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跨界技术革新动力传动系统,全球首款Vplus-Pin扁线低压工业电机发布!

http://www.gkong.com 2024-06-07 09:47 来源:汇川技术

今天,汇川技术发布全球首款Vplus-Pin扁线低压工业电机。本文根据汇川技术驱动电机SPDT主任邹德明发布会内容进行整理,以飨读者。

■ 汇川技术驱动电机SPDT主任  邹德明

在开场的视频里,展示了电机技术的发展历程,同时也提出了一个问题,就是200年后的今天我们需要什么样的电机?今天我们尝试给出汇川的答案。

01

高效电机的普及一定是未来趋势

从2016年《巴黎协定》的签署到2020年习主席提出“3060”双碳战略,降碳减排已经成为大家共同的目标。

降碳减排其中有一个重要的手段就是节能,我们可以看一组数据,2023年,我国工业用电占社会总用电量的65.8%,这其中又有75%来自于工业电机,也就是说电机是耗电量最大的单种类传动配套设备。

我们做过简单的测算,如果把这些电机节能提升3%,那么每年将节省1821亿度电,这个节电量相当于三峡大坝一年的发电量。因此,高效电机的普及一定是未来工业的趋势。

谈到高效电机,不得不提到另一个话题,那就是电机体积。如果利用现有的技术来提升电机能效,电机的体积或多或少都会有所增加,如此一来,许多用到电机的场景就会有问题,比如设备厂的整体结构需要调整,电机安装的承重需要重新设计,终端用户的改造受原设备结构改动的影响,最终直接影响投资回报周期等。

传动链的创新还有很大挖掘空间

另外,我们还发现一个问题,那就是电机和传动结构的合理选择问题。电机技术发展了近200年,也演变出了许多技术路线,但与电机配合的传动结构的发展实际上是比较粗犷的,这也意味着,随着电机技术的进步,整个传动链的创新有比较大的挖掘空间。

举一个前几年我们汇川电机在纺织行业的例子,客户原方案是异步机皮带连接,我们采用无框永磁电机实现了直驱化,直接去掉了皮带的效率损失,能效提升25%,实现了免维护,安装工时由两小时缩短到10分钟,目前该方案已经在织造行业全面推广,高效电机在该行业的占比也逐年提升。

02

创造极致系统收益

跨界技术革新传动

上面聊的内容,主要是两个结论,一是高效电机的普及定是未来工业发展的趋势,二是随着电机技术的发展传动链上创新还有很大挖掘空间。

基于以上结论引出了我们今天的主角,MV33系列Vplus-Pin扁线工业电机。这是一款跨界使用扁线技术的电机,同时是汇川率先将扁线发卡技术应用于低压工业的永磁同步电机。

我们此次发布的范围主要是四个转速:750rpm\1000rpm\1500rpm\3000rpm。

其中750rpm功率18.5~90kW,1000rpm功率范围30~132kW,1500rpm功率范围37~200kW,3000rpm功率范围55~315kW,180~250四个机座。全系IE5能效。

这款产品有什么特点呢?

体积最小的IE5能效工业低压风冷电机

首先,它是目前体积最小的IE5能效低压工业电机。我们做个对比,以目前市场上流通最多的IE3能效的异步电机为例,如果用异步机实现IE5的话体积将增大10%~15%。如果采用永磁电机设计,体积可以持平或降低10%,但采用扁线设计的MV33较IE3能效的异步机体积降低25%~40%!

体积减小有什么好处?举几个例子。

首先第一个场景。工业电机的一个典型应用场景是通过联轴器连接减速箱,电机安装位置通常在设备尾部,若把传统的IE3的异步电机更换为MV33,以常用的160kW、1500转电机为例,整个设备的长度将减少385mm,明显变短了。在此基础上可否更短?可以的。由于扁线电机除了轴向尺寸变小外径向尺寸也变小了,可以把电机调转方向从反面安装,如此整个设备的长度较原有的结构缩短了1700mm,原有电机安装部分的全部省去,安装灵活便捷,同时终端用户的空间利用率也大大提升,这些节省对客户都是真金白银的价值。

再看一个场景。电机通常通过皮带轮连接负载,从图中可以看出来,由于电机体积过大,没有办法实现直连。但如果使用MV33电机,就可以把电机放在上面,通过联轴器与负载直接连接,省去皮带传动。通过测算,高效电机本身就可以带来1.7%~3.1%的能效提升,取消皮带传动能效也将提升3%~8%,综合下来,MV33电机整体提效达4.7%~11.1%。不止于此,如果负载端结构允许,可以采用无框结构进一步省去联轴器,将电机定转子直接安装在负载端,省去电机的轴承,整体传动结构进一步得到优化。

