YE3系列(IP23)設(shè)計(jì)參數(shù)的分析和測(cè)試驗(yàn)證*

金 晶, 顧衛(wèi)東, 王磊明

(上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司，上海 200063)

YE3系列(IP23)設(shè)計(jì)參數(shù)的分析和測(cè)試驗(yàn)證*

金 晶, 顧衛(wèi)東, 王磊明

(上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司，上海 200063)

YE3系列(IP23)三相異步電動(dòng)機(jī)在整體結(jié)構(gòu)上做了全新的設(shè)計(jì)，直接影響了電動(dòng)機(jī)各種設(shè)計(jì)參數(shù)的選取。對(duì)雜散損耗、機(jī)械損耗以及氣隙等設(shè)計(jì)值的選取作了對(duì)比分析，并結(jié)合樣機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)來驗(yàn)證取值的合理性。

YE3系列三相異步電動(dòng)機(jī);效率；雜散損耗；機(jī)械損耗；氣隙；試驗(yàn)驗(yàn)證

0 引 言

效率是電動(dòng)機(jī)的重要性能指標(biāo)，其高低取決于運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)中所產(chǎn)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(fù)荷有關(guān)外，還與材料性能、繞組形式、電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)等有密切關(guān)系。由于YE3系列(IP23)產(chǎn)品在電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上做了全新的設(shè)計(jì)，會(huì)直接影響電動(dòng)機(jī)的損耗變化。本文就雜散損耗、機(jī)械損耗以及氣隙等設(shè)計(jì)值的選取作了對(duì)比分析，并結(jié)合樣機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)來驗(yàn)證取值的合理性。

1 雜散損耗設(shè)計(jì)值的選取和驗(yàn)證

負(fù)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)?；l雜散損耗是繞組及繞組端部漏磁在鄰近的金屬部件中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗等，而諧波雜散損耗有齒諧波產(chǎn)生的齒部脈振損耗、表面損耗、轉(zhuǎn)子諧波損耗、鑄鋁轉(zhuǎn)子導(dǎo)條間的橫向泄漏電流損耗等。

雜散損耗的大小與電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)、加工工藝質(zhì)量等因素有關(guān)[1]。雜散損耗過大不但會(huì)嚴(yán)重影響電機(jī)的效率及起動(dòng)性能，還可能造成繞組溫升的上升。因此，在YE3系列(IP23)產(chǎn)品參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)現(xiàn)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(yàn)值做了大量的數(shù)據(jù)比對(duì)和分析，如表1所示。

表1是根據(jù)不同的額定功率下，各系列最小、最大以及平均試驗(yàn)值的標(biāo)幺值。由于各個(gè)電動(dòng)機(jī)制造企業(yè)在制造工藝等因素上存在一定的差異性，試驗(yàn)值的離散性比較大，故YE3系列(IP23)雜散損耗設(shè)計(jì)值(標(biāo)幺值)的選取與各系列產(chǎn)品的平均試驗(yàn)值(標(biāo)幺值)較接近。YE3系列(IP23)雜散損耗設(shè)計(jì)值(標(biāo)幺值)如表2所示。

表1 各系列雜散損耗試驗(yàn)值(標(biāo)幺值)匯總

表2 YE3系列(IP23)雜散損耗輸入值(標(biāo)幺值)

將YE3系列(IP23)雜散損耗設(shè)計(jì)值(標(biāo)幺值)與試制樣機(jī)的試驗(yàn)值(標(biāo)幺值)作比較分析，如表3所示。

從表3可知，對(duì)比了10個(gè)規(guī)格、共16臺(tái)樣機(jī)的雜散損耗測(cè)試數(shù)據(jù)，其中有4臺(tái)樣機(jī)的雜散損耗比設(shè)計(jì)值大很多，分別是YE3(IP23)-225M-6 30 kW 2臺(tái)、YE3(IP23)-225M-4 45 kW 1臺(tái)以及YE3(IP23)-250M-4 55 kW 1臺(tái)，有6臺(tái)樣機(jī)的測(cè)試數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值非常接近，剩下的都比設(shè)計(jì)值小。

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)由于雜散損耗的大小與電動(dòng)機(jī)本身的加工工藝關(guān)系很大，YE3系列(IP23)雜散損耗設(shè)計(jì)值的選取基本合理，而對(duì)機(jī)座號(hào)225和250雜散損耗的設(shè)計(jì)值取值略小，是否需要修改留待今后做更多的驗(yàn)證來確定。

表3 YE3系列(IP23)雜散損耗設(shè)計(jì)值與試驗(yàn)值(標(biāo)幺值)

2 機(jī)械損耗設(shè)計(jì)值的選取和驗(yàn)證

三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗主要包括軸承摩擦損耗和通風(fēng)損耗。在大多數(shù)情況下軸承摩擦損耗的摩擦因數(shù)很難確定，而通風(fēng)損耗更是難以準(zhǔn)確確定，一般情況下電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗總是根據(jù)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來近似計(jì)算或估取。

對(duì)于封閉式結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)，由于電動(dòng)機(jī)軸上帶有獨(dú)立的冷卻風(fēng)扇，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速情況下的機(jī)械損耗存在明顯的變化，而開啟式電機(jī)其自身不帶有獨(dú)立冷卻風(fēng)扇，機(jī)械損耗受轉(zhuǎn)速變化影響應(yīng)該不明顯。

