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高压电动机介绍

作者：兆复安点击：次发布时间：2021-09-23

一.概述

高压电机是指额定电压在1000V以上电动机。常使用的是6000V和10000V电压，由于国外的电网不同，也有3300V和6600V的电压等级。高压电机产生是由于电机功率与电压和电流的乘积成正比，因此低压电机功率增大到一定程度(如300KW/380V)电流受到导线的允许承受能力的限制就难以做大，或成本过高。需要通过提高电压实现大功率输出。高压电机优点是功率大，承受冲击能力强；缺点是惯性大，启动和制动都困难。兆复安电气高压电机介绍

二.用途
高压电动机可用于驱动各种不同机械之用。如压缩机、水泵、破碎机、切削机床、运输机械及其它设备，供矿山、机械工业、石油化工工业、发电机等各种工业中作原动机用。用以传动鼓风机、磨煤机、轧钢机、卷扬机的电动机应在订货时注明用途及技术要求，采用特殊的设计以保障可靠运行。
三.类型
高压电机分为：高压同步电机；高压异步电机；高压异步绕线式电动机；高压鼠笼型电机等。
四.控制装置
根据实际而定方式:电机容量大小与电源容量且1000KW以下的可直接启动,这时的冲击电流是额定值的3-6倍.为了防止冲击电流过大,对于大电机必须考虑减少启动电流的启动方式:有串电抗启动,变频启动,液力偶合器启动，水阻柜降压起动，固态可控硅降压软启动及绕线电机串水阻柜等多种方式.有复杂有简单,价钱差异很大. 由于电压高,电流冲击大,电机制造必须满足过电压的要求,绝缘等级要求较高。
五.维修流程
1）绕线
高压电机按电压等级需要选用双亚胺，单亚胺，单薄双丝等各种规格的丝包扁线，材料齐备后，可在绕线机上绕制制成梭型成圈，一般电机最短线圈直线部分25厘米，最大线圈直线部分1.2米，绕制可单平绕，单立绕，也可双平换位绕，也可双平换位立绕，根据具体要求确定。利用圆盘中的万能调节也可绕制圆漆包线线圈。绕线机内置一台调速电机与一台涡轮涡杆减速机，带动绕线机实现0-120转/分的可顺逆可制动的旋转，并可正反计数，一般可绕制1600KW以内的各种电机线圈，另配有简易涨紧器一套，可控制绕制线圈的松紧度，一般的修理厂家选用如上产品即可，如遇到特殊大型规格时，可选择特异型绕制设备。
2）成型前包扎
高压电机梭型线圈绕制后,用收缩带,黄蜡绸带等绝缘材料包扎，目的是：保护线圈外绝缘、层间绝缘、匝间绝缘不至于损坏。在拉型机时免受模具夹具、鼻端销钉等摩擦，防止松动变形。
包扎线圈一般用女工，由于女工心细手巧且干活速度快，一般3-5人包扎供拉型。也可使用电动包带机．兆复安电气介绍YKK高压电机

3）成型
成型机、涨型机、拉型机其实是一种机器，它主要目的是把绕线机绕制的立绕梭型线圈或平绕梭型线圈拉成框行线圈，框型线圈以电机定子铁心的内外圆为标准，组成向心式的有角度的线圈，绕制梭型线圈需技工2人即可完成,而拉（涨）型一般需3人。拉型前使用计算机将线圈的形状按照所修电机的实际情况绘制成图并制作成模板用来调整拉型机，不会绘图者一般以旧线圈为模板调整拉型机，拉型机四只夹具有上下左右调整机构，调整夹紧机构锁扣锁定线圈进入拉型程序。
4）整形
高压电机由于加上层数不等的云母绝缘材料后，厚度增加了很多，线圈端部距离被绝缘层挤占，稍不注意，嵌线时拥挤嵌放不下去，造成嵌线困难，这就需要冷整型。冷整型模具(或叫正型模具)，传统以木制为多,每种型号的电机就需要制作一套模具，而我公司所使用的正型模具具备调距、调角度、调端高等方面的灵活性。正型期间敲打时必须注意，不可破坏层间绝缘。
低压电机拉型后,一般不再冷整型,直接进入嵌线工序。
5）包扎云母带及热压
定子线圈冷正形后，即进入包扎工序，如今线圈绝缘等级高的材料基本国产化，但云母材料的质量、价格很悬殊。我公司多年制作线圈与绕制高压电机，熟知十几家产品的质量和价格，学员结业后告知厂家详情。电压高与低、季节不同各种等级云母等材料认购标准不同。一个女工包扎线圈一天10个小时，框形线圈周长在2米的万伏线圈有望包扎三只。各种电机等级线圈包扎多少层数、先包直线还是后包端部要看何时嵌线而定。云母带，高阻带，收缩带至于在线圈中起什么作用，哪家的质量好、价位低，怎样包扎，包扎在什么位置，包多少层等等，最好在跟班学习中掌握并熟记要领。我公司生产万能云母包带机，包带机一般情况下一台可代替3-5人工作，批量生产线圈的厂家可选购，初修大电机的客户初期还是以手工包扎为好。一台高压电机修理时下列几步一般要同时展开进行：绕线、拉型、冷正型、包云母带、包高低阻带，这些工序均需2-3人操作。同时下道热压线圈的工作程序也应开始。热压的主要目的有：
1. 定形后可嵌线方便。
2. 线圈固化可防潮,防水浸。
3. 电晕放电到槽口以外。
4. 完成对外界的封闭,免高压击穿。
我公司生产热压成型机长度1.2米，上下、左右、角度可调整。客户拥有一台全自动电脑控制的热压机后，1600KW以内的YR,JR,JS,TDK,电机的定子线圈均可加工。并可按照客户的要求定做特型机。
热压机可附加自动控制装置，比如H级温度在多少度恒温工作，F级在多少度恒温工作,热压时间多厂，何时开机，何时待机保温均可实现智能化，热压时要自备到指定的厂家购一些脱模剂，清除剂，清残留物等工具。
6）测试耐压
热压线圈退模后要放置一段时间再测试耐压，这是检验产品的一道工序,按照3000V、6000V、10000V等不同的工作电压有不同的要求打耐压标准。兆复安电气为大家介绍高压电动机

