TYCKK 400-4 280kW高压自起动永磁式三相同步电动机试制总结报告

TYCKK 400-4 280kW高压自起动永磁式三相同步电动机试制总结报告

邓守春

佳木斯电机股份有限公司 黑龙江佳木斯 154002

摘要：能源短缺是当今世界关注的重要问题，事关全球环境与人类生存的改善。高效节能是世界各国追求的目标，节能技术被公认为绿色技术，其研究及相关产品的开发将成为新世纪工业发展的主题。目前，各国都在积极开展节能技术的研究与应用。电力是当今世界最为重要的二次能源，而在电力系统中异步电动机是目前应用最为广泛的电机。异步电动机具有结构简单、工作可靠、寿命长和保养维修方便等优点，但是它也同时存在机械特性差、效率低、起动转矩小、调速性能差、运行在轻载时功率因数低、增加线路和电网损耗等缺点。据有关报导，我国消耗在异步电动机上的电力占整个电力的65%以上。因此，开发和推广节能、高效、高效能的永磁同步电机势在必行。

关键词：高压永磁；自起动；同步电动机；额定功率；额定频率；额定电压；功率因数；额定电流

1 前言

相对于异步电机，永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度高等优点。永磁同步电机的转子上带有永磁磁钢，不需要外部提供励磁，可以显著提高功率因数。永磁同步电机在稳态运行时转子没有基波铜耗，效率比同规格的异步电机要高2 %～8 %，同时，永磁同步电机在25 %～120 %额定功率范围内都具有较高的效率和功率因数。总之，永磁同步电机在长时间运行或在多数为轻载运行工况的场合使用节能效果可达15 %～20 %，相比异步电机具有明显的节能优势。

在各种类型的永磁电机中，高压自起动永磁同步电机不需要专门的控制系统，可以像普通高压异步电机一样直接接在工频电网上运行，因此受到市场的青睐。我国作为一个稀土资源储量占世界总量80%的稀土大国，发展高效节能的稀土永磁同步电机具有得天独厚的条件。采用高压自起动永磁同步电机替代目前广泛使用的高压异步电机，将会产生非常可观的节能降耗效益，对于缓解我国环境污染及实现能源的可持续发展都具有重要的意义。

高压自起动永磁式三相同步电动机驱动负载类型

高压自起动永磁式三相同步电动机主要针对风机、水泵类负载。工业用风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等，水泵设备主要用于提水泵站、工业水（油）循环系统、离心泵、轴流泵等，高压永磁式三相同步电动机在电力、冶金、煤炭、石化等行业均有广泛应用。其它负载类型需根据负载特性进行特殊设计。

设计关键点

工频电源供电高压自起动永磁同步电动机主要依靠转子的鼠笼导条产生的异步转矩实现自行起动,并最终牵入同步的一种永磁电机。它的起动过程分为异步起动和牵入同步两个阶段,永磁同步电动机要实现高效节能运行,其首要条件是永磁同步电动机可以顺利的起动并牵入同步稳定运行,因此良好的起动性能是永磁同步电动机设计成败的关键。

高压自起动永磁式三相同步电动机主要生产企业和产品规格

目前，国内有十几家电机企业专业从事工业用永磁式三相同步电动机的设计制造，具有一定规模的有精基科技（嘉兴）有限公司、山东欧瑞安电气有限公司、安徽明腾永磁机电设备有限公司、日照东方电机有限公司、河北新四达电机股份有限公司、大连钰霖电机有限公司、山西华鑫电气有限公司等，其生产产品侧重的类型不同，生产高压箱式自起动永磁式三相同步电动机的企业相对较少，我们只收集到了安徽明腾的样本和产品型谱，并与我公司将要开发的产品型谱进行了对比(最大功率档)，具体详见表1、表2所示。

表1 高压自起动永磁式三相同步电动机转速与最大功率档对比（6kV）

表2 高压自起动永磁式三相同步电动机转速与最大功率档对比（10kV）

高压自起动永磁式三相同步电动机技术现状及发展趋势

目前通过收集到的产品样本可知，国内可以生产高压方箱永磁式三相同步电动机的公司屈指可数，大多数公司因为研发成本高、生产能力不足等原因一直持观望态度，因此高压箱式永磁电机发展较缓慢。

在全球节能降耗的大趋势下，传统的高压方箱异步电动机因其自身固有特性，很难做达到GB 30254《高压三相笼型异步电动机能效限定值及能效等级》中的一级能效，而永磁同步电机则可以很容易的将电机的损耗再降低至少20 %，使电机的效率达到一级能效甚至超过一级能效。高压自起动永磁式三相同步电动机目前片于处于刚刚被市场接受，随着国家在制造业产业升级和节能减排方面的要求，大批效率低下的设备需要被更新替换，高压自起动永磁式三相同步电动机的市场潜力十分巨大。

