[00887072]大型变极双速同步电动机的研制及应用

该项目是在湖南省水利厅洞庭湖水利工程管理局主导下由华中科技大学、武汉大学、湖北华博电机有限公司、湖南省澧县水利局、武汉都市环保工程技术股份有限公司等多家单位共同参与合作研究的自选项目，内容涉及大型凸极双速同步电动机的研制及应用，解决了大型低速同步机组转速调节长期未能解决的重大难题。该项目成果于2011年8月10获得国家发明专利授权并获得证书，专利号为ZL200910272751.8；2012年4月8日，该项目通过了湖南省水利厅组织，以中科院电工所顾国彪院士为主任委员的鉴定委员会的科技成果鉴定，鉴定结论为“该成果是对传统变极同步电机设计的突破，创新性强，达到国际领先水平”。该项目技术最早于20世纪30年代美国提出，用于水电站及抽水蓄能电站，但这些电机大多根据具体条件专门设计，转速切换需要拆机调整线圈，过程复杂，难度大，通用性差，至今没有形成商业化。1996年项目组首次提出开发大型变极双速同步电动机，先后在湖南岩汪湖和湖北仙桃电排站试点，因当时技术方案不成熟未能达到预期效果。2007年以后，项目组总结了经验并调整思路，提出了新的技术方案，使该项目取得突破性进展，通过十余次试验并经过不断地修改和完善，历经十五年，最终获得成功。大型泵站中的轴(混)流泵流量大、扬程低、比转数高，弱点是高效区窄，小流量区性能不稳定，极大限制了泵的正常使用范围，当泵偏离额定工况运行时，效率降低，易产生汽蚀和水力振动。解决该问题唯一有效的方法是采用叶片调节，但其调节范围有限，特别是对水位或扬程变化范围较大时，单靠叶片调节无济于事，严重时以致开不了机。该项目在大型变极双速凸极同步电动机设计中首次提出采用虚拟磁极的概念，通过改变磁极对数，使电机形成两档转速。在两档转速下，电机噪声小、无振动，励磁电流小，与水泵叶片调节机构配合，达到了既能调角又能调速的“双调”效果，从而有效地扩大了泵的工作范围。2011年8月，经水利部泵站检测中心检测表明，该产品在两档转速下的励磁电振、励磁电流、功率损耗和温度等变化不大，性能相对稳定，不会轻易引起电机转子和励磁系统元器件的发热烧损。与同类型的单速电机比，效率达到91%左右，励磁电流约降低性4%，完全达到预期效果。该项技术成果己应用于湖南澧县观音港和广东五华益塘等泵站和水电站。实际运行表明，这种新型双速同步电机不仅安全可靠、节能降耗，而且操作维护与单速机组无异。同时段、同条件下对典型泵站的效益分析显示:双速比单速机组节电量约占后者能耗的10.3%；单台机组前者比后者节电0.33万kW·h/天，约为后者能耗的18.6%。由此可见，双速同步电机节能效果显著，它是大型低速水泵机组调节技术发展的一大进步，特别适用于水位变幅大的多功能大型泵站、水电站和抽水蓄能电站，应用前景广阔。