CN108649754A - 一种基于三相异步电动机运行工况的电机节能改造方法 - Google Patents

Abstract

一种基于三相异步电动机运行工况的电机节能改造方法，通过电动机运行工况测试，电机运行参数估算，电机解体，电机原绕组拆除及定子铁芯、绕组数据测量，定子绕组设计、制作、下线，定转子组装等步骤完成节能改造，在使改造后电机最高效率点负载率向实际负载率接近的同时，降低电机可变损耗，从而取得最佳的节能效果，并且最大限度地利用了原电动机的零部件，实现资源综合利用和循环经济；电机改造后在保证转矩不降低的前提下可提高效率、功率因数。

Description

一种基于三相异步电动机运行工况的电机节能改造方法

技术领域

本发明涉及一种基于电机实际运行工况，对Y系列三相异步电动机进行节能改造的方法。

背景技术

目前，节能降耗是我国的一项基本国策，而不能满足GB18613-2012能效标准的Y系列电机，非常广泛地运用在我国各个工业系统中，该类电机使用有着能耗高、数量大等特点，采取更换成高效电机的方法，不仅时间长，投资大，而且造成资源的浪费。因此，对这些电动机进行节能改造是比较可取的途径。目前，对高能耗低压电机节能改造的主要方法有：一，更换绕组，采用30度相带绕组。二，更换铁芯与绕组，采用低损耗的矽钢片材料。三，运用新型磁性材料，如采用磁性槽楔等。四，更换铸铜转子或永磁转子。

这几种方法都能降低电机的损耗，但也存在着工艺复杂、施工难度大，改造工作量大，磁性槽契相对磁导率底、效果不明显，改造成本高等缺点。最主要的电机是通过提高其运行效率达到节约电能的目的，即使一台高效电机运行在较恶劣的工况下，也达不到良好的效果。

发明内容

本发明的目的就是要解决以上问题，提供一种基于三相异步电动机运行工况的电机节能改造方法，结合运行工况，在此基础上进行改造，不仅可以取得良好的节能效果和经济效益，并且可充分利用电机原有的机壳、铁芯、转轴、端盖等部件，实现资源再利用的高级化和最大化。通过运行工况测试及运行参数估算，得出电动机实际负载率和最大效率点负载率，改变电机匝数使最大效率点负载率接近实际负载率，然后对电机定子进行节能改造，提高其效率。

本发明的技术方案是这样得以实现的，一种基于三相异步电动机运行工况的电机节能改造方法，其特点是：包括以下步骤：

1)电机运行工况的测试：运用电机运行参数测试仪或电机故障测试仪，测试电机工作状态下的输入功率P₁，运行电流I₁，工作负载率β₁，运行效率η₁；

2)电动机运行参数估算：由电机已知额定功率P_N，额定电流I_N，分别估算电机输出功率P₂，空载电流I₀，额定状态总损耗∑P_N，额定效率η_N，由电机损耗关系估算电机空载损耗P₀，最后估算电机最高效率点负载率β_m；计算步骤：

①电动机运行时输出功率P₂计算P₂＝η₁P₁；

②空载电流估算：

③额定状态总损耗ΣP_N估算：

由P₁(1-η₁)＝ΣP_Nk+(I₁ ²-I₀ ²/I_N2-I₀₂)ΣP_N(1-k)，

对Y系列电机k＝0.4，可得ΣP_N；

④额定效率η_N计算：由ΣP_N＝(1/η_N-1)P_N，可得η_N；

⑤空载损耗P₀估算：由P₁＝η₁P₁+P₀+β₁ ²(ΣP_N-P₀)可得P₀；

⑥最大效率负载率βm估算：

3)电动机解体、定子绕组拆除、定子铁芯、绕组数据测量：电机解体后，定子经240-250度4-6小时将绝缘漆烘烤失效后，拆除绕组、铁芯清理干净后，测量定子铁芯槽型尺寸、铁芯长度、铁芯内径、槽数，测量定子绕组每槽导体数、并联支路数、线规、跨距等数据，按电机设计常规公式计算槽满率Aef；

4)定子绕组设计：(1)匝数：根据工作负载率β1与最高效率点负载率βm相对位置确定是否增加匝数，若βm＞β1，则改造后的效率曲线应前移，使βm接近β1，需在原绕组匝数基础上增加1-2匝；若βm＜β1，则改造后效率曲线应后移，由于改造过程中，额定负载损耗是降低的，βm将增大，自然使βm接近β1，可保持原来匝数；(2)绕组跨距一般按短一槽设计；(3)导线线规及并绕根数：槽满率暂定78％，按计算公式(其中d为包括双边绝缘厚度的导线直径，Aef为槽满率，Ns为每槽导体数，Nt为并绕根数)，分别计算并绕根数Ns＝1,2,3……时导线直径估算值及减去绝缘厚度的估算值，套用标准线经的线规及相应的导线截面积s，计算不同的总截面积Nts，以总截面积Nts最大值为并绕根数和线规的最终方案；一般改造后，导线截面积应增大20％左右，槽满率应控制在76-78％；(4)槽满率校核；(5)线圈端部尺寸：规定绕组出槽直线部分距离，该距离在满足工艺技术条件前提下越小越好；

