高低壓電動機

高壓電機是指額定電壓在1000V以上電動機。常使用的是6000V和10000V電壓，由於國外的電網不同，也有3300V和6600V的電壓等級。高壓電機產生是由於電機功率與電壓和電流的乘積成正比，因此低壓電機功率增大到一定程度(如300KW/380V)電流受到導線的允許承受能力的限制就難以做大，或成本過高。需要通過提高電壓實現大功率輸出。高壓電機的優點是功率大，承受衝擊能力強；缺點是慣性大，啟動和制動都很困難。

高壓電機分為：高壓同步電機；高壓非同步電機；高壓非同步繞線式電動機；高壓鼠籠型電機等。

高壓電動機可用於驅動各種不同的機械之用。如壓縮機、水泵、破碎機、切削機床、運輸機械及其它設備，供礦山、機械工業、石油化工工業、發電機等各種工業中作原動機用。用於傳動鼓風機、磨煤機、軋鋼機、卷揚機的電動機應在訂貨時註明用途及技術要求，採用特殊的設計以保障可靠運行。

各種電動機中應用最廣的是交流非同步電動機（又稱感應電動機）。它使用方便、運行可靠、價格低廉、結構牢固，但功率因數較低，調速也較困難。大容量低轉速的動力機常用同步電動機（見同步電機）。同步電動機不但功率因數高，而且其轉速與負載大小無關，只決定於電網頻率。工作較穩定。在要求寬範圍調速的場合多用直流電動機。但它有換向器，結構複雜，價格昂貴，維護困難，不適於惡劣環境。20世紀70年代以後，隨著電力電子技術的發展，交流電動機的調速技術漸趨成熟，設備價格日益降低，已開始得到應用。電動機在規定工作制式（連續式、短時運行制、斷續周期運行制）下所能承擔而不至引起電機過熱的最大輸出機械功率稱為它的額定功率，使用時需注意銘牌上的規定。電動機運行時需注意使其負載的特性與電機的特性相匹配，避免出現飛車或停轉。電動機能提供的功率範圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級。電動機的使用和控制非常方便，具有自起動、加速、制動、反轉、掣住等能力，能滿足各種運行要求；電動機的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環境，雜訊也較小。由於它的一系列優點，所以在工農業生產、交通運輸、國防、商業及家用電器、醫療電器設備等各方面廣泛應用。一般電動機調速時其輸出功率會隨轉速而變化。

根據實際而定方式：電機容量大大小於電源容量且1000KW以下的可直接啟動，這時的衝擊電流是額定值的3-6倍。為了防止衝擊電流過大，對於大電機必須考慮減少啟動電流的啟動方式：有串電抗啟動，變頻啟動，液力偶合器啟動等多種方式。有複雜有簡單，價錢差異很大。由於電壓高，電流衝擊大，電機製造必須滿足過電壓的要求，絕緣等級要求較高。

電動機差動保護裝置主要用在大型高壓電動機發電廠，化工廠等地方。如果發生嚴重故障導致電機燒毀，將嚴重影響生產的正常進行，造成巨大的經濟損失，因此必須對其提供完善的保護。現有電動機綜合保護裝置主要針對中小型電動機，為其提供電流速斷，熱過載反時限過流，兩段式定時限負序，零序電流，轉子停滯，啟動時間過長，頻繁啟動等保護功能。而對於2000KW以上特大容量電動機，則無法滿足其內部故障時對保護靈敏度與速動性的要求，因而研製此裝置並配合綜合保護裝置，為高壓電動機提供更可靠更靈敏的保護措施。本裝置設計成三相式縱差，因為2000KW以上特大容量的電動機所在的3KV﹑6KV﹑10KV電網可能是變壓器中性點經高電阻接地的電網，三相式縱差保護不但能作為電動機定子繞組及引出線相間短路的主保護，而且可作為單相接地故障的主保護，作用於瞬時跳閘。