直线部分或弯曲部分怎样去防止打穿，送些均须在热压时掌握，我公司掌握着小修高压电机线圈的若干技巧，掌握着打耐压后打穿后去复制该线圈的技巧，这需要亲自参加学习一段才会知晓。
打耐压的仪器,一般选购武汉区域的产品较多。
自绕制线圈至嵌线完毕，一般要多做一只线圈，目的有：
1. 留下该型号电机技术数据(线规,匝数,绝缘厚度,直线长,弯度,端部长,抬高度与节距角度等数据)。
2. 以备哪一只线圈不合格时替换。
高压电机一般以200KW—2000KW居多，重量最一般在3吨以上，根据自身条件可设计合适的行吊，以便于维修电机之用。
7）嵌线（定子、转子）
电机定子、转子在经去尘(一般经高压水枪冲洗)后进入烘箱内烘烤，降温后确定是小修还是大修电机。高压电机小修时有一套小修提出线圈工具，转子导条线之弯弧工具，定子线圈机芯内的热压工具，类似小工具很多，需自制，关键是技术与经验要结合。怎样不损坏原线圈是关键。取出线圈重新加工费时费力，能否对旧线圈改造是节省时间的关键(一般高压电机所用的丝包线采购周期为1~2周，这就贻误了修理时间，这些重要问题需要在跟班学习中掌握)。
小修转子时，转子中的铜导条(铝条)怎样取出，取出来如何换条，如何包扎制作标准线圈，以及如何焊接试验等一系列工序，这里不一一论述。大修电机转子时，必须取出全部线圈，怎样取，怎样保持完好线圈是关键技术。比如是高电压的电机，要尽量完整的取出来。如保持线规不损坏，重新包扎时，可省钱、省时。需重新制作线圈时，须算出线规，浪费时间。定子嵌线时一般每三只线圈打一次耐压，以防止线圈对两端槽口放电或对两端端环放电以及因下线有失误造成的线圈损坏放电。整台线圈全部嵌下后的接线,、分距、分组、连线、包扎、接星点、出电机引线等操作均按照各等级电机的操作规程进行。一般的电机在封星点前打一次耐压后即封在一起，外引三根引接线即可。也有特殊引接6根引线外封三角或外接星线。一般引接线需从指定的高压电缆生产厂家购买。一切嵌线接线完毕，整台电机再打耐压一次即完工。
8）浸漆
电机生产厂家批量生产电机时，要购真空浸漆设备，该设备由专业厂家提供。一般修理厂家利用电加热棒加热定子至一定温度后翻转，定子口朝上进行双面灌漆。灌漆时底部有盛漆装置。灌完漆需待两小时以上再放入烘箱，先低温烘三个小时，再高温烘18小时。累计24小时后出炉。目的是固化线棒绝缘与槽内外导线绝缘，以防震动破坏绝缘结构。请除定子内腔中的残漆即可装配。
9）试验
整机参数试验：利用专利技术－－磁控开关变压器起动试验设备来起动380V、660V、1140V、3000V、6000V、10000V等各种电机，高低压可起动试验容量在1000KW以内。凡鼠笼、滑环电机均可作空载起动，空载运行试验，试验项目分测电流、测电压、测速、测温、量噪声等十几个项目。
国内湘潭电机厂、上海电机厂、哈尔滨电机厂等等都是国内高压电机的名牌
六.调速技术编辑
1）从市场情况看，高压电机调速技术可分为如下几种：
液力耦合器
在电机轴和负载轴之间加入叶轮，调节叶轮之间液体（一般为油）的压力，达到调节负载转速的目的。这种调速方法实质上是转差功率消耗型的做法，其主要缺点是随着转速下降效率越来越低、需要断开电机与负载进行安装、维护工作量大，过一段时间就需要对轴封、轴承等部件进行更换，现场一般较脏，显得设备档次低，属淘汰技术。
早期对调速技术比较感兴趣的厂家，或者是因为当初没有高压调速技术可以选择，或者是考虑到成本的因素，对液力耦合器有一些应用。如自来水公司的水泵、电厂的锅炉给水泵和引风机、炼钢厂的除尘风机等。如今，一些老的设备在改造中已经逐渐被高压变频替换掉。兆复安变频器相关波形图

