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磁性槽楔的研究和应用

 要:介绍磁性槽楔的研究和应用情况,并通过试验进行了对比分析。

关键词:磁性槽楔 铁耗 效率 电动机

引言

我国是世界上最大的煤炭生产国和消耗国,去年产煤已达19亿吨,也是世界上第二大石油进口国,进口石油已达12亿吨,占国内消耗量的1/3。煤炭和石油都是不可再生的自然资源,总有消耗殆尽的时候。随着经济的发展,能源短缺越来越严重,用电紧张已成全国性问题。但是,我国能源利用率却只有30%,比发达国家约低10%,产值能耗比世界平均水平高2倍多。高耗低效是造成我国目前能源紧张的重要原因之一,节能降耗日益引起人们的关注。

电动机作为原动机,各行各业大量使用。据统计,交流电机用电量占我国发电总量的60%。电动机是名符其实的用电大户,也是节能潜力最大的行业,因此,国家己把电机节能列为下个五年计划的十大节能工程之一。电机性能指标中,效率是个重要参数。提高电动机的效率有各种方法,使用新材料是其中之一。磁性槽楔对提高效率有显著作用,可使效率在原有

基础上提高1%左右,节能效果相当明显。

磁性槽楔的研究和应用

磁性槽楔由铁磁材料通过特殊方法制成,具有良好的导磁性能,能显著降低电动机的损耗,提高效率。作为原动机,电动机将电能转换成机械能,机电能量的相互转换是通过电磁转换实现的。电动机如要正常工作,就必须建立电、磁场,因此,电动机本身必须具备供电流通过的电路和磁通通过的磁路。电路由铜线制成的线圈组成,磁路由导磁材料硅钢片组成。

据磁路欧姆定律,磁阻

电动机中,定子内圆均布着许多槽形以供下嵌定子线圈。定子线圈由非导磁材料铜制成。由于非导磁材料的导磁系数接近于真空的导磁系数µ0,而导磁材料的导磁系数µkµ02000~6000倍,如果定子采用非磁性槽楔,就会减少磁路中定子齿部的有效截面积,使得齿部磁阻增大,相应增加了磁路的损耗亦即铁耗。用铁磁材料制成的磁性槽楔的导磁系数大,能增大定子齿部的有效截面积,降低磁阻和损耗。理论计算和试验结果表明,在其它参数完全相同的情况下,非磁性槽楔的铁耗比磁性槽楔的铁耗大50%以上,使电动机效率大为降低,严重者会导致温升不合格。

我厂中大型Y系列电动机一直使用磁性槽楔。近年来,个别用户明确提出用非磁性槽楔,我们对此进行了研究和对比性试验。

2.1 磁性槽楔的应用分析

2002年,我厂为某电厂生产了两个规格YKK系列6kV电动机,一个规格为YKK355-4 250kW 6kVIP54 ;另一个为YKK450-4 630kW 6kV IP54。在定、转子参数完全相同的情况下,仅将磁性槽楔按用户要求改为非磁性槽楔。槽楔材质不同时,电动机各损耗及效率计算值见表1

当槽楔由磁性槽楔改为非磁性槽楔后,五大损耗计算值中,除铁耗大幅增加外,其余四项损耗几乎没有变化。表1中,YKK355-4 250kW电动机非磁性槽楔铁耗62kW,比磁性槽楔铁耗346kW增加了274kW,增幅达792%,结果导致效率下降1%;YKK450-4 630kW电动机非磁性槽楔的铁耗1217kW,比磁性槽楔铁耗679kW大了538kW,增幅亦为792%,效率下降08%。由于铁耗大幅增加,不仅使电动机效率下降,还将导致温升升高,甚至超标,达不到技术条件要求。上述两个规格电动机的型式试验证明了这一点,其试验数据见表2

从表2可以看出,YKK355-4 250kW 6kV IP54电动机,非磁性槽楔铁耗实测值比磁性槽楔的大了691%,其效率实测值差距与计算值一样,为1%。但非磁性槽楔的温升为874K,如按YKK系列技术条件要求,F级绝缘作B级温升限值80K考核的话,是不合格的。YKK450-4 630kW 6kV IP54电动机,非磁性槽楔铁耗比磁性槽楔的大513%,两种槽楔