自上世紀八、九十年代以來，絕緣材料製造與應用領域關於納米電介質的研究非常活躍，一些性能優異的納米複合材料於上世紀九十年代初在歐美國家相繼問世，如耐電暈聚醯亞胺薄膜、耐電暈漆包線、納米複合交聯聚乙烯高壓電纜等。這些納米複合材料在耐電暈、耐局部放電等方面性能卓越，比傳統材料性能高出了幾十倍甚至上百倍，問世后便很快分別在變頻電機、高壓電纜等領域獲得了應用。

採用納米粒子對主絕緣材料進行增強改性是高壓電機主絕緣的重要發展趨勢之一，有些國外公司關於納米複合主絕緣的研究目前已完成線棒試驗並已進入樣機試製階段，而我國的相關研究才剛剛起步，且投入的人力物力還很欠缺。我們不應習慣於等到國外新產品問世后再來仿製或引進，這樣是不能趕上國外先進水平的，例如耐電暈聚醯亞胺薄膜、耐電暈漆包線漆等產品，我們仿製了十多年也沒有達到國外先進公司產品的水平就是典型的例子。原因除了工裝設備差等因素外，有些關鍵技術是很難仿製的，比如納米分散技術、粉體表面改性技術等。由於商業和技術壁壘等方面的原因，預計短期內國外不會公開或轉讓這些關鍵技術，我們需要通過自主研究才有可能掌握有關核心技術，縮小與國外技術的差距。

從市場情況看，高壓電機調速技術可分為如下幾種：

在電機軸和負載軸之間加入葉輪，調節葉輪之間液體（一般為油）的壓力，達到調節負載轉速的目的。這種調速方法實質上是轉差功率消耗型的做法，其主要缺點是隨著轉速下降效率越來越低、需要斷開電機與負載進行安裝、維護工作量大，過一段時間就需要對軸封、軸承等部件進行更換，現場一般較臟，顯得設備檔次低，屬淘汰技術。

早期對調速技術比較感興趣的廠家，或者是因為當初沒有高壓調速技術可以選擇，或者是考慮到成本的因素，對液力耦合器有一些應用。如自來水公司的水泵、電廠的鍋爐給水泵和引風機、鍊鋼廠的除塵風機等。如今，一些老的設備在改造中已經逐漸被高壓變頻替換掉。

高低高型變頻器

變頻器為低壓變頻器，採用輸入降壓變壓器和輸出升壓變壓器實現與高壓電網和電機的介面，這是當時高壓變頻技術未成熟時的一種過渡技術。

由於低壓變頻器電壓低，電流卻不可能無限制的上升，限制了這種變頻器的容量。由於輸出變壓器的存在，使系統的效率降低，佔地面積增大；另外，輸出變壓器在低頻時磁耦合能力減弱，使變頻器在啟動時帶載能力減弱。對電網的諧波大，如果採用12脈衝整流可以減少諧波，但是滿足不了對諧波的嚴格要求；輸出變壓器在升壓的同時，對變頻器產生dv/dt也同等放大，必須加裝濾波器才能適用於普通電機，否則會產生電暈放電、絕緣損壞的情況。如果採用特殊的變頻電機可以避免這種情況，但是就不如採用高低型的變頻器了。

高低型變頻器

變頻器為低壓變頻器，輸入側採用變壓器將高壓變為低壓，將高壓電機換掉，採用特殊的低壓電機，電機的電壓水平多種多樣，沒有統一標準。

這種做法由於採用低壓變頻器，容量也比較小，對電網側的諧波較大，可以採用12脈衝整流減少諧波，但是滿足不了對諧波的嚴格要求。在變頻器出現故障時，電機不能投入到工頻電網運行，在有些不能停機的場合應用會有問題。另外，電機和電纜都要更換，工程量比較大。

