胡文广
英特仿真科技(沈阳)有限公司,辽宁沈阳110000
摘要：再制造是利用专业的修复工艺或升级改造的技术手段，在原有废旧机器设备的基础上，将其再制造成具有品质特性高于原先新品水平的一系列工程活动。本文对电机高效再制造及其应用进行分析，以供参考。
关键词：电机；再制造；应用
引言
电机是风机、水泵、机床、矿山机械、起重机械等各种设备的驱动装置，广泛应用于采矿、冶金、化工、煤炭、建材、公用设施等行业，是用电量最大的电力机械设备。据权威统计，2011年，我国电机保有量约17亿千瓦，总耗电量约3万亿千瓦时，占全社会总用电量的64%。我国电机能效水平总体仍然较低，电机效率平均水平比国外低3-5个百分点。低效电机的大量使用造成巨大的用电浪费。面对日趋紧张的能源形势，提升我国电机能效水平势在必行。
1电机高效再制造具体方法介绍
1.1普通电机
（1）保留原有的转子铁心，只对其绕组实施合理的设计变换。（2）对原有定子铁心予以适当增长，将其更换成新定子铁心，并对绕组的数据进行变换。
1.2实际运行
（1）当电机负载为二次方负载时，如水泵与风机等，由于它的运行工况不是频繁变化，而且流量的变化存在一定规律，所以可在符合负载压力要求的情况下，采用双速电机或多速电机。（2）如果负载的变化十分频繁，而且经常运行在空载状态或轻载状态，则可采用稀土永磁同步电机形式，这种电机无论是在空载还是轻载条件下，都有很高的效率及功率因数。
2定转子材料组合方式对再制造电机性能影响
2.1概述
定转子铁心密切影响电机综合性能。非晶合金具有优异的磁性，耐腐蚀性、耐磨性、高硬度、强度和韧性，高磁导率和机电耦合性能等。部分研究发现，非晶合金应用于电机定子铁心可以降低定子铁耗从而提升电机效率，但随负载率增大效率优势减小。非晶合金磁致伸缩系数大，铁心叠压系数低，导致电机电磁振动加大进而引起振动噪声性能变差。可见，目前的研究主要将非晶合金材料应用于定子铁心，在降低铁耗提高效率的同时，会引起电机振动加剧。但鲜有涉及将电机定转子铁心采用硅钢和非晶合金两种材料组合进行再制造和具体组合方式的探讨，对电机的性能影响也需进一步进行研究。
2.2再制造定转子材料组合方式
根据前期的研究成果，将电机定子铁心采用两种材料叠片混合叠压，综合考虑成本和效率时，硅钢和非晶合金两种材料按照1∶1的比例混合叠压较为理想。为充分利用原电机硅钢片和提升其电磁性能，在前期研究成果基础上，进一步研究硅钢和非晶合金两种材料组合应用于转子铁心对再制造电机性能的影响，将转子铁心用硅钢叠片和非晶叠片按1∶1比例混合叠压，设置5段，将硅钢叠片设置在外侧，使再制造电机的定转子铁心在轴向采用同种材料。
3混合定子铁心再制造电机三维温度场分析
3.1电机模型及参数
以某型号车用8极48槽永磁同步电机为研究对象对其进行再制造，再制造方式是将旧电机进行合理拆卸，经过清洗、检测、修复等流程对可再制造使用的机壳、端盖、转子等继续留用，更换定子铁心和轴承等零部件，其中更换的定子铁心是经过高压浸胶、切割成型等工艺流程制作成的非晶合金定子叠片与原电机硅钢片轴向间隔混合叠压而成。经过前期研究，发现非晶合金比例与电机效率密切相关，非晶合金占比从0～50%时，电机效率的提升率不断增大，在非晶合金比例高于50%后，提升率趋于稳定，从再制造成本考虑，非晶合金的比例为50%比较合适;且混合层数对电机性能影响较小，考虑到材料加工及成本问题，选取3层更为合适。此时再制造电机铁耗只有原电机的48%，转矩减小0．46%，电机效率比原电机提升0．72%。
3.2温度场计算结果
