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一种新型工业节能电动机


一种新型工业节能电动机—— 一种新型工业节能电动机——
无滑环绕线转子感应电动机
武汉金路达电机有限公司 赵文成

前言
在工业生产过程中,有很多被拖动的重型设备负荷基本上是恒定不变的,这时对 电机而言,解决的主要矛盾是重负荷起动和抗冲击问题。为此国内外普遍采用绕线转 子感应电动机,其结构特点是在电机转子回路中通过滑环碳刷和电缆而

串接电阻器。 在电机起动时,该起动装置既可以提供大的起动转矩,又可以把起动电流抑制到允许 的范围内。但是电机一旦起动完毕,这一套起动装置又成了电机的累赘,它带来的主 要问题是: (1)由于滑环碳刷连续摩擦而需要经常维修更换,从而使电机的可靠性大 打折扣,故障经常不断,每月需停机数小时进行维护; (2)电机起动后转子上串接的 电阻器虽然被短接了,但电缆以及滑环碳刷所具有的电阻值仍然存在,虽然它们的阻 值不大,但由于电机转子回路中的感应电流很大而在这些阻性元件上流动,必然造成 很大的电能损耗; 由于这些阻性元件串接于转子回路, (3) 使电机的机械特性变 “软” , 因此当电机负荷突然增大冲击时,它的异步转速就下滑,这不但影响了被拖动设备的 产量,又增加了电机的“转差”损耗,使电机的温升增加,严重时甚至使电机烧毁, 当然这又使电机效率大打折扣; (4)由于转子绕组用的是矩型铜线使其槽型设计受到 限制,因此电机的功率因数都比较低,须配备功率因数补偿装量(如进相机等)进行 补偿,而功率因数补偿装置又要消耗有功功率,造成电能浪费。 (5)用风扇对滑环碳 刷强制降温,风扇电耗也应考虑。综上所述,传统的绕线转子异步电机存在很大额外 的电能消耗。

无滑环绕线转子感应电动机
针对传统绕线电机所存在的上述问题, 我们开发出有着显著节能效果的无滑环碳 刷绕线转子感应电动机。该电机采用一种全新的定子、转子绕组结构,在谐波起动技 术的基础上运用独特的谐波起动原理,针对大型绕线转子电机的特点,提出一种实现 谐波起动方法的定子绕组的新接法,这种定子绕组的新接法利用“全绕组起动”的概 念构造,它具有线圈工艺性好,起动特性优良,控制简单,正常运行时又可切换为标 准绕组的特点;而转子绕组则利用“无感”的概念和复合线圈技术,提出在大型电机

转子上采用圆铜线构成“软绕组” ,它与传统的矩形截面导线构成的“硬绕组”相比, 其槽形可根据要求灵活设计,并可减少转子线圈端部用铜量,在保证槽内有效用铜量 相等的情况下,最多可节省 10%左右的用铜量。这既减小了转子的铜耗又提高了电机 的功率因数。由于去掉了滑环则电机长度减少了近 30%,这既节约了材料又减少了制 造成本。 新型电机转子回路中不再含有滑环碳刷,起动时转子回路中不串入电阻,其外观 形同鼠笼电机,它与传统绕线转子电机一样能够做到低起动电流、高起动转矩,同时 它更具有高过载能力,高效率,高功率因数,高可靠性等突出特点,而且控制也极为 简便,只需两个三相开关就可完成。它不需要进相机等功率因数补偿装置,也不需要 强力风扇对滑环碳刷进行强制降温。它被广泛用于建材、矿山、冶金、发电、石化等 工业领域诸如球磨机、破碎机、轧钢机、压缩机等大型设备的拖动,它是传统绕线电 机的升级换代产品,有着广阔的市场前景,其节电效果非常显著,经综合测算,该新 型电机系统节能占输入电能的比率可高达 3-10%。新电机节电效果的大小可视原电机 转子回路中所带电缆的长度而定。若电缆仅 10~20 米左右则节电效果可达 5%,若电 缆长度在百米以上其节电效果更高,可达 10%以上。考虑到大型高压绕线电机多处于 常年满负荷恒转速状态下连续运行,所以一年下来的节电费用相当可观。一般而言按 现在现行电价计算用户只需要一年或一年半的时间就可以用所节约的电费收回购置 新电机的投入。若用户是新上设备,其投资收回期更可大大缩短。新型电机除了有显 著的节电效果之外,还可给用户带来如下的经济效益: 1) 用户不需要购置无功补偿电柜(进相机)也不需购置启动用的电阻柜,节约 一次性投资。 2) 用户不需要购置碳刷、可控硅、交流接触器等易损件,节约维护费用。 3) 由于新电机处于免维护状态,长期连续可靠运行,相对于传统绕线电机而言 每月可多生产数小时,其效益可想而知。 4) 新电机转速恒定比传统绕线电机每分钟快 10 转左右,使电机拖动的设备在 最佳状态下运行,在保证质量和传统设备产品质量相同的前提下,可使设备产量提高 10~15%。 5)新电机可在冲击负荷工况下连续运行,抗冲击能力强。特别适用于轧钢机和立式 棍磨 等。