串級調速變頻器

將非同步電機部分轉子能量回饋至電網，從而改變轉子滑差實現調速，這種調速方式採用可控硅技術，需要使用繞線式非同步電動機，而如今工業現場幾乎都採用鼠籠式非同步電動機，更換電機非常麻煩。這種調速方式的調速範圍一般在70%-95%左右，調速範圍窄。可控硅技術容易造成對電網的諧波污染；隨著轉速的降低，電網側功率因數也變低，需要採取措施補償。其優點是變頻部分容量較小，比其他高壓交流變頻調速技術成本稍低。

這種調速方式有一種變化形式，即內反饋調速系統，省卻了逆變部分的變壓器，將反饋繞組直接做在定子繞組里，這種做法要更換電機，其他方面的性能與串級調速接近。

串級調速電機受轉子滑環的影響，不能做到很大功率，滑環維護工作量也大，屬於七八十年代的落後技術，工業應用已經越來越少。

電流源型直接高壓變頻器

這種變頻器，輸入側採用可控硅進行整流，採用電感儲能，逆變側用SGCT作為開關元件，為傳統的兩電平結構。由於器件的耐壓水平有限，必須採用多個器件串聯。器件串聯是一種非常複雜的工程應用技術，理論上說可靠性很低，但有的公司可以做到產品化的地步。由於輸出側只有兩個電平，電機承受的dv/dt較大，必須採用輸出濾波器。電網側的多脈衝整流器為可選件，用戶需要針對自己的工廠情況提出要求。這種變頻器的主要優點是不需要外加電路就可以將負載的慣性能量回饋到電網。

電流源型變頻器的主要缺點是電網側功率因數低，諧波大，而且隨著工況的變化而變，不好補償。

電壓源型三電平變頻器

這種變頻器採用二極體整流，電容儲能，IGBT或IGCT逆變。三電平的逆變形式，採用二極體鉗位的方式，解決了兩個器件串聯的難題，技術上比兩個器件簡單直接串聯容易，同時，增加了一個輸出電平，使輸出波形比兩電平好。

變頻器相關波形圖(3張)

這種變頻器的主要問題是：由於採用高壓器件，輸出側的dv/dt仍舊比較嚴重，需要採用輸出濾波器。由於受到器件耐壓水平的限制，最高電壓只能做到4160V，要適應6KV和10KV電網的需要，更換電機是一種做法，但是造成故障時向電網旁路較麻煩。對於6KV電機有一種變通做法，就是將電機由星型接法改為角型接法，這樣電機的電壓就變為3KV；這種做法使電機的環流損耗上升，國內已經有燒毀電機的事例，有可能與此有關。還有的公司用這種變頻器實現高低高方式，使容量比原來採用低壓變頻器實現高低高方式時大，但是高低高方式所存在的問題依然存在。

三電平變頻器一般採用12脈衝整流方式。

功率模塊串聯多電平變頻器

這種變頻器採用低壓變頻器串聯的方式實現高壓，是電壓源型變頻器。它的輸入側採用移相降壓型變壓器，實現18脈衝以上的整流方式，滿足國際上對電網諧波的最嚴格的要求。在帶負載時，電網側功率因數可達到95%以上。在輸出側採用多級PWM技術，dv/dt小，諧波少，滿足普通非同步電機的需要。可根據負載的需要設計變頻器的輸出電壓，是解決6KV、10KV電機調速的較好辦法。功率電路採用標準模塊化設計，更換簡單，所用器件在國內採購也比較容易。

這種變頻器採用低壓IGBT作為逆變元件，與採用高壓IGBT的三電平變頻器相比，功率元件數目較多，但技術上較成熟。與採用高壓IGCT的三電平變頻器相比，功率元件數目較多，但總元件數目卻較少，因為IGCT需要非常複雜的輔助關斷電路。

