 結論

我們通過與國外成熟產品進行對比計算、現有產品的理論計算、現有產品電機制造完成后的試驗驗證,多方面、多角度對大過載繞線型異步電動機進行了理論與實際的計算和驗證,證明了產品的可靠性。實現了企業在該領域零的突破,為公司進駐該產品市場邁出了堅實的一步,也為該形式電機國產化貢獻了一份力量。最終,我公司根據用戶實際使用中的該類型電機功率進行了詳細的系列化、標準化設計,形成了我司特有的一個產品類型。