机电参数及节能分析
新型无滑环绕线电机,起动性能和运行性能可分别进行优化设计,互不影响,使电 机真正做到了既有良好的起动性能,又有卓越的运行性能。其起动运行效果远远优于 传统绕线电机,它特别适合于对大型高惯量重载设备的拖动,更适用于大冲击惯量负 荷的轧钢机械,对于常用的 6 极或 8 极电机而言,可达到如下的技术指标。 输出功率:PN=110kw~5000kw 起动转矩倍数 Tst>1.8 起动电流倍数 I st<3.0 起动/运行切换电流倍数 I qh<1.2 过载倍数 km>3.5 功率因数 cosφ>0.9 效率η>0.94 上述指标中,起动转矩倍数 Tst,起动电流倍数 Ist。起动—运行切换电流倍数 Iqh, 过载倍数 km 等参数均能很好地满足目前重载高惯量设备的拖动要求。而对于功率因 数 cosφ, 一般要高出传统电机 5 个百分点, 例如对于 JR158-8 380kW/6kV 电机而言,

传统电机 cosφ=0.86,新型电机为 0.91,之所以能够提高功率因数,是因为转子线圈 采用了“软绕组”技术,转子槽形可以按最佳功率因数进行设计,从而达到最理想的 效果。 由于新型电机转子回路去掉了滑环碳刷, 从理论上讲, 其效率也应比传统电机高, 而在实际应用中所测得单位能耗(例如水泥磨等)比传统绕线转子电机单位能耗节电 3-10%,之所以出现这种节能效果是因为:1)新型电机转子回路无滑环碳刷,无电缆 存在,那么相对于传统电机而言,原来在这些阻性元件上的能耗被节约下来,虽然这 些元件的电阻值很小,但转子回路中的感应电流很大,约有数百甚至上千安培,所以 这部分额外能耗相当惊人, (如 JR158-8 380kw/6kv,其转子电流达 476A) ,这一部

分在所节约能耗中占很大的比例;2)去掉了功率因数补偿装置,则功率因数补偿装 置(如进相机)所耗有功电能也被节约下来;3)新型电机转子回路由于无滑环碳刷 和电缆,所以电机的机械特性是硬的,当负荷加重或有冲击时,其转速维持设计的转 速不变,因此转差损耗大大减少,电机的温升也大为降低,这不但节约了电能,而且

使电机的可靠性也大为提高;4)新型电机不需要风扇进行强制降温,这又节约了电 能。综上所述,由于新型电机的无滑环结构,不但使电机起动和运行性能都得到了很 大提高,而且达到了综合节电的目的。 凡是用绕线转子感应电动机拖动的大型重载设备基本上都是 24 小时满载连续运 行,对电机的可靠性要求较高,特别是石油、化工化肥·轧钢行业对电机的可靠性要 求更高,一条生产线中任何一个环节出了问题,则会导致整条生产线停产,这都是我 们所极力避免的。但是普通绕线电机转子上带有滑环碳刷这样的滑动触点,很容意受 损, 造成故障, 甚至使电机烧毁。 另外, 普通绕线转子电机需外加起动电柜 (电阻柜) , 同时还要加入进相机进行功率因数补偿,导致整个控制系统庞大复杂,故障频繁,而 我们的新型电机比较完美地解决了以上这些故障隐患问题,起动控制装置大大简化, 电机的起动控制装置的一次回路只需两只高压交流接触器就可以了。 国家发改委节能信息传播中心组织的专家组对新型电机做了如下的技术评估 “高 压绕线式电动机取消滑环碳刷系统是一项具有重大实际意义而过去又没有很好解决 的课题。 ‘变极起动无滑环绕线转子感应电动机’在此领域内取得了创造性成果,填 补了国内空白,值得作为经济型电力传动节能技术推广。 ”应该说新型节能电机是对 传统绕线转子感应电动机的一次革命,是传统绕线转子感应电动机的升级换代产品。

联系方式 联系人: 赵文成 地址:武汉市东湖开发区鲁巷电信 2 号楼 2 单元 302 邮编:430074 Tel:027-62906832 13808622591 jlddianji@126.com

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