大过载绕线异步电动机方案设计

雷 洋,洪长艳,朱一凡

(1. 哈尔滨电气动力装备有限公司,哈尔滨 150040; 2. 哈尔滨商业大学,哈尔滨 150076)

0 引言

大过载异步绕线电动机使用工况复杂且恶劣,且主流电机厂家生产该类型异步绕线电动机均采取大过载形式,不采取增加电机容量的形式,其目的是为了降低中心高适配现场使用场景对电机的限制。

国外绕线异步电机大过载使用工况常为10 min周期内4倍额定负载使用时间10 s,2.5倍额定负载使用时间60 s。本次我公司为国内某知名公司设计的大过载绕线异步电机就是该种运行工况。该公司在某项目上使用国内某电机厂的电机时进行了多次改进但仍未能满足现场工况使用条件,最终还是采购了某外国公司产品。选择我公司进行该产品设计生产工作就是为了在该领域使用国产产品替代国外产品,解决可能出现的“卡脖子”情况。

本次设计的产品型号为YR630-10 600 kW 10 kV 50 Hz电机,该型号产品在该公司尚未使用过国外电机厂商产品,为了顺利设计及验证我公司的设计能力,该公司为我公司提供了之前使用过的国外电机数据,以进行对比设计。

1 电动机方案设计

对照产品型号为YR560-10 400 kW 50 Hz 6 300 V。大过载绕线异步电机的设计难点就在较小的中心高下设计出过载较大的电机,以及最大转矩时转差率的确定。最大转矩时转差率越大,则电机的工作区间越长,可以更长时间保证电机的稳定运行。最大转矩时的转差率公式见下:

式中:sm为最大转矩时的转差率;R1为电机定子电阻:R2为电机转子电阻;x1为电机定子漏抗;x2为电机转子漏抗。

通过上述理论基础,结合用户实际现场使用电机情况,先用类比法做出了如下方案对比(见表1)。

表1 哈动装400 kW大过载绕线异步电动机与国外品牌电机数据对比

转矩-转差率-转子电流曲线对比,见图1、图2:

图1 某国外电机厂转矩-转差率-转子电流曲线

图2 哈动装对比产品转矩-转差率-转子电流曲线

通过图1和图2的电机数据对比、转矩-转差率-转子电流曲线对比可以看出,我公司设计的产品与国外某电机厂设计产品基本一致,证明我公司设计产品可以完全达到用户使用的要求,并在用户最终的设计审查过程中得到认可。

产品设计之初还要计算该电机在使用工况下的等效工况,即需要计算电机转子等效电流数值,以此来确定电机的一些基本参数数值的选择。转子等效电流的计算公式如下:

式中:Iq为转子等效电流值;I1、I2…In为各种工况下的额定转子电流值;t1、t2…tn为各种工况下的运行时间。

根据上文提到的现场工况情况,进行现场工况要求下的转子等效电流计算:

这说明电机要在1．4倍额定工况情况下长期稳定运行无任何问题,所以在进行前期电磁计算时至少要保证在上述要求下电机无问题。

在上述前期工作完成后,进行电机电磁部分的计算,计算数值见表2。

表2 哈动装600 kW大过载绕线异步电动机终版方案数据

完成上述电磁计算后进行转矩-转差率-转子电流曲线图绘制(见图3)。

图3 哈动装600 kW大过载绕线异步电动机转矩-转差率-转子电流曲线

进行上述电磁计算方案设计的同时,也进行了该最终方案的1．5倍额定工况2倍额定工况下的电磁方案的计算。上述电机方案在2倍额定工况下按照理论计算仍能满足常规电机要求,验证了上述电磁计算的合理性。

通过上述类比法计算和实际产品计算可以看出,大过载绕线异步电机在计算过程中要综合考虑最大转矩倍数、转差率、转子电流等数据的平衡性,需要进行大量的理论计算、曲线绘制对比,通过反复校验得出最终的计算方案。

2 电动机项目

由于该台电机属全新产品,而且要求与常规产品完全不同,需进行试验大纲的编制,尤其需要注意的是要进行1．5倍额定工况下的温升试验,这样才能全面验证电机是否能够实现理论计算中的各项数据,试验大纲要求以下试验项。

外观检查;机械检查;旋转方向检查;测温元件功能检查;绕组绝缘电阻和吸收比的测定;定转子绕组在实际冷态下的直流电阻的测定;匝间冲击耐电压试验(半成品试验);转子绕组开路电压的测定;振动的测定:超速试验;空载试验;堵转试验;耐电压试验。

噪声的测定;转动惯量的测定;电压10 000 V,频率50 Hz,功率900 kW,定子电流72 A时的温升试验(此数据为1．5倍额定工况下数据);效率、功率因数及转差率的求取;最大转矩的求取;轴电压测定。

只有上述数据完全满足要求,尤其是1．5倍额定工况温升试验是必须要满足要求,此台电机才算完全达到了理论计算中的数据。

该台电机在后续生产中顺利的完成了产品的制造工作,进行了上述试验大纲中要求的试验项目,具体试验结果与理论数据对比见表3。

表3 哈动装600 kW大过载绕线异步电动机设计值与试验值对比

3 结论

我们通过与国外成熟产品进行对比计算、现有产品的理论计算、现有产品电机制造完成后的试验验证,多方面、多角度对大过载绕线型异步电动机进行了理论与实际的计算和验证,证明了产品的可靠性。实现了企业在该领域零的突破,为公司进驻该产品市场迈出了坚实的一步,也为该形式电机国产化贡献了一份力量。最终,我公司根据用户实际使用中的该类型电机功率进行了详细的系列化、标准化设计,形成了我司特有的一个产品类型。