由於整流變壓器與功率模塊的連線較多，因此變壓器不能與變頻器分開放置，在空間有限的場合不是很靈活。

繞線

高壓電機按電壓等級需要選用雙亞胺，單亞胺，單薄雙絲等各種規格的絲包扁線，材料齊備后，可在繞線機上繞制製成梭型成圈，一般電機最短線圈直線部分25厘米，最大線圈直線部分1.2米，繞制可單平繞，單立繞，也可雙平換位繞，也可雙平換位立繞，根據具體要求確定。利用圓盤中的萬能調節也可繞制圓漆包線線圈。繞線機內置一台調速電機與一台渦輪渦桿減速機，帶動繞線機實現0-120轉/分的可順逆可制動的旋轉，並可正反計數，一般可繞制1600KW以內的各種電機線圈，另配有簡易漲緊器一套，可控制繞制線圈的鬆緊度，一般的修理廠家選用如上產品即可，如遇到特殊大型規格時，可選擇特異型繞制設備。

成型前包紮

高壓電機梭型線圈繞制后，用收縮帶，黃蠟綢帶等絕緣材料包紮，目的是：保護線圈外絕緣、層間絕緣、匝間絕緣不至於損壞。在拉型機時免受模具夾具、鼻端銷釘等摩擦，防止鬆動變形。

包紮線圈一般用女工，由於女工心細手巧且幹活速度快，一般3-5人包紮供拉型。也可使用電動包帶機．

成型

成型機、漲型機、拉型機其實是一種機器，它主要目的是把繞線機繞制的立繞梭型線圈或平繞梭型線圈拉成框行線圈，框型線圈以電機定子鐵心的內外圓為標準，組成向心式的有角度的線圈，繞制梭型線圈需技工2人即可完成，而拉（漲）型一般需3人。拉型前使用計算機將線圈的形狀按照所修電機的實際情況繪製成圖並製作成模板用來調整拉型機，不會繪圖者一般以舊線圈為模板調整拉型機，拉型機四隻夾具有上下左右調整機構，調整夾緊機構鎖扣鎖定線圈進入拉型程序。

整形

高壓電機由於加上層數不等的雲母絕緣材料后，厚度增加了很多，線圈端部距離被絕緣層擠占，稍不注意，嵌線時擁擠嵌放不下去，造成嵌線困難，這就需要冷整型。冷整型模具(或叫正型模具)，傳統以木製為多，每種型號的電機就需要製作一套模具，而我公司所使用的正型模具具備調距、調角度、調端高等方面的靈活性。正型期間敲打時必須注意，不可破壞層間絕緣。

低壓電機拉型后，一般不再冷整型，直接進入嵌線工序。

包紮雲母帶及熱壓

定子線圈冷正形后，即進入包紮工序，如今線圈絕緣等級高的材料基本國產化，但云母材料的質量、價格很懸殊。我公司多年製作線圈與繞制高壓電機，熟知十幾家產品的質量和價格，學員結業后告知廠家詳情。電壓高與低、季節不同各種等級雲母等材料認購標準不同。一個女工包紮線圈一天10個小時，框形線圈周長在2米的萬伏線圈有望包紮三隻。各種電機等級線圈包紮多少層數、先包直線還是后包端部要看何時嵌線而定。雲母帶，高阻帶，收縮帶至於在線圈中起什麼作用，哪家的質量好、價位低，怎樣包紮，包紮在什麼位置，包多少層等等，最好在跟班學習中掌握並熟記要領。我公司生產萬能雲母包帶機，包帶機一般情況下一台可代替3-5人工作，批量生產線圈的廠家可選購，初修大電機的客戶初期還是以手工包紮為好。一台高壓電機修理時下列幾步一般要同時展開進行：繞線、拉型、冷正型、包雲母帶、包高低阻帶，這些工序均需2-3人操作。同時下道熱壓線圈的工作程序也應開始。熱壓的主要目的有：

1. 定形后可嵌線方便。

2. 線圈固化可防潮，防水浸。

3. 電暈放電到槽口以外。

4. 完成對外界的封閉，免高壓擊穿。

我公司生產熱壓成型機長度1.2米，上下、左右、角度可調整。客戶擁有一台全自動電腦控制的熱壓機后，1600KW以內的YR,JR,JS,TDK,電機的定子線圈均可加工。並可按照客戶的要求定做特型機。