2）高低高型变频器
变频器为低压变频器，采用输入降压变压器和输出升压变压器实现与高压电网和电机的接口，这是当时高压变频技术未成熟时的一种过渡技术。
由于低压变频器电压低，电流却不可能无限制的上升，限制了这种变频器的容量。由于输出变压器的存在，使系统的效率降低，占地面积增大；另外，输出变压器在低频时磁耦合能力减弱，使变频器在启动时带载能力减弱。对电网的谐波大，如果采用12脉冲整流可以减少谐波，但是满足不了对谐波的严格要求；输出变压器在升压的同时，对变频器产生dv/dt也同等放大，必须加装滤波器才能适用于普通电机，否则会产生电晕放电、绝缘损坏的情况。如果采用特殊的变频电机可以避免这种情况，但是就不如采用高低型的变频器了。
3）高低型变频器
变频器为低压变频器，输入侧采用变压器将高压变为低压，将高压电机换掉，采用特殊的低压电机，电机的电压水平多种多样，没有统一标准。
这种做法由于采用低压变频器，容量也比较小，对电网侧的谐波较大，可以采用12脉冲整流减少谐波，但是满足不了对谐波的严格要求。在变频器出现故障时，电机不能投入到工频电网运行，在有些不能停机的场合应用会有问题。另外，电机和电缆都要更换，工程量比较大。
4）串级调速变频器
将异步电机部分转子能量回馈至电网，从而改变转子滑差实现调速，这种调速方式采用可控硅技术，需要使用绕线式异步电动机，而如今工业现场几乎都采用鼠笼式异步电动机，更换电机非常麻烦。这种调速方式的调速范围一般在70%-95%左右，调速范围窄。可控硅技术容易造成对电网的谐波污染；随着转速的降低，电网侧功率因数也变低，需要采取措施补偿。其优点是变频部分容量较小，比其他高压交流变频调速技术成本稍低。
这种调速方式有一种变化形式，即内反馈调速系统，省却了逆变部分的变压器，将反馈绕组直接做在定子绕组里，这种做法要更换电机，其他方面的性能与串级调速接近。
串级调速电机受转子滑环的影响，不能做到很大功率，滑环维护工作量也大，属于七八十年代的落后技术，工业应用已经越来越少。兆复安电气变频器相关波形图

5）电流源型直接高压变频器
这种变频器，输入侧采用可控硅进行整流，采用电感储能，逆变侧用SGCT作为开关元件，为传统的两电平结构。由于器件的耐压水平有限，必须采用多个器件串联。器件串联是一种非常复杂的工程应用技术，理论上说可靠性很低，但有的公司可以做到产品化的地步。由于输出侧只有两个电平，电机承受的dv/dt较大，必须采用输出滤波器。电网侧的多脉冲整流器为可选件，用户需要针对自己的工厂情况提出要求。这种变频器的主要优点是不需要外加电路就可以将负载的惯性能量回馈到电网。
电流源型变频器的主要缺点是电网侧功率因数低，谐波大，而且随着工况的变化而变，不好补偿。
6）电压源型三电平变频器
这种变频器采用二极管整流，电容储能，IGBT或IGCT逆变。三电平的逆变形式，采用二极管钳位的方式，解决了两个器件串联的难题，技术上比两个器件简单直接串联容易，同时，增加了一个输出电平，使输出波形比两电平好。
变频器相关波形图
这种变频器的主要问题是：由于采用高压器件，输出侧的dv/dt仍旧比较严重，需要采用输出滤波器。由于受到器件耐压水平的限制，最高电压只能做到4160V，要适应6KV和10KV电网的需要，更换电机是一种做法，但是造成故障时向电网旁路较麻烦。对于6KV电机有一种变通做法，就是将电机由星型接法改为角型接法，这样电机的电压就变为3KV；这种做法使电机的环流损耗上升，国内已经有烧毁电机的事例，有可能与此有关。还有的公司用这种变频器实现高低高方式，使容量比原来采用低压变频器实现高低高方式时大，但是高低高方式所存在的问题依然存在。襄阳兆复安变频器相关波形图