效率试验值的差距也与计算值一样,相差08%。两个规格电动机的温升,非磁性槽楔比磁性槽楔均高9K左右。

比较表1、表2的数据,在相同条件下,磁性槽楔对减少铁耗、提高效率,降低温升有明显作用。这对设计高效节能电机是很有益处的。由于企业受产品交货和生产条件的限制,很少有机会进行对比性的深入研究,上述两个规格电动机的试验数据是在不同时期生产的电动机中获得的,生产工艺、材料质量会对对比性有一定影响。2004年,我厂在研制新型全散热片式Y2系列高压电动机时,在同一电动机上对两种槽楔进行了对比性试验。该电动机型号为Y2 355-4 200kW 6kV IP54,冷却方式为IC411。由于用户要求用非磁性槽楔,电动机首先是按非磁性槽楔设计的。试制时,所用某国硅钢片比武钢硅钢片质量有差距,导致铁耗试验值高达867kW,比设计值522kW大了许多,结果实测效率只有9127%。将该台电动机的非磁性槽楔改用磁性槽楔后,铁耗试验值降到55lkW,效率升高到9308%。撇开其它因素不谈,单就两种槽楔对铁耗的影响而言,非磁性槽楔比磁性槽楔的大了574%,与前面两个YKK系列电机规格的实测结果是一致的。由于这是在同一电机上进行的对比性试验,数据更具可比性和参考价值。

从上述同一电机或同一规格不同电机的试验数据可以得出,磁性槽楔对减少铁耗、提高效率、降低温升有非常明显的作用。

2存在的问题

我厂使用过的磁性槽楔按制造工艺方法不同分为模压、引拔、高强度三种。模压磁性槽楔导磁率高、铁耗小,但强度稍差,在一些使用工况恶劣的环境(如电厂的排粉、磨煤等领域),电动机起动、过载频繁,少数电机的槽楔有松动现象发生,严重者甚至会脱落,造成定、转子相擦。引拔磁性槽楔是在模压槽楔的基础上加入细铁丝,以提高槽楔强度,其导磁性能比模压槽楔更好,但一旦槽楔脱落,磨损后槽楔中的铁丝会损坏线圈绝缘层,严重者会导致整台电机定子线圈报废。引拔磁性槽楔在我厂只使用了很短一段时间,早已不用。现正在试用一种高强度磁性槽楔,是用玻璃丝带层压而成的,强度比模压槽楔高,但由于加入了玻璃丝带,其导磁率比模压槽楔低,铁耗较大,现正做进一步的研究。

有些用户因在使用过程中由于出现过槽楔松动或脱落的问题,就在订货时提出使用非磁性槽楔。这一现象在发电行业尤其普遍。据统计,不管是新上项目还是改造项目,发电行业订货的所有电动机都要求用非磁性槽楔。发电行业是使用电动机的大户,各种磨煤、排粉、引风、送风、水泵等设备都需要电动机,而且所用电动机都是大、中型动机,功率大,耗电多。目前我国每年投产的火力发电机组数千万kW,电动机的使用量是非常大的。槽楔脱落与其材质并无多大关系,主要是制造原因造成的。解决槽楔松动脱落是电动机生产厂家义不容辞的责任,广大电机用户不必在这方面存在疑虑。

2.3 解决办法

为了克服槽楔脱落的缺点,一是严格控制装配间隙,使公差控制在合理范围内,既不使槽楔打入过分困难,又不使槽楔打入后太过松动;二是槽楔朝线圈的一面刷胶,这点尤为重要;三是控制好真空压力整浸(VPI)设备的参数,保证油漆能渗入槽楔的各个接触面,提高槽楔的紧固程度。通过上述措施,不管是磁性槽楔还是非磁性槽楔,我厂近几年已基本杜绝槽楔松动或脱落现象的发生。

结论

我国是能源消费大国,每年2万多亿度电的发电量中,60%被电动机消耗掉了。如果电动机效率从现有基础上提高0.5%,所创造的社会效益和经济效益是巨大的。磁性槽楔对降低电动机损耗和提高效率有立竿见影的作用,对现有电动机的改造也非常简单,仅仅更换槽楔就可以了。在能源日益紧张,环境污染日趋严重的今天,磁性槽楔的推广和应用具有重要的社会意义。


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