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《兆瓦級高速直驅(qū)異步電動機設(shè)計說明與試驗驗證》
兆瓦級高速直驅(qū)異步電動機是為需要高速運行的風(fēng)機，水泵，壓縮機等設(shè)計制造的專用電驅(qū)動系統(tǒng)，需要與被驅(qū)動的機械裝置按系統(tǒng)方式來統(tǒng)籌設(shè)計制造，電機與轉(zhuǎn)動機械同軸，共用轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的軸承與潤滑系統(tǒng)。兆瓦級高速直驅(qū)異步電動機的功率范圍為650kW—1600kW，轉(zhuǎn)速為9000或12000轉(zhuǎn)。該高速直驅(qū)系統(tǒng)的目標(biāo)產(chǎn)品是為該功率和轉(zhuǎn)速段的風(fēng)機水泵或壓縮機提供的專用電機直驅(qū)動力源。
采用3000V為基準(zhǔn)電壓是兼顧主導(dǎo)材料成本與產(chǎn)品的系統(tǒng)成本。驅(qū)動電源可以采用高壓中頻發(fā)電機組與3000V級高壓變頻器，特別說明的是采用高壓中頻發(fā)電機組有一定的性能價格比的優(yōu)勢。
兆瓦級高速直驅(qū)異步電動機產(chǎn)品特點：
1.定子繞組采用聚酰亞胺薄膜燒結(jié)圓銅線，主絕緣采用少膠云母箔與專用樹脂經(jīng)過真空浸漆處理后，烘焙固化為一體。由于采用散嵌繞組，電機繞組端部較短，有利于減短電機長度與體積。
2.電機轉(zhuǎn)子采用剛性轉(zhuǎn)子設(shè)計，轉(zhuǎn)子外圓線速度超過150m/s后，外表面采用碳素纖維帶綁扎加強轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁材料與繞組的固定。
3.采用高速陶瓷軸承油脂潤滑（高速潤滑脂或循環(huán)油潤滑）。軸承系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷情況，可采用兩支點或三支點。
4.獨立冷卻水腔，通過冷卻液體循環(huán)冷卻電機。
5.電機內(nèi)部進行真空處理，真空度小于3.5%（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）。
6.電源優(yōu)先采用3000V級的中頻發(fā)電機組，也可采用3000V級高壓變頻器。
7．兆瓦級高速直驅(qū)異步電動機試驗驗證方案：
一．高速直驅(qū)異步電動機YZQ315-2P 650kW 基本技術(shù)參數(shù):
基準(zhǔn)電壓Un=3000V 基準(zhǔn)頻率f=150Hz 額定功率 Pn=650kW 極數(shù)p=2極
基準(zhǔn)效率η=0.96 基準(zhǔn)功率因數(shù)cosφ=0.90 啟動轉(zhuǎn)矩Tst=1.0 最大轉(zhuǎn)矩Tm=2.0倍
額定轉(zhuǎn)速nN=8974轉(zhuǎn)/分(同步轉(zhuǎn)速9000轉(zhuǎn)/分)。
二．高速中頻發(fā)電機TF560-8P基準(zhǔn)電壓Un=3000V 基準(zhǔn)頻率f=600Hz 額定功率 Pn=650kW 極數(shù)p=8極，同步轉(zhuǎn)速9000轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)速范圍1000-9000轉(zhuǎn)。
三．兆瓦級高速直驅(qū)電動機試驗驗證運行條件與環(huán)境:
A．.采用專用中頻高壓電源驅(qū)動。電源的技術(shù)參數(shù)：
中頻發(fā)電機組方案：
中頻發(fā)電機：TF450-8P/650kW 15OHZ/額定電壓（3000V/6000V），功率因數(shù)0.8，同步轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分。
拖動電動機：Y450-4P 10kV（6kV）/ 50Hz 650kW。
高壓變頻器方案：
高壓變頻器額定輸出電壓3000V額定頻率150Hz，額定容量800kW，額定功率因數(shù)0.8。調(diào)頻范圍10-200Hz。
B．采用液體冷卻：
根據(jù)負(fù)載情況，冷卻液體（水，冷凍液等）通過電機密閉冷卻液體腔循環(huán)冷卻電機。
C．電機內(nèi)部進行真空處理：
采用無油真空泵對電機內(nèi)部進行真空處理，電機內(nèi)部真空度小于3.5%(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）。
D．軸承與潤滑：
軸承采用高速陶瓷軸承，潤滑脂采用專用高速潤滑脂。根據(jù)負(fù)載情況軸承系統(tǒng)采用三支撐結(jié)構(gòu)。
E．三支點負(fù)載試驗驗證方案：
四．兆瓦級高速直驅(qū)異步電動機基準(zhǔn)電壓頻率的說明：
A 兆瓦級高速直驅(qū)異步電動機的基本尺寸數(shù)據(jù)：
電動機的轉(zhuǎn)速9000-12000轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)子外圓的線速度在150m/s左右，電機功率在1兆瓦(如1120kW)左右，考慮電機及系統(tǒng)成本，材料性能指標(biāo)，加工制造等因數(shù)，電機的基準(zhǔn)電壓采用3000VJ比較經(jīng)濟，電機的性能價格比較高。
B. 三相兩極1120kW高速直驅(qū)異步電動機的基準(zhǔn)電壓的比較說明：
|
項目 |
電壓V |
電流A |
頻率Hz |
并聯(lián)路數(shù) |
槽電流 |
每極每相槽數(shù) |
繞組匝數(shù) |
|
1120kW |
380 |
1990 |
150 |
2 |
1990安匝 |
1（6槽） |
1 |
|
1120kW |
660 |
1145 |
150 |
2 |
2576安匝 |
3（18槽） |
2.25 |
|
1120kW |
3000 |
252 |
150 |
2 |
1536安匝 |
8（48槽） |
6 |
|
1120kW |
6000 |
126 |
150 |
2 |
1536安匝 |
8（48槽） |
12 |
|
1120kW |
10000 |
75.6 |
150 |
2 |
1587安匝 |
8（48槽） |
21 |
C.采用3000V作為基準(zhǔn)電壓，電機的動力電纜采用3000V級的50-70平方的電纜可以傳輸兆瓦級電功率100米左右，采用中頻電源或變頻器供電是可行的。
D.采用利用市電轉(zhuǎn)化為高壓中頻發(fā)電機機組，給兆瓦級高速直驅(qū)異步電動機提供電源有一定的好處：
1.占地面積和體積較?。ㄅc同容量與電壓的變頻器相比）
2.產(chǎn)品質(zhì)量可靠，成本可控制，維護簡單。YGZ355-2P ,1120kW高速直驅(qū)異步電動機，加上高壓中頻發(fā)電機組的目標(biāo)價格，希望控制在伍拾萬元人民幣左右。