熱壓機可附加自動控制裝置，比如H級溫度在多少度恆溫工作，F級在多少度恆溫工作，熱壓時間多長，何時開機，何時待機保溫均可實現智能化，熱壓時要自備到指定的廠家購一些脫模劑，清除劑，清殘留物等工具。

測試耐壓

熱壓線圈退模后要放置一段時間再測試耐壓，這是檢驗產品的一道工序，按照3000V、6000V、10000V等不同的工作電壓有不同的要求打耐壓標準。

直線部分或彎曲部分怎樣去防止打穿，這些均須在熱壓時掌握，我公司掌握著小修高壓電機線圈的若干技巧，掌握著打耐壓后打穿後去複製該線圈的技巧，這需要親自參加學習一段才會知曉。

打耐壓的儀器，一般選購武漢區域的產品較多。

自繞制線圈至嵌線完畢，一般要多做一隻線圈，目的有：

1.留下該型號電機技術數據（線規，匝數，絕緣厚度，直線長，彎度，端部長，抬高度與節距角度等數據）。

2.以備哪一隻線圈不合格時替換。

高壓電機一般以200KW—2000KW居多，重量最一般在3噸以上，根據自身條件可設計合適的行吊，以便於維修電機之用。

嵌線（定子、轉子）

電機定子、轉子在經去塵(一般經高壓水槍沖洗)後進入烘箱內烘烤，降溫后確定是小修還是大修電機。高壓電機小修時有一套小修提出線圈工具，轉子導條線之彎弧工具，定子線圈機芯內的熱壓工具，類似小工具很多，需自製，關鍵是技術與經驗要結合。怎樣不損壞原線圈是關鍵。取出線圈重新加工費時費力，能否對舊線圈改造是節省時間的關鍵(一般高壓電機所用的絲包線採購周期為1~2周，這就貽誤了修理時間，這些重要問題需要在跟班學習中掌握)。

小修轉子時，轉子中的銅導條(鋁條)怎樣取出，取出來如何換條，如何包紮製作標準線圈，以及如何焊接試驗等一系列工序，這裡不一一論述。大修電機轉子時，必須取出全部線圈，怎樣取，怎樣保持完好線圈是關鍵技術。比如是高電壓的電機，要盡量完整的取出來。如保持線規不損壞，重新包紮時，可省錢、省時。需重新製作線圈時，須算出線規，浪費時間。定子嵌線時一般每三隻線圈打一次耐壓，以防止線圈對兩端槽口放電或對兩端端環放電以及因下線有失誤造成的線圈損壞放電。整台線圈全部嵌下后的接線,、分距、分組、連線、包紮、接星點、出電機引線等操作均按照各等級電機的操作規程進行。一般的電機在封星點前打一次耐壓后即封在一起，外引三根引接線即可。也有特殊引接6根引線外封三角或外接星線。一般引接線需從指定的高壓電纜生產廠家購買。一切嵌線接線完畢，整台電機再打耐壓一次即可完工。

浸漆

電機生產廠家批量生產電機時，要購真空浸漆設備，該設備由專業廠家提供。一般修理廠家利用電加熱棒加熱定子至一定溫度后翻轉，定子口朝上進行雙面灌漆。灌漆時底部有盛漆裝置。灌完漆需待兩小時以上再放入烘箱，先低溫烘三個小時，再高溫烘18小時。累計24小時后出爐。目的是固化線棒絕緣與槽內外導線絕緣，以防震動破壞絕緣結構。請除定子內腔中的殘漆即可裝配。

試驗

整機參數試驗：利用專利技術－－磁控開關變壓器起動試驗設備來起動380V、660V、1140V、3000V、6000V、10000V等各種電機，高低壓可起動試驗容量在1000KW以內。凡鼠籠、滑環電機均可作空載起動，空載運行試驗，試驗項目分測電流、測電壓、測速、測溫、量雜訊等十幾個項目。

國內湘潭電機廠、上海電機廠、哈爾濱電機廠等等都是國內高壓電機的名牌