电机系统节能典型案例2
2017-02-24

YE3系列(IP23)三相异步电动机的技术研发

1、基本情况 

    在工业领域,电机节能已成为工业节能的关键,近几年国家已将电机能效提升作为工业节能的重点工作来抓。新版IEC 60034-30-1-2014电网供电的交流电动机能效分级(IE代码)正式颁布,产品种类新增了防护等级为IP23的三相异步电动机,为IE3能效等级(IP23)三相异步电动机系列产品的设计开发提供了有效的依据。通过检索,国内外还没有相似产品,为了填补产品的空白,工程中心决定开发研究该类产品。

    IE3能效等级是 IEC 60034-30-1-2014电网供电的交流电动机能效分级(IE代码)中的超高效水平。在高效电机的研发过程中,一般采取增加铜、铁材料的用量来降低铜耗、铁耗以及机械耗和附加损耗等各种损耗。IP23防护等级是一种节能节材电机产品,如何在满足效率的前提下,合理控制有效材料的用量成为了电机研发的关键。基于此,本中心组织行业内骨干企业,包括:浙江金龙电机股份有限公司、山东华力电机集团股份有限公司、山西电机制造有限公司、中达电机股份有限公司等十六家企业成立了联合工作组,开展YE3系列(IP23)三相异步电动机的设计研发项目。

2、实施方案 

    联合工作组采用“前期调研-模样电机试制-联合设计-典型规格样机试制-方案调整-系列设计-归纳总结”的整体实施方案。

    前期调研工作分为二个阶段,第一阶段利用现有的设计理论基础,与现有YE2系列(IP55)高效、YE2系列(IP55)超高效率以及Y系列(IP23)等产品就功率型谱、效率指标等设计参数作比对、分析和试算工作,并提出下一步工作重点;第二阶段走访了行业内多家电机制造企业以及电机配套生产企业,了解行业的现状,在多家企业的共同协助下对产品温升、机械损耗、杂散损耗等设计参数的选取作了对比试验,并对产品的通风结构做了几种不同通风情况的温升对比试验;结合上述调研撰写了YE3系列(IP23)三相异步电动机开发的可行性分析报告。

    通过前期的调研,借助三维制图软件Solidworks和电磁场有限元分析软件ANSOFT,对电动机的通风结构进行建模和模拟分析,初步提出了通风结构的设想。在工作组成员单位中船重工的协助下,通过多方沟通协调联系了一家铸件制造企业,利用现有的铸件模具完成了YE3(IP23)-280-2 200kW模样电机的试制,该样机的测试结果达到了对通风结构的预期。

    在联合设计阶段,工作组各成员单位技术人员对系列160~355机座号电动机典型规格进行了电磁方案设计、系列数据优化、机械图纸绘制工作,并完成了多项关键技术研究,包括:通风结构的研究与仿真分析、主要部件结构件的研究与设计、设计参数的分析对比和测试验证等。

    在典型规格样机试制阶段,工作组各成员单位共完成13个规格约21台样机的试制,极数分别为4P-8P,功率等级为11kW-200kW,机座号分别为H160-H315,并完成了“YE3系列(IP23)三相异步电动机的开发”、“YE3系列(IP23)三相异步电动机通风结构的研究与仿真分析”等3篇论文的撰写,完成了“一种低压电机直接引出线用接线盒”、“一种电动机的通风结构”等3个实用新型专利的授权。

    通过样机试制试验数据分析,工作组对部分方案进行了调整,最终完成YE3系列(IP23)三相异步电动机的开发,所有H160~H355共8个机座号、73个规格的全系列图纸设计和电磁方案都通过了联合设计工作组的设计评审,该产品的效率达到IE3效率等级,系列产品的技术水平达到国内领先水平。

    YE3系列(IP23)三相异步电动机技术条件(机座号160-355)的标准也于2016年完成报批。

3、取得成效

    YE3系列(IP23)超高效三相异步电动机的开发,旨在通过改变电机的防护结构,提高电机的自身散热性能,在达到能效标准要求的前提下,尽可能地减少有效材料的用量,从而缓解产品制造成本的增加,提升高效电机的市场竞争力和占有率,逐步缩小与欧美市场高效电机占有率的差距。

    目前,该系列设计已经技术转让了10家企业。YE3系列(IP23)电动机的有效材料费用比YE3系列(IP55)平均节约20.02元/千瓦,全系列2-6极比YE3系列(IP55)平均降低了16.639%的有效材料用量;YE3系列(IP23)电动机的有效材料费用比YE2系列(IP55)平均节约0.0475元/千瓦,系列平均有效材料用量比YE2系列(IP55)降低 4.437 %,如果考虑其他铸件等材料成本的话,其与YE2系列(IP55)的制造成本基本接近,但YE3系列(IP23)电动机的效率达到了IE3效率标准。因此,本系列产品具有明显的竞争优势,其推广使用也具有显著的社会经济效益。


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