5)线圈制作、下线、接线、半成品测试，绝缘处理；

6)转子永磁改造：一般导线截面增大16-20％，槽满率76-78％，电机性能即可达到要求，如果绕组设计达不到要求，原电机性能较差或运行负载率变化较大，要取得良好的节电效果，则应对转子进行永磁改造；

7)电机总装、试验及改造后现场工况测试。

本发明的有益效果是通过电动机运行工况测试，电机运行参数估算，电机解体，电机原绕组拆除及定子铁芯、绕组数据测量，定子绕组设计、制作、下线，定转子组装等步骤完成节能改造，在使改造后电机最高效率点负载率向实际负载率接近的同时，降低电机可变损耗，从而取得最佳的节能效果，并且最大限度地利用了原电动机的零部件，实现资源综合利用和循环经济；电机改造后在保证转矩不降低的前提下可提高效率、功率因数。

具体实施方式

本发明一种基于三相异步电动机运行工况的电机节能改造方法，包括以下步骤：

1)电机运行工况的测试：电机节能改造的目的是提高电机运行效率，因此，对电机实际运行工况的了解和测试，是取得良好节电效果的基础；运用电机运行参数测试仪或电机故障测试仪，测试电机工作状态下的输入功率P₁，运行电流I₁，工作负载率β₁，运行效率η₁；

2)电动机运行参数估算：由电机已知额定功率P_N，额定电流I_N，分别估算电机输出功率P₂，空载电流I₀，额定状态总损耗∑P_N，额定效率η_N，由电机损耗关系估算电机空载损耗P₀，最后估算电机最高效率点负载率β_m；计算步骤：

①电动机运行时输出功率P₂计算P₂＝η₁P₁；

②空载电流估算：

③额定状态总损耗ΣP_N估算：

由P₁(1-η₁)＝ΣP_Nk+(I₁ ²-I₀ ²/I_N ²-I₀ ²)ΣP_N(1-k)，

对Y系列电机k＝0.4，可得ΣP_N；

④额定效率η_N计算：由ΣP_N＝(1/η_N-1)P_N，可得η_N；

⑤空载损耗P₀估算：由P₁＝η₁P₁+P₀+β₁ ²(ΣP_N-P₀)可得P₀；

⑥最大效率负载率βm估算：

3)电动机解体、定子绕组拆除、定子铁芯、绕组数据测量：电机解体后，定子经240-250度4-6小时将绝缘漆烘烤失效后，拆除绕组、铁芯清理干净后，测量定子铁芯槽型尺寸、铁芯长度、铁芯内径、槽数，测量定子绕组每槽导体数、并联支路数、线规、跨距等数据，按电机设计常规公式计算槽满率Aef；

4)定子绕组设计：(1)匝数，根据工作负载率β1与最高效率点负载率βm相对位置确定是否增加匝数，若βm＞β1，则改造后的效率曲线应前移，使βm接近β1，需在原绕组匝数基础上增加1-2匝；若βm＜β1，则改造后效率曲线应后移，由于改造过程中，额定负载损耗是降低的，βm将增大，自然使βm接近β1，可保持原来匝数；(2)绕组跨距一般按短一槽设计；(3)导线线规及并绕根数：槽满率暂定78％，按计算公式(其中d为包括双边绝缘厚度的导线直径，Aef为槽满率，Ns为每槽导体数，Nt为并绕根数)，分别计算并绕根数Ns＝1,2,3……时导线直径估算值及减去绝缘厚度的估算值，套用标准线经的线规及相应的导线截面积s，计算不同的总截面积Nts，以总截面积Nts最大值为并绕根数和线规的最终方案；一般改造后，导线截面积应增大20％左右，槽满率应控制在76-78％；(4)槽满率校核；(5)线圈端部尺寸：规定绕组出槽直线部分距离，该距离在满足工艺技术条件前提下越小越好；

5)线圈制作、下线、接线、半成品测试，绝缘处理；

6)转子永磁改造：一般导线截面增大16-20％，槽满率76-78％，电机性能即可达到要求，如果绕组设计达不到要求，原电机性能较差或运行负载率变化较大，要取得良好的节电效果，则应对转子进行永磁改造；

7)电机总装、试验及改造后现场工况测试。

实施例：

实施例提供了一种Y系列三项异步电动机节能改造的方法，包括以下步骤：

1.电机运行工况参数测试：一台Y-160L-4三相异步电动机，额定功率P_N＝15kW，额定电流I_N＝30.7A，转速n＝1450rpm。现场运行参数测试：输入功率P_N＝7.8kW，运行电流I₁＝18.47A，负载率β1＝51.8％，运行效率η＝89.79％，功率因素＝0.721。

