高压电机技术详解与多种应用场景探索

1.高压电机技术详解与多种应用场景探索

高压电机，顾名思义，是指额定电压超过1000V的电动机。在实际应用中，6000V和10000V的电压等级最为常见，但需注意，不同国家的电网标准可能有所不同，因此也存在3300V和6600V等电压等级。高压电机的出现，主要得益于电机功率与电压和电流乘积之间的正比关系。当低压电机功率增大到一定限度（例如300KW/380V），电流可能会超出导线承受能力，或者成本大幅上升。此时，通过提升电压，便能实现大功率输出，高压电机应运而生。

高压电机不仅功率强大，更能承受强烈的冲击，但同时，其惯性也相对较大，启动和制动相对困难。在深入了解其技术特性后，我们便能更好地将其应用于各种场景中。

2300V与10000V高压电机

优点：

功率强大，能够承受强烈的冲击。

缺点：

由于惯性较大，启动和制动相对困难。

接下来，我们将深入探索高压电机在各种应用场景中的技术详解与优势。

3. 用途

高压电动机在工业领域有着广泛的应用，能够驱动多种机械，例如压缩机、水泵、破碎机、切削机床等。其强大的功率使其成为矿山、机械工业、石油化工工业以及发电机等场景中的理想选择。

4. 类型

高压电机包括高压同步电机、高压异步电机、高压异步绕线式电动机以及高压鼠笼型电机等多种类型，以满足不同的应用需求。

5. 控制装置

根据电机容量和电源容量，可以选择不同的启动方式。对于1000KW以下的电机，可以直接启动；而对于大电机，则需要考虑减少启动电流的启动方式，如串电抗启动、变频启动或液力偶合器启动等。

6. 维修流程

高压电机的维修涉及多个环节，包括绕线、成型前包扎等。绕线时，需要选用适当的丝包扁线，并在绕线机上按照要求进行绕制。成型前包扎则是为了保护线圈绝缘，防止在拉型过程中受损。

7. 调速技术

高压电机通常配备调速技术，以满足不同的工作需求。调速技术的选择取决于具体的应用场景和性能要求。

8. 可选功能与标准功能

高压电机还提供多种可选功能和标准功能，如差动保护等，以增强其性能和安全性。这些功能的选择应根据实际需求进行。

通过深入了解高压电机在各种应用场景中的技术详解与优势，我们可以更好地理解其在实际工作中的重要性，以及如何选择和使用最适合的电机类型和功能。

包扎线圈的工作通常由女工负责，她们心细手巧且工作效率高，一般由3-5人负责包扎以供拉型。此外，也可以选择使用电动包带机进行包扎。

成型

成型机、涨型机、拉型机实质上是同一台机器，其核心作用是将绕线机绕制的立绕梭型线圈或平绕梭型线圈拉制成框行线圈。框型线圈的制作以电机定子铁心的内外圆为标准，从而形成向心式的、具有一定角度的线圈。绕制梭型线圈需要2名技工，而拉（涨）型过程则通常需要3人。在拉型前，会使用计算机根据所修电机的实际情况绘制出线圈的形状图，并制作成模板以调整拉型机。若不具备绘图能力，也可以旧线圈为模板进行调整。拉型机的四只夹具配备有上下左右的调整机构，通过调整夹紧机构的锁扣来锁定线圈并启动拉型程序。

整形

高压电机在加上不同层数的云母绝缘材料后，其厚度会有显著增加，这可能导致线圈端部的距离被绝缘层挤占，从而造成嵌线困难。为了解决这一问题，需要进行冷整型。冷整型模具（或称正型模具）通常以木制为主，针对每种型号的电机都需要制作一套。而我公司所使用的正型模具则具有调距、调角度和调端高等方面的灵活性。在正型过程中，需要注意敲打力度，以免破坏层间绝缘。相比之下，低压电机在拉型后通常不再进行冷整型，而是直接进入嵌线工序。

包扎云母带及热压

定子线圈经过冷正形后，随即进入包扎工序。目前，国产化的线圈绝缘等级高的材料已广泛应用，但云母材料的质量与价格差异显著。在选购时，需根据电压等级、季节及材料质量等因素进行综合考虑。熟练的女工在10小时内有望包扎完成三只周长2米的万伏线圈。在包扎过程中，需根据电机等级、嵌线时机等条件来确定线圈的包扎层数、顺序及位置。同时，了解各种云母带、高阻带等材料在线圈中的作用、质量差异及如何包扎也是必不可少的。对于初学者来说，通过跟班学习掌握并熟记这些要领至关重要。此外，我们公司生产的万能云母包带机可大幅提高包扎效率，但对于初修大电机的客户而言，手工包扎仍为首选。在高压电机的修理过程中，绕线、拉型、冷正型、包云母带及高低阻带等工序需2-3人同时操作，而热压线圈的工作程序也需同步展开。热压的主要目的是进一步优化线圈的性能。

