铸铜转子超高效率三相异步电动机技术性能分析

杨 旭， 玉佳彬， 梁 栋， 黄 坚

(1.云南铜业压铸科技有限公司，云南昆明 650101;

2.南阳防爆集团股份有限公司，河南南阳 473008;

3.国际铜业协会(中国)，上海 200021;

4.上海电器科学研究所(集团)有限公司，上海 200063)

0 引言

三相异步电动机的技术指标主要包括效率、功率因数、堵转转矩倍数、堵转电流倍数、最大转矩倍数、温升、振动、噪声等。铸铜转子超高效率三相异步电动机(简称铜转子电机)在保证效率达到IE3超高效率技术水平的同时，还要保证其他技术指标符合常规三相异步电动机的要求，使电动机处于良好的工作状态。本文通过对铜转子电机与铝转子YX3系列(GB/T 22722—2008)电机的技术指标进行对比分析，同时辅以典型样机的试验数据进行验证，以求确定符合铜转子超高效率三相异步电动机特性的合理的技术指标。

近期，云南铜业压铸科技有限公司与南阳防爆集团股份有限公司、上海电器科学研究所(集团)有限公司就铸铜转子超高效率三相异步电动机产品的开发开展了合作，结合样机的试制情况，编制完成了YBZT系列隔爆型铸铜转子超高效率三相异步电动机技术条件和YZTE3系列铸铜转子超高效率三相异步电动机技术条件国家标准。

1 技术指标的确定

1.1 效 率

三相异步电动机的应用范围十分广泛，据统计其用电量约占工业系统总用电量的75%。世界各国政府和国际组织已公认三相异步电动机具有巨大的节能潜力。因此，世界上许多国家对电动机系统的节能均给予了高度重视。美国、欧洲、加拿大、澳大利亚等国家和地区都制订了有关三相异步电动机的能效标准。2008年10月，国际电工委员会IEC组织正式发布了IEC60034-30“单速、三相笼型感应电动机的能效分级”标准。该标准统一了全球电机效率标准，将三相异步电动机的能效标准分为IE1、IE2、IE3三个等级，其中IE1为标准效率、IE2为高效率、IE3为超高效率。

铜转子电机的效率按IEC60034-30中超高效率IE3 50 Hz的标准执行，如表1所示，效率测试方法按IEEE112 B法进行测试。

表1 IE3超高效率标准(50 Hz) %

1.2 温升、振动、噪声

由于铜的电阻率约是铝的电阻率的60%，可以有效降低转子损耗，同时铜导条比铝导条具有更优良的导热性能，故采用铸铜转子会有效降低温升，风扇外径也可以相应减小，噪声相应降低。在确定温升、振动、噪声的指标原则上，可与YX3系列保持一致。

1.3 功率因数

与提高电机效率所采用的方法及成本进行比较，改善功率因数的方法较容易实现且投入的成本相对较低，故对于超高效率三相异步电动机而言，一般对功率因数不作特别的要求。在美国NEMA MG1标准中，对超高效率三相异步电动机的功率因数也没有相应的考核指标，但推荐了补偿功率因数所用电容容量的计算及应用方法。通常设置功率因数补偿器的费用仅占总费用(运行费用与制造成本之和)的1% ～3%。使用无功功率补偿不仅可以减少网络中的损耗，还可以有效降低电压波动，有利于电动机的经济运行。

铜转子电机的功率因数指标主要根据产品的设计情况来确定。例如对于YBZT系列隔爆型铸铜转子超高效率三相异步电动机产品，与YX3系列产品相比较，其功率因数略有降低，这对0.75～7.5 kW范围内的产品来说表现的尤为明显。原因主要是为了提高有效材料的利用率，并保持较高的效率水平而导致功率因数下降。由于铜转子电机小功率段效率提高的幅度很大，导致功率因数降低幅度也较大，这在超高效率电动机的试验数据上均有体现。

本次功率因数指标的确定，与YX3系列高效率三相异步电动机产品相比有所降低，对比情况如表2所示。

1.4 最大转矩倍数

最大转矩倍数的大小，表征电机的过载能力，提高这一转矩，也就提高了电机承受冲击载荷的能力。铜转子电机的最大转矩较YX3系列普遍提高。YX3系列平均值为2.2倍，铜转子电机的平均值为2.4倍，较YX3系列提高10%。具体对比见表3。

1.5 堵转转矩倍数、堵转电流倍数

由于铜的电阻率低于铝的电阻率，在采用铸铜转子后，转子电阻降低，电机的效率得到了很大提升，但是电动机的堵转转矩会相应降低，堵转电流倍数会相应增加。因此，对电机的转子槽形必须进行优化调整，设计出符合铜转子特性的转子冲片，以保证铜转子电动机的堵转性能符合相应的国家标准，故铜转子电机的堵转转矩倍数、堵转电流倍数指标与YX3系列产品基本一致。

表2 铜转子电机和YX3系列功率因数标准值对比

2 典型样机的试验情况

YBZT系列(隔爆型)和YZTE3系列铸铜转子超高效率三相异步电动机典型规格样机试制情况，按各大指标试制结果分述如下。

2.1 效率指标

典型规格样机的效率指标试制结果如表4所示。由表4可知，样机的效率指标完全达到了IE3超高效率的标准要求。

2.2 功率因数

典型规格样机功率因数的试验数据与试制用技术条件的对比情况如表5所示。从表5中的对比情况可看出，典型规格样机的功率因数指标基本达到试制用技术条件的要求。

表3 铜转子电机和YX3系列最大转矩倍数标准值对比

2.3 最大转矩倍数

从表6给出的最大转矩数据可看出，实测最大转矩值倍数完全合格，表示铸铜转子电动机的过载能力较强。

2.4 堵转转矩倍数和堵转电流倍数

典型规格样机堵转转矩倍数和堵转电流倍数的试验数据列入表7和表8。超高效率铸铜转子电动机应与普通铸铝转子电动机一样，其堵转电流和堵转转矩等指标也应符合《单速三相笼型感应电动机起动性能(GB/T21210—2007)》标准的相关规定。从表7可看出，表示超高效率铸铜转子电动机的转子槽形经过优化后，可以达到相关标准的规定考核要求。

表4 典型规格样机效率的试验数据

表5 典型规格样机功率因数的试验数据

表6 典型规格样机最大转矩倍数的试验数据

表7 典型规格样机堵转转矩倍数的试验数据

表8 典型规格样机堵转电流倍数的试验数据

3 结语

从以上对电动机的实测数据分析可以看出，铸铜转子电动机在达到IE3超高效率水平的同时，最大转矩倍数出现了明显的上升趋势，具备了较强的过载能力;堵转电流倍数水平低于常规的考核值，堵转转矩稳定，电动机有良好的起动性能;可以说，超高效率铸铜转子电动机的主要技术指标经过理论和实际验证，是相对合理的。在此基础上，编制完成了YBZT系列(隔爆型)铸铜转子超高效率三相异步电动机技术条件和YZTE3系列铸铜转子超高效率三相异步电动机技术条件的国家标准。。 ，

［1］GB/T 22722—2008 YX3系列(IP55)高效率三相异步电动机技术条件(机座号80-355)［S］.

［2］IEC 60034-30—2008 单连、三相笼型感应电动机的能效分级［S］.