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张文和：电机提效降本的常规措施与挑战

2023/11/18 13:21:29 来源：作者

      今天高效电机领跑者项目组专门邀请了制造IE5能效电机的生产厂家-山西电机制造有限公司特邀山西电机张文和董事长，请张董事长分享一下企业先进举措。
      张文和现任山西电机制造有限公司党委书记、董事长。自任职以来，先后于2020和2021年，牵头科研团队研发的新产品YE4、YE5均获得工信部“能效之星”，并带领整个公司将产值销售收入从2014年1.4亿突破至7.5亿，实现弯道超车请您谈一下当前提升电机能效的常规措施和方法有哪些?众所周知，电动机在运行过程中主要包括五大损耗，即为:定子铜损耗、转子铜损耗、铁芯损耗、机械损耗以及杂散损耗。高效率电机的技术要点是最大限度地降低电动机“五大损耗”。1.电磁方案优化设计，提高电机效率主要通过槽配合优化、减薄绝缘提高槽满率、降低额定电流、在机座号不变的前提下有效扩容等措施，最优化电机工作效率，实现大功率小机座号的电机结构设计。2.采用优质硅钢片，降低电机铁耗铁心材料的电磁性能对电机的效率及其它性能影响较大，同时铁心材料费用又是构成电机成本的主要部分之一，选用合适的磁性材料是设计和制由机的律3.绝缘减薄既减薄绝缘厚度，又保证线圈的绝缘效果，是该技术的重点和难点。目前，我们主要通过新型绝缘材料应用、绝缘材料叠包工艺优化、VPI浸渍树脂改进等方法进行绝缘工艺试验，逐步实现了绝缘减薄技术的批量应用。4.提高冲片及铁心压装质量与普通效率电动机相比，高效电动机制造过程中，提高了对铁心压装精度、冲片毛刺等的制作、考核标准，尤其对冲模精度和冲裁间隙、冲槽机分度精度和定位精度、压装设备和专用工装，进行了全面的制作标准、检验标准升级，执行了更高的要求。5.改变风路和风扇结构，提高电机效率目前，高压高效三相交流异步电动机主要采用径向通风结构，减少外置风扇，降低空气流动阻力，增加风量，提高换热效率，从而降低损耗。针对不同型号电机实际需要设计自带外风扇或者配备独立冷却风机等结构，风扇普遍采用高效率离心风扇。>新产品设计要点主要为以下10点
1.利用有限元分析，对电磁方案进行计算、仿真，确保电气性能的先进性。
2.槽配合的选择，需要综合兼顾杂散损耗小、电磁噪声低。
3.对特殊应用场所及环境电机，需要对绝缘结构进行评价或采取相应措施。
4.为避免电机出现异常振动，对电动机临界转速进行核算。
5.对于大转动惯量类负载，均进行启动时间核算，确保电机安全平稳启动。
6.对于新规格电机，均进行通风散热计算、温升计算，确保产品可靠运行。
7.特殊工况电机，需要进行轴承润滑、轴承寿命计算，确保轴承可靠性
8.为避免轴电流对轴承的电腐蚀，所有电机均采用绝缘轴承座结构。川发开
9.电机的监控及保护，所有高压电机均标配8个PT100温度传感器、绕组防潮加热带。
10.对于新结构电机，均进行机械强度、刚度、挠度核算，确保可靠性。面对电机能效标准提升，贵司设计生产的IE5电机如何提效降本，有哪些技术和材料革新?
我司是原国家机械工业部定点生产三相异步电动机的重点企业，是山西省电机制造行业的主导企业，是全国最大的绕线转子电机及特种电机生产基地，2019年凭借在超超高效电机开发中的突出成绩，公司作为行业产学研合作项目《基于典型负载和工况匹配的电机系统节能技术与产品开发》的骨干单位，获得中国机械工业科学技术奖的一等奖。作为一家具有71年历史的电动机专业生产企业，近年来在各级政府主管部门的指导下公司开展了多项与绿色制造有关的技改项目，通过技改和科技项目的投入，提高公司的绿色制造水平。
刚刚我们提到“五大损耗”是各家电机制造企业都要面对的问题，我们主要是从设计、原材料和T艺三个维度进行升级改浩，进而达到提高产品性能降本增效的目标。在设计方面，我们通过采用多种有效措施以充分发挥低谐波正弦绕组技术优势，并在电机通风散热领域开展技术研究，使产品效率得到有效提升。
      在原材料方面，我公司硅钢片的主要供应商为太原钢铁集团有限公司、宝钢。其中与太钢同位于太原市，采购供货条件便捷。硅钢片的重要质量指标是铁损低，磁感应强度高。公司为硅钢片的下料配置了纵、横剪切机，可实现精确送料整平、收卷，下料尺寸精度可控制在1mm以内。落圆和复冲设备采用的压力机均由国内一流的压力机厂生产，可满足机座号为H710及以下规格高压电机和同步电机定子斜槽扇形片的冲制生产这些设备精度牧局0.02mm，有力的保证了冲裁模具的精度和冲片精度。冲片毛刺可控制在0.05mm以内，保证了较高的铁心质量。单冲区配置的是16T数控高速冲槽机，分度精度为0.02mm，该设备精度、制造水平已基本接近德国舒勒公司的水平。叠压区包括定子铁心叠压和转子铁心叠压，定子铁心叠压又分为低压电机定子铁心叠压和高压电机定子铁心叠压。低压电机定子铁心叠压全部采用下拉式叠片机，叠压铁芯时设备自配涨胎，在涨紧铁心的情形下滚压扣片，既提高铁心质量，又降低了工人劳动强度，铁心的槽整齐度均有大幅度提高。电磁线是电机的主要生产原材料，其性能指标及质量状况对电机的影响非常大，我公司在电磁线的选用上积累了多年经验，采用三级漆膜线、变频电磁线，高压采用云母线、薄膜线。另外电磁线的选用及进厂的检验控制环节尤为重要，我司拥有全套检验设备，在电磁线的检验方面，可对电磁线的直径、最大外径、绝缘厚度、伸长率、耐刮性、击穿电压等性能全部进行检验。
         在工艺方面，我公司一直采用的是行业内独树一帜的低压铸铝工艺，转子低压铸铝的基本原理是在密闭的堆塌内通入干燥的压缩空气，气体作用于铝液的上表面，(升液管内部与模具相通，有排气孔与大气相通)铝液受到压力作用，被迫沿升液管内部上升，进入模具内部，对模具型腔和转子铁心槽孔进行填充，直至充满，此过程我们称之为“升液及充型过程”。此过程结束后，继续提高压缩空气压力，使铝液在较高的保压压力下结晶，此过程我们称为“保压过程”。在保压结束后，解除堆塌内的压缩空气压力，使升液管内未凝固的铝液流回到堆塌内，完成转子的浇注铸铝工艺。