根据上文给出的模型计算原电机和再制造电机额定运行状态下的温度场分布情况，由于电机结构的对称性电机整体温度场沿轴向中心对称分布，再制造电机和原电机的温度变化规律基本一致，电机温度最高点均出现在永磁体中间区域;原电机的最高温度为348．65K，而混合定子铁心再制造电机的最高温度为343．15K，原电机的最高温度要比混合定子再制造电机高5K左右，并且混合定子铁心再制造电机中各部分的平均温度相比于原电机均有不同幅度的降低。再制造电机温度降低的原因在于混合定子铁心中有50%的非晶合金材料，由于非晶合金的低铁损特性，所以再制造电机的铁耗较原电机降低了50%左右。电机运行过程中，铁耗大部分都会转换为热量导致电机发热，所以再制造电机的铁耗大幅降低使得其平均温度比原电机降低。混合定子铁心再制造电机与原电机的绕组和转子温度沿轴向变化与其他部件的变化规律不同，绕组温度沿着轴向先降低再升高，两个电机的绕组最高温度均出现在端部;因为电机端部绕组伸出定子铁心两端与内部空气直接接触，而槽内绕组则与定子铁心直接接触，由于端部绕组处于密闭空间空气流通质量较差，所以端部绕组通过对流换热散发的热量小于槽内绕组通过热传导传递的热量，导致绕组端部温度高于中间部分，但是差值仅为0．9K左右;而转子端部通过对流作用散热，但定转子之间的气隙阻碍了转子径向热传递，故转子中间区域温度明显高于两端，且温差值达到10K左右。
4电机高效再制造过程中需要注意的问题
（1）对旧电机进行再制造的过程中，很多固有尺寸是无法改变的，包括铁心与槽形，对此，再制造方案的编制将受到一定程度的限制和影响。（2）不同厂家往往采用不同的设计裕度及铁心材料，这就要求在实际的再制造过程中保证针对性。（3）由于旧的部件存在一定特殊性与复杂性，所以，必须仔细认真，切实加强制造过程的质量控制。（4）在再制造过程中，需要用到很多技术标准较高的工艺方法，对此要尽可能减少制造件发生的损坏，以免造成不必要的经济损失。
5电机再制造方案的设计
铁的损耗，转化为铁的热能，导致电动机总热量增加，运行效率降低，因此在制造阶段铁的损耗必须降到最低。硅片材料作为电动机能量转换的关键材料，通常与铁损值较低的良好电磁钢材材料兼容，从而有效地减少了电动机的损耗。
6电机高效再制造应用实例
以某化工厂为例进行分析，该化工厂拟定对现有的水泵电机实施高效再制造，以此实现节能改造目的，该水泵电机的额定功率为132kW。电机的铁心设计保持不变，继续使用原有的转子，将定子材料更换为冷轧硅钢片，并利用高效电机定子冲片，对电机的绕组进行重新设计，并更换节能风扇。完成以上改造后，将其安装在原工位上，在改造前后，水泵管路系统中阀门所在位置保持不变，对改造后系统实际用电情况进行测试与分析，结果为：原电机的额定功率为132kW，输入有功功率为143.5kW，平均电流为231.5A，功率因数为0.89；完成高效再制造后，电机的额定功率保持不变，输入有功功率减小7.0%，变为133.4kW，平均电流减小15.3A，变为216.2A，功率因数增加0.01，变为0.90。根据以上分析和测试结果，若水泵电机的年运行时间为3000h，则当电价取0.68元/kW·h时，每年都能节省2.06万元的电费，本次对电机进行高效再制造的投资为2.0万元左右，所以可能不用1年的时间就能回收成本。经过高效再制造，电机节电率明显提高，实现了预期的节能目标。
结束语
节能减排是政府近几年工作的重点，工业节能又是节能减排工作的重中之重，电机系统节能又是工业节能的重要内容，随着电机能效提升计划的推进，企业淘汰电机数量逐渐增多，用结构相同的新硅钢铁心替换原电机定子铁心后，显著地降低了定子铁耗，因此在节能方面将此类优质硅钢材料应用于电机的再制造具有很大的优势。电机高效再制造产业必将迎来一个发展的高峰，为国家循环经济发展和节能减排工作作出更大的贡献。
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