是不是所有的皮带连接都是可以用这种方案?并不是。要根据实际设备的传动结构,结合电机本身的性能通过专业分析来选择最适用的传动结构。汇川的专业电机工程师团队每天都在研究对传动结构的创新,我们扁线电机小体积等特点为我们工程师团队在传动创新上提供了更多的可能。

全系列IE5,可拓展IE6

高效区双“90”

我们再看MV33系列电机的另外一个特点,高能效。

MV33全系高能效设计,满足IE5和永磁电机国标一级能效,由于IE5和永磁国标一级能效在有些功率电机上效率值有所不同,MV33电机在设计时取两项标准同规格下的最高能效数值。另外,MV33支持IE6能效的拓展,相较IE5电机,IE6电机损耗降低20%。

值得一提的是,电机的能效等级是按电机额定点运行的效率值标称的,一般电机的高效区在额定点附近。但客户在实际使用的时,大部分电机工况并不是长期在额定点运行,这意味着许多电机在使用时,实际效率要比标称数值低。针对此种场景我们提出了双“90”的概念,MV33电机可以实现在90%的工作区内效率都高于90%。举一个实际案例,在某变速恒转矩的应用场景下,MV33与普通圆线设计的IE5永磁电机对比,整体节能在2%左右,换算后每年可节省3~6千元。同场景与IE3的异步机相比MV33的能效收益会更大。

最小体积与超高能效

源于扁线发卡技术

无论是全球最小的IE5能效低压工业电机还是可拓展IE6超高能效,MV33的这两大特性皆源于扁线技术。

与传统圆线电机相比,扁线技术的电机更有利于槽满率的提升,也就是在定子槽内空间不变的情况下可以填充更多的铜线。相比传统圆线,扁线电机槽满率可以提升20%以上,这样电机就可以产生更强的磁场。另外,圆线绕组相比,扁线电机端部尺寸降低了30%~50%,让MV33实现理想化的小体积。

03

为全领域、全球化用户提供全天候产品和服务

高可靠设计

适用全天候多工业场景

可能有人会疑惑,电机做这么小,可靠性如何?影响电机可靠性的因素主要有三个方面:轴承、绝缘系统和永磁电机的退磁问题。

MV33是如何做的?

首先是轴承,虽然MV33电机较传统IE3电机体积缩小了约1/3,但轴承选用仍可满足与市场同功率工业电机相同轴承型号,而且是国际一线品牌,另外,为防止轴电流导致的轴承电蚀问题,110kW及以上型号标配防电蚀设计。

再看绝缘系统,普遍低压工业电机采用B级温升设计,整机温度不超过130度。MV33在满足B级温升的同时,还做了H级绝缘设计,耐温可达180度,使用扁线且选用了高于C级的绝缘系统,耐温超过200度。

还有退磁问题,针对引发退磁的两大“元凶”高温和大电流,MV33转子采用了低温升的设计,永磁体做了特殊的处理,标配两个温度传感器与变频器搭配使用,在温度异常情况下可接收报警信息,防止长期过载情况导致退磁问题发生。更重要的是,汇川拥有20年永磁电机开发经验,永磁电机出货量超2000万台,防退磁设计经验丰富。在常规运行工况使用下,MV33不会退磁。

模块化设计

灵活适配全工业领域

MV33还有其它重要特点。

首先,MV33做了模块化设计,可灵活适配各种工业场景。如接线盒做了强弱电分离选配,可以避免干扰问题,同时支持加装强制风冷,加装编码器,支持轴承类型的选配,支持防潮加热带的选配等等,客户可以结合需求选择最优配件。

极端场景设计

适用全天候工业场景

MV33还针对极端场景做了设计。如针对高湿和高粉尘的IP66高防护设计,针对高腐蚀场景的C5等级防腐设计,针对高温和高海拔场景的超低温的设计等,可适用于全天候多工业场景。

目前,MV33电机已经获得UL、EAC、SA、CE、UKCA、CQC等多个国家和地区的认证,满足客户的出海需求。

最后,我们来汇总一下MV33系列Vplus-Pin扁线工业电机的特点,一是体积最小的IE5能效工业低压风冷电机,为传动创新带来更多可能。二是超高能效,全系IE5支持拓展IE6能效,帮助客户节能提效。以上两个特点皆源于跨界扁线技术的应用。三是高可靠性,紧凑设计轴承不降档、绝缘系统用料足、转子低温设计、严苛测试等,让客户无忧使用。四是模块化设计,灵活适配各种极端场景。

MV33的生产线搭建在汇川绿色数字化电机工厂,也欢迎大家到我们岳阳电机工厂参观交流,谢谢大家!

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