為了驗(yàn)證上述情況，對(duì)現(xiàn)有不帶獨(dú)立風(fēng)扇的IP23結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品做了電動(dòng)機(jī)在50 Hz和60 Hz兩個(gè)不同頻率下的空載對(duì)比試驗(yàn)，如表4所示。

從表4可知，在相同功率的情況下，60 Hz的機(jī)械損耗的試驗(yàn)值較50 Hz略大，但對(duì)于50 Hz時(shí)的取值能作一定的參考。

對(duì)比現(xiàn)有NEMA系列60 Hz的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，再結(jié)合原先Y系列(IP23)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并考慮到國內(nèi)、國外企業(yè)在制造工藝等一些因素上存在的差異對(duì)機(jī)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(jī)座的結(jié)構(gòu)變化也跟機(jī)械損耗的大小有關(guān)系等因素，初步確定了部分YE3系列(IP23)機(jī)械損耗的設(shè)計(jì)值，如表5所示。

表4 IP23電機(jī)50 Hz、60 Hz機(jī)械損耗對(duì)比表

表5 YE3系列(IP23)部分機(jī)械損耗設(shè)計(jì)值

由表5的機(jī)械損耗設(shè)計(jì)值為基礎(chǔ)，初步確定了YE3系列(IP23)機(jī)械損耗的設(shè)計(jì)值，如表6所示。

將YE3系列(IP23)機(jī)械損耗設(shè)計(jì)值與試制樣機(jī)的試驗(yàn)值作比較，如表7所示。

從表7可知，對(duì)比9個(gè)規(guī)格共14臺(tái)樣機(jī)的機(jī)械損耗測(cè)試數(shù)據(jù)，機(jī)械損耗的設(shè)計(jì)值都比試驗(yàn)值大。觀察相同規(guī)格的不同樣機(jī)測(cè)試值發(fā)現(xiàn)，相同規(guī)格的測(cè)試值也不是完全相同，特別是H315機(jī)座號(hào)，相同規(guī)格的2臺(tái)不同樣機(jī)的測(cè)試值要相差1倍，但其鐵耗測(cè)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(yàn)中機(jī)械損耗的測(cè)試也會(huì)存在偏差，只有通過不斷的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)總結(jié)才能更好地來確定機(jī)械損耗。

表6 YE3系列(IP23)機(jī)械損耗設(shè)計(jì)值 W

表7 YE3系列(IP23)機(jī)械損耗設(shè)計(jì)值與試驗(yàn)值比較

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)YE3系列(IP23)機(jī)械損耗設(shè)計(jì)值選取得略大。由于現(xiàn)有的測(cè)試數(shù)據(jù)非常有限，所以以后會(huì)結(jié)合更多地測(cè)試數(shù)據(jù)作更好地調(diào)整和完善。

3 氣隙設(shè)計(jì)值的比較和選取

電動(dòng)機(jī)附加損耗與氣隙的1.5次方有關(guān)。隨著氣隙的增加，附加損耗會(huì)逐步下降，但氣隙的放大會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的激磁電流和空載電流的增大，功率因數(shù)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(shù)會(huì)逐漸減小，電流增加，對(duì)雜散損耗有時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，因此在放大氣隙的同時(shí)，要綜合考慮各參數(shù)之間的變化。

現(xiàn)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(shù)據(jù)后，對(duì)YE3系列(IP23)的氣隙值的選取做了規(guī)定，如表9所示。

表9 YE3系列(IP23)三相異步電動(dòng)機(jī)的氣隙長度 mm

在樣機(jī)試制中發(fā)現(xiàn)，極數(shù)大的電機(jī)(6、8極)的功率因數(shù)較設(shè)計(jì)值偏差大，造成這一情況有設(shè)計(jì)程序本身的原因，但也不排除氣隙對(duì)于功率因數(shù)的影響。在今后的研究中會(huì)安排做大、小氣隙的對(duì)比試制，從而選取最合適的氣隙值來滿足設(shè)計(jì)的需要。

4 結(jié) 語

由于YE3系列(IP23)產(chǎn)品在電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上做了全新的設(shè)計(jì)，直接影響了電動(dòng)機(jī)各種設(shè)計(jì)參數(shù)的變化，從而對(duì)電動(dòng)機(jī)的效率產(chǎn)生影響。本文通過現(xiàn)有大量數(shù)據(jù)的對(duì)比分析、針對(duì)性試驗(yàn),初步確定了電動(dòng)機(jī)雜散損耗、機(jī)械損耗以及氣隙的設(shè)計(jì)值的選取，并結(jié)合試制樣機(jī)的測(cè)試數(shù)據(jù)來驗(yàn)證其合理性，從中汲取經(jīng)驗(yàn)來更好地完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

[1] 陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)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(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心能力提升項(xiàng)目(14DZ2280800)

金 晶(1983—)，女，工程師，研究方向?yàn)楦咝Ч?jié)能三相異步電動(dòng)機(jī)系列產(chǎn)品的開發(fā)。

顧德軍(1973—)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楦咝щ姍C(jī)設(shè)計(jì)。

TM 306

A

1673-6540(2017)10- 0106- 04

2017 -02 -24

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