开发设计原则

产品性能达到国内先进水平。

保证电机的可靠性，确保永磁体不会发生不可逆退磁现象。

利用先进电磁设计软件对电机电磁性能进行分析。

轴承结构、通风结构等采用我公司先进成熟的技术进行设计。

贯彻标准化、系列化、通用化，降低管理成本。对于新开的模具要尽量考虑到产品的通用化。

在保证电机各项性能指标的前提下，尽量节约有效原材料。

三化水平

严格贯彻公司提出的提高“三化”水平的要求，切实做好“标准化、系列化、通用化”的相关工作，本次研发设计的高压自起动永磁式三相同步电动机，除在电磁结构上无法通用的定、转子槽型以及转子冲片轴孔外，其余涉及模具的结构件均借用高压方箱相同规格产品，有效降低新产品开发的物质成本、时间成本和管理成本。

基本参数

电动机型号的组成及其代表意义

TYCKK 400-4 280kW 高压自起动永磁式三相同步电动机型号由系列代号、规格代号、极数依次组成。

示例：TYCKK 400 - 4

极数 表示4极

规格代号 表示中心高400 mm

系列代号 表示封闭带空-空冷却器的永磁式

三相同步电动机

T表示同步电动机

YC表示永磁式

KK表示封闭带空-空冷却器

电动机的基本数据及要求

表3 TYCKK 400-4 280kW 高压永磁式三相同步电动机基本参数表

表3 TYCKK 400-4 280kW 高压永磁式三相同步电动机基本参数表（续）

采用的电机基础标准

GB/T 14711 中小型旋转电机通用安全要求

GB/T 755 旋转电机 定额和性能

GB/T 997 旋转电机结构型式、安装型式及接线盒的分类(IM代号)

GB/T 1971 旋转电机 线端标志与旋转方向》

GB/T 1993 旋转电机冷却方法

GB/T 2423.4 电工电子产品基本环境试验规程 试验Db: 交变湿热试验方法

GB/T 4942.1 旋转电机整体结构的防护等级（IP代码）分级

检验标准

GB/T 10069.1 旋转电机噪声测定方法及噪声限值 第1部分：旋转电机噪声测定方法

GB/T 10069.3 旋转电机噪声测定方法及噪声限值 第3部分：噪声限值

GB/T 10068 轴中心高为56mm及以上电机的机械振动 振动的测量、评定及限值

GB/T 22715 三相永磁同步电动机试验方法

试制过程中遇到的问题和解决措施

该电机是我公司2018年重点科研项目，由佳电本部负责生产制造，本次项目的电机图纸设计质量较高，试制过程中没有出现大的设计问题，主要问题集中在生产制造、工艺保障及电机试验三个方面。下面将生产过程中遇到的问题，进行一一叙述。

转子通风槽板使用错误，导致磁钢无法镶嵌

图纸设计时，转子通风槽板上磁钢槽较转子冲片上的磁钢槽单边至少大1mm。冲剪车间在生产过程中由于工序传接不到位，误将未扩槽的通风槽板安装到了转子上，导致后续的磁钢镶嵌无法进行。后经过多次的挫槽处理，槽型方达到要求，处理过程麻烦且浪费时间，希望冲剪车间能够重视样机的生产制造，保证自身车间的工序交接准确、有效。

磁钢镶嵌时人员配置不合理，导致磁钢损坏数量过多

在磁钢镶嵌时只配备了一名操作者，带径向通风道的永磁电机为我公司第一次生产，以往毫无经验。由于永磁电机转子的特殊性和通风结构，使得必须耗费较普通异步电机更多的人力和工时。一名操作者在镶嵌磁钢时，对磁钢嵌入时的导向不好控制，导致磁钢间连接柱多次脱落，导致磁钢安装位置不正，后续磁钢无法镶嵌。反复的处理，使得磁钢的损坏数量过多。后再增加一名操作者，由其利用扁钢在磁钢槽的另一端为磁钢的嵌入做导向，该情况得到改善。

试验设备和方法的不完善，导致试验数据测取不全

电机的试验非常重要，直接影响后期的优化设计，我公司以往从未生产制造过高压自起动永磁同步电动机。此次设计制造的高压自起动永磁式三相同步电动机要求做对拖型式试验，并模拟电动机的起动工况。试验过程中由于试验设备和方法的不完善，导致最后电机的失步转矩倍数、转动惯量等关键指标无法完成测取。请质量保障部对国内具有一定规模的永磁同步电机制造厂家的试验方法及试验设备进行了解和掌握，为后续高压自起动永磁同步电动机的系列开发做好准备。

总结

目前TYCKK 400-4 280kW高压自起动永磁式三相同步电动机已顺利完成了样机生产，型式试验结果满足预期，我们将根据试验结果为后期的电机性能优化做准备。TYCKK 400-4 280kW电机作为我公司首台套高压自起动永磁式三相同步电动机，其意义十分重大，为公司永磁电机的发展翻开了崭新的一页，改变了我公司目前永磁电机类型单一的现状，同时使我公司电机的设计制造水平得到了全面提升，对提高我公司产品知名度、增强市场竞争力起到积极的推动作用。

参考文献

[1]胡凯强.自起动永磁同步机电机性能分析及影响因素研究.

[2]李爽.低速大转矩绕线转子自起动永磁同步电动机的设计与起动性分析.

[3]王森.多极自起动低速大转矩永磁同步电动机研究.