2.电机相关参数估算：运用电机功率、损耗、效率、负载率的相互关系，估算出空载电流I₀＝13.19A，额定状态下总损耗∑P_N＝1.4928Kw，额定效率η_n＝90.95％，空载损耗P₀＝0.55Kw，最高效率点负载率βm＝76.38％。

3.电机解体、绕组拆除、相关数据测量。定子铁芯数据：36槽，内外径为170mm、260mm，铁芯长195mm，绕组数据：单层交叉式绕组，匝数22匝，跨距2/1-9、1/1-8，三根并绕，线规2×1.25+1×1.18，并联支路数1，Δ接。

4.绕组设计：根据运行负载率和最高效率点负载率的位置，绕组设计为：单层交叉式绕组，匝数23匝，4根并绕，线规4×1.18，跨距2/1-9,2/1-8，并联之路数1，Δ接。槽满率校核为76.48％。

5.转子永磁节能改造：由于导线截面积增大已达23.29％，且槽满率符合工艺要求，可预测改后电机能达到GB18613-2012二级能效标准，可不进行转子的永磁改造。

6.绕组制作、下线、绝缘处理、电机总装。

7.改造后，测得电机运行效率由89.7％提高到92.7％(满足GB18613-2012二级能耗92.1％标准)，功率因素有0.721提高到0.751，电机总损耗降低31.4％。

本发明实施例基于电机运行实际工况，对电机绕组进行重新设计，施工，充分利用电机原有零部件，实现了Y系列三项异步电动机的节能改造，电机效率、功率因素得到提高，损耗降低。

Claims (1)

1.一种基于三相异步电动机运行工况的电机节能改造方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)电机运行工况的测试：运用电机运行参数测试仪或电机故障测试仪，测试电机工作状态下的输入功率P₁，运行电流I₁，工作负载率β₁，运行效率η₁；

2)电动机运行参数估算：由电机已知额定功率P_N，额定电流I_N，分别估算电机输出功率P₂，空载电流I₀，额定状态总损耗∑P_N，额定效率η_N，由电机损耗关系估算电机空载损耗P₀，最后估算电机最高效率点负载率β_m；计算步骤：

①电动机运行时输出功率P₂计算P₂＝η₁P₁；

②空载电流估算：

③额定状态总损耗ΣP_N估算：

由P₁(1-η₁)＝ΣP_Nk+(I₁ ²-I₀ ²/I_N ²-I₀ ²)ΣP_N(1-k)，

对Y系列电机k＝0.4，可得ΣP_N；

④额定效率η_N计算：由ΣP_N＝(1/η_N-1)P_N，可得η_N；

⑤空载损耗P₀估算：由P₁＝η₁P₁+P₀+β₁ ²(ΣP_N-P₀)可得P₀；

⑥最大效率负载率βm估算：

3)电动机解体、定子绕组拆除、定子铁芯、绕组数据测量：电机解体后，定子经240-250度4-6小时将绝缘漆烘烤失效后，拆除绕组、铁芯清理干净后，测量定子铁芯槽型尺寸、铁芯长度、铁芯内径、槽数，测量定子绕组每槽导体数、并联支路数、线规、跨距等数据，按电机设计常规公式计算槽满率Aef；

4)定子绕组设计：(1)匝数：根据工作负载率β1与最高效率点负载率βm相对位置确定是否增加匝数，若βm＞β1，则改造后的效率曲线应前移，使βm接近β1，需在原绕组匝数基础上增加1-2匝；若βm＜β1，则改造后效率曲线应后移，由于改造过程中，额定负载损耗是降低的，βm将增大，自然使βm接近β1，可保持原来匝数；(2)绕组跨距一般按短一槽设计；(3)导线线规及并绕根数：槽满率暂定78％，按计算公式(其中d为包括双边绝缘厚度的导线直径，Aef为槽满率，Ns为每槽导体数，Nt为并绕根数)，分别计算并绕根数Ns＝1,2,3……时导线直径估算值及减去绝缘厚度的估算值，套用标准线经的线规及相应的导线截面积s，计算不同的总截面积Nts，以总截面积Nts最大值为并绕根数和线规的最终方案；一般改造后，导线截面积应增大20％左右，槽满率应控制在76-78％；(4)槽满率校核；(5)线圈端部尺寸：规定绕组出槽直线部分距离，该距离在满足工艺技术条件前提下越小越好；

5)线圈制作、下线、接线、半成品测试，绝缘处理；

6)转子永磁改造：一般导线截面增大16-20％，槽满率76-78％，电机性能即可达到要求，如果绕组设计达不到要求，原电机性能较差或运行负载率变化较大，要取得良好的节电效果，则应对转子进行永磁改造；

7)电机总装、试验及改造后现场工况测试。