三电平变频器一般采用12脉冲整流方式。
7）功率模块串联多电平变频器
这种变频器采用低压变频器串联的方式实现高压，是电压源型变频器。它的输入侧采用移相降压型变压器，实现18脉冲以上的整流方式，满足国际上对电网谐波的最严格的要求。在带负载时，电网侧功率因数可达到95%以上。在输出侧采用多级PWM技术，dv/dt小，谐波少，满足普通异步电机的需要。可根据负载的需要设计变频器的输出电压，是解决6KV、10KV电机调速的较好办法。功率电路采用标准模块化设计，更换简单，所用器件在国内采购也比较容易。
这种变频器采用低压IGBT作为逆变元件，与采用高压IGBT的三电平变频器相比，功率元件数目较多，但技术上较成熟。与采用高压IGCT的三电平变频器相比，功率元件数目较多，但总元件数目却较少，因为IGCT需要非常复杂的辅助关断电路。
由于整流变压器与功率模块的连线较多，因此变压器不能与变频器分开放置，在空间有限的场合不是很灵活。
七.可选功能
特别平衡
基地：铁路，滑动基地，扩大重建脚脚，锚固板
焊接不同尺寸的接线盒基于内部可用空间
功率因数校正电容器
非回归棘轮
离心开关
温度检测器：热敏电阻（PTC或NTC）的
温度检测器：温控器（双金属）
两个带电电源端子箱
一个或多个终端箱
轴：特殊尺寸，双轴端，锥形，空心，特殊钢
编码器
含油轴承
油润滑轴承
特殊轴承（overdesigned）的轴向或径向推力
特别画
接线端子
电缆接头在接线盒入口
保护对电压浪涌：照明避雷器和电容
铝，铜或黄铜转子
振动探测器
噪声抑制空气中的入口和出口
测速发电机
为微分和积分的CT保护
轴承用温度计测量与没有接触/
信号转导
独立的液压油流通体制套筒轴承
电气绝缘与变频驱动驾驶的所有帧大小非驱动端轴承
这两个轴承电气绝缘
接地在驱动器端轴承何时由变频器驱动（除机密领域的所有帧刷）
独立通风
八.差动保护
高压电机差动保护装置发电机两端流过方向相同、大小相等的电流称为穿越性电流，而方向相反的电流称为非穿越性电流。作为主保护，发电机比率制动差动保护是以非穿越性电流作为动作量、以穿越性电流作为制动量，来区分被保护元件的正常状态，故障状态和非正常运行状态的。　正常运行状态，穿越性电流即为负荷电流，非穿越性电流理论为零。　内部相间短路状态，非穿越性电流剧增。　当外部故障时，穿越性电流剧增。　在上述三个状态中，保护能灵敏反应内部相间短路状态动作出口，从而达到保护元件的目的，而在正常运行和区外故障时可靠不动作。
九.纳米绝缘材料
自上世纪八、九十年代以来，绝缘材料制造与应用领域关于纳米电介质的研究非常活跃，一些性能优异的纳米复合材料于上世纪九十年代初在欧美国家相继问世，如耐电晕聚酰亚胺薄膜、耐电晕漆包线、纳米复合交联聚乙烯高压电缆等。这些纳米复合材料在耐电晕、耐局部放电等方面性能卓越，比传统材料性能高出了几十倍甚至上百倍，问世后便很快分别在变频电机、高压电缆等领域获得了应用。
采用纳米粒子对主绝缘材料进行增强改性是高压电机主绝缘的重要发展趋势之一，有些国外公司关于纳米复合主绝缘的研究目前已完成线棒试验并已进入样机试制阶段，而我国的相关研究才刚刚起步，且投入的人力物力还很欠缺。我们不应习惯于等到国外新产品问世后再来仿制或引进，这样是不能赶上国外先进水平的，例如耐电晕聚酰亚胺薄膜、耐电晕漆包线漆等产品，我们仿制了十多年也没有达到国外先进公司产品的水平就是典型的例子。原因除了工装设备差等因素外，有些关键技术是很难仿制的，比如纳米分散技术、粉体表面改性技术等。由于商业和技术壁垒等方面的原因，预计短期内国外不会公开或转让这些关键技术，我们需要通过自主研究才有可能掌握有关核心技术，缩小与国外技术的差距。

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