经过冷正形后的定子线圈，其形状更加规则，便于后续的嵌线工作。

线圈经过固化处理后，其防潮和防水浸能力得到显著增强。

通过热压成型，可以有效地将电晕放电限制在槽口以内，避免了对外部环境的干扰和高压击穿的风险。

热压成型后，线圈的封闭性得到完善，进一步增强了其抵抗外界影响的能力。

此外，我公司生产的热压成型机具有1.2米的长度，并配备了可调整的上下、左右和角度功能，以满足不同客户的需求。客户在购买全自动电脑控制的热压机后，可以轻松地加工1600KW以内的YR、JR、JS、TDK等电机的定子线圈。同时，我们还可以根据客户的特殊要求定制特型机。

热压机还配备了自动控制装置，可以实现智能化的恒温工作、热压时间控制以及待机保温功能。

在热压过程中，需要使用到一些辅助工具，如脱模剂、清除剂和残留物清除剂等，这些工具都可以在指定的厂家购买。

热压完成后，线圈需要经过一段时间的放置再进行耐压测试。这是检验产品性能的重要工序。在测试过程中，需要按照不同的工作电压标准进行耐压测试。同时，还需要掌握一些技巧来防止在直线或弯曲部分出现打穿现象。这些技巧包括在热压时合理控制温度和时间等。

此外，我公司还掌握着修复高压电机线圈的技巧以及复制打耐压后线圈的技巧。这些技巧对于确保产品质量和提升生产效率具有重要意义。同时，选购打耐压仪器时，建议客户考虑选购武汉区域的产品，以确保测试的准确性和可靠性。

在自绕制线圈至嵌线完毕的过程中，一般建议客户多做一只线圈作为备用。这样可以在后续的测试和修复过程中提供更多的选择和灵活性。

妥善保存该型号电机技术数据，包括线规、匝数、绝缘厚度、直线长度、弯度、端部长、抬高度以及节距角度等关键信息。这些数据将在后续的线圈替换或修复过程中发挥重要作用。

根据实际条件设计合适的行吊，以便于维修电机时的吊装操作。

在嵌线（定子、转子）环节，电机经过除尘处理后进入烘箱进行烘烤，随后进行降温处理。根据降温后的检查结果，确定电机是小修还是大修。小修时需要使用一套专门的工具，包括线圈提取工具、转子导条线弯弧工具以及定子线圈机芯内的热压工具等。这些工具的合理使用，结合技术与经验，是确保不损坏原线圈的关键。同时，如何有效地对旧线圈进行改造，以节省时间，也是一个重要的考虑因素。

转子的小修工作包括铜导条（或铝条）的取出与更换、标准线圈的制作以及焊接试验等工序。大修时则需要取出全部线圈，并保持其完好无损，以确保在重新包扎时能够节省时间和成本。

定子嵌线过程中，一般每三只线圈就需要进行一次耐压测试，以防止线圈对两端槽口或端环的放电以及因下线失误导致的线圈损坏放电。整台电机嵌线完毕后，还需要进行一次全面的耐压测试，以确保产品的质量和性能。

此外，在浸漆环节中，还需要注意选择合适的浸漆工艺和材料，以确保电机的绝缘性能和耐久性。

电机生产厂家在批量生产电机时，需要购置真空浸漆设备，该设备由专业厂家提供。在定子嵌线完成后，修理厂家会利用电加热棒将定子加热至适当温度，然后进行翻转，使定子口朝上，以便进行双面灌漆。灌漆时，底部会设置盛漆装置。灌完漆后，需要等待两小时以上，再放入烘箱中，先进行低温烘烤三个小时，然后进行高温烘烤18小时，累计达到24小时后出炉。这样做的目的是为了固化线棒绝缘与槽内外导线绝缘，以防止震动破坏绝缘结构。最后，清除定子内腔中的残漆，即可进行装配。

此外，还需要进行整机参数试验。试验设备采用专利技术——磁控开关变压器起动试验设备，能够起动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。无论是鼠笼还是滑环电机，都可以进行空载起动和空载运行试验，试验项目包括测电流、测电压、测速、测温、量噪声等十几个项目。

在高压电机调速技术方面，液力耦合器是一种早期应用较广的技术。它通过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）的压力来达到调节负载转速的目的。然而，这种调速方法存在效率随转速下降而降低、需要断开电机与负载进行安装、维护工作量大等缺点，因此逐渐被高压变频技术所替代。

如今，一些老的设备在改造中已经逐渐被高压变频替换掉。高低高型变频器是一种过渡技术，采用低压变频器通过输入降压变压器和输出升压变压器与高压电网和电机接口。随着高压变频技术的不断发展，这种过渡技术也逐渐被更为先进的高压变频技术所取代。

由于低压变频器的电压较低，而电流却无法无限制地增加，这在一定程度上限制了其容量。此外，输出变压器的存在不仅降低了系统的效率，还增大了占地面积。特别在低频时，输出变压器的磁耦合能力会减弱，进而影响变频器的带载能力。同时，该变频器对电网的谐波影响较大，尽管采用12脉冲整流可以减少谐波，但仍然难以满足谐波的严格要求。

另一方面，高低型变频器虽然采用低压变频器，并通过变压器将高压变为低压，从而适配特殊的低压电机，但其容量较小，对电网侧的谐波影响也较大。此外，在变频器出现故障时，电机无法投入工频电网运行，这在某些不能停机的场合下可能会成为问题。同时，更换电机和电缆的工作量也相对较大。

串级调速变频器通过将异步电机部分转子能量回馈至电网来改变转子滑差，实现调速。这种技术采用可控硅技术，需要使用绕线式异步电动机。然而，现代工业现场多采用鼠笼式异步电动机，更换电机相当麻烦。此外，其调速范围较窄，一般仅在70%-95%左右，且可控硅技术容易造成电网谐波污染。

尽管串级调速变频器在某些方面具有成本优势，但其受转子滑环限制，无法实现大功率应用，且滑环维护工作量也较大。因此，随着技术的进步，这种调速方式在工业应用中已经逐渐减少。

另一种值得关注的调速方式是电流源型直接高压变频器，其工作原理和性能特点需要进一步了解和探讨。

这种变频器在输入侧采用可控硅进行整流，并结合电感储能，而在逆变侧则选用SGCT作为开关元件，维持了传统的两电平结构。但受限于器件的耐压水平，通常需要多个器件进行串联。这种串联技术虽然理论上可靠性较低，但已有公司成功将其产品化。值得注意的是，由于输出侧仅包含两个电平，电机需承受较大的dv/dt，因此必须配备输出滤波器。此外，电网侧的多脉冲整流器属于可选配置，用户需根据各自工厂的实际情况提出需求。该变频器的突出优点在于无需额外电路即可将负载的惯性能量回馈至电网。

然而，电流源型变频器也存在显著缺点，包括电网侧功率因数低、谐波大，且这些参数会随工况变化而波动，补偿难度较高。

另一方面，电压源型三电平变频器则采用二极管整流、电容储能，并使用IGBT或IGCT进行逆变。其三电平逆变形式通过二极管钳位方式解决了两个器件串联的难题，不仅技术上更为简单直接，还增加了一个输出电平，从而优化了输出波形。

这种变频器虽然解决了部分高压问题，但仍然面临一些挑战。由于采用了高压器件，输出侧的dv/dt依然相对较大，因此仍需配备输出滤波器。此外，该变频器的最高电压仅能达到4160V，这限制了其在6KV和10KV电网中的应用。为了适应这些更高电压的电网，虽然可以考虑更换电机，但这样会增加故障时的处理难度。对于6KV电机，有一种变通方法是将其接法从星型改为角型，从而降低电机的电压至3KV。然而，这种做法可能会增加电机的环流损耗，甚至有烧毁电机的风险。

另外，三电平变频器通常采用12脉冲整流方式，而功率模块串联多电平变频器则采用低压变频器串联的方式实现高压。这种电压源型变频器在输入侧使用移相降压型变压器，以实现18脉冲以上的整流，从而满足国际上对电网谐波的严格标准。在负载运行时，其电网侧功率因数可高达95%以上。此外，该变频器在输出侧采用多级PWM技术，有效降低了dv/dt和谐波，非常适合普通异步电机的需求。

在技术上，这种变频器采用低压IGBT作为逆变元件，虽然功率元件数目较多，但技术已相当成熟。与采用高压IGCT的三电平变频器相比，虽然总元件数目略多，但后者需要复杂的辅助关断电路，因此在实际应用中可能并不占优势。需要注意的是，由于整流变压器与功率模块的连线较多，因此两者不能分开放置，这在空间有限的场合可能会限制其灵活性。

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