張東宇，譚德明，張勝男

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

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高壓繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機(jī)設(shè)計(jì)

張東宇，譚德明，張勝男

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

介紹了YR 630-6 2500kW高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)總體設(shè)計(jì)規(guī)則及該電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。并從電磁設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個部分詳細(xì)介紹了電機(jī)設(shè)計(jì)方案，通過實(shí)驗(yàn)列出了主要試驗(yàn)性能參數(shù)。

YR 630-6 2500kW；高壓繞線轉(zhuǎn)子；設(shè)計(jì)分析

0 引言

YR 630-6 2500kW高壓繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機(jī)是我公司為埃及某水泥廠項(xiàng)目研發(fā)的全新電機(jī)。我們設(shè)計(jì)的構(gòu)思是繼承和創(chuàng)新相結(jié)合自主研發(fā)。把以往產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造方面積累的較成熟的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，采用理論來保證設(shè)計(jì)的合理性，最終完成了此次設(shè)計(jì)。

1 總體設(shè)計(jì)規(guī)則

(1)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是GB 755 《旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能》、GB/T 13957 《大型三相異步電動機(jī)基本系列技術(shù)條件》、GB/T 1032 《三相異步電動機(jī)試驗(yàn)方法》以及和用戶簽訂的技術(shù)協(xié)議。

(2)在滿足產(chǎn)品性能和顧客要求的前提下，盡量采用本廠已有工裝設(shè)備及常用材料，以降低產(chǎn)品造價和制造周期。

(3)方案設(shè)計(jì)中充分考慮了產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，提高了設(shè)計(jì)的繼承性，在滿足客戶技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，力求節(jié)約原材料。

(4)為滿足客戶對產(chǎn)品的實(shí)際要求，該產(chǎn)品的安裝尺寸嚴(yán)格按照技術(shù)協(xié)議的規(guī)定設(shè)計(jì)。

2 設(shè)計(jì)分析

2.1 電磁設(shè)計(jì)

電磁設(shè)計(jì)方案是根據(jù)設(shè)計(jì)用戶要求，并考慮制造運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)合理性和可靠性，確定電機(jī)的電磁負(fù)荷以及與電磁性能相關(guān)的有效部分尺寸。包含電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子沖片和鐵心尺寸及繞組數(shù)據(jù)等。選定材料并核算電磁性能和有關(guān)參數(shù)。電磁方案經(jīng)過多次優(yōu)化設(shè)計(jì)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)兼顧合理。

(1)電機(jī)槽配合：72/90。

(2)定、轉(zhuǎn)子沖片材質(zhì)：50W350冷軋硅鋼片。

(3)定子線圈節(jié)距：10，轉(zhuǎn)子線圈整距：14，轉(zhuǎn)子線圈短距：13。

(4)定子線圈F級絕緣，主絕緣2.6mm，匝間絕緣0.4mm，少膠整浸。

(5)定子Y接，轉(zhuǎn)子Y接。

2.2 電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

額定功率2500kW；額定定子電壓6000V；額定定子電流293A；轉(zhuǎn)子開路電壓2021V；額定轉(zhuǎn)子電流734A；額定頻率50Hz；額定轉(zhuǎn)速994r/min；效率96.7%；功率因數(shù)0.85；最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)2.5；冷卻方式 IC01。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 總體結(jié)構(gòu)

電動機(jī)為箱式結(jié)構(gòu),安裝方式IMB3。主要由定子、轉(zhuǎn)子、冷卻器、軸承裝配、主接線盒、輔助接線盒、滑環(huán)刷架系統(tǒng)等零部件組成。機(jī)座采用鋼板焊接，定子采用外裝壓結(jié)構(gòu)，有繞組定子鐵心VPI整浸；電機(jī)主電源接線盒位于機(jī)座中間位置，測溫接線盒、加熱器接線盒位于非軸伸端；電動機(jī)頂部帶上罩。電機(jī)整體外形圖如圖1所示。

圖1 電機(jī)外形圖

2.3.2 通風(fēng)結(jié)構(gòu)

電動機(jī)主體防護(hù)等級IP23、滑環(huán)罩防護(hù)等級IP23。冷卻方式為IC01，采用徑向通風(fēng)結(jié)構(gòu)，電機(jī)冷卻風(fēng)路及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電機(jī)冷卻風(fēng)路及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.3.3 定子

定子采用外裝壓結(jié)構(gòu)，主要由有繞組定子鐵心和機(jī)座等部件組成。

2.3.3.1 機(jī)座

機(jī)座為鋼板焊接的方箱結(jié)構(gòu)。由端板、擋風(fēng)板、環(huán)筋板、側(cè)板、頂板、底腳板、底板等零件組成。機(jī)座兩側(cè)端板厚度為40mm，擋風(fēng)板厚度為16mm，兩側(cè)環(huán)筋板厚度為40mm，中間環(huán)筋板厚度25mm。為了充分發(fā)揮側(cè)板的作用，提高支撐剛度，機(jī)座側(cè)板采用鈑金折邊結(jié)構(gòu)。各端板與各環(huán)筋板間采用支撐板及圓鋼進(jìn)行支撐，以保證機(jī)座軸向剛度。機(jī)座結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖3 機(jī)座結(jié)構(gòu)圖

2.3.3.2 定子鐵心

定子鐵心由定子沖片、定子筋、定子壓圈、定子端板、定子通風(fēng)槽板組成。通過8根定子筋圓周均布與定子壓圈、定子沖片、通風(fēng)槽板焊接成一個整體。鐵心長度為900mm，包括14個通風(fēng)道，定轉(zhuǎn)子鐵心通風(fēng)道對齊。每個通風(fēng)道寬度為10mm。疊壓系數(shù)不小于0.97，疊片公差不大于0.1，沖片齒部彈開量不大于2mm。定子鐵心兩端出槽口處需手工倒角，避免下線及電機(jī)運(yùn)行時損壞線圈絕緣。

2.3.3.3 定子繞組

電機(jī)定子繞組采用對稱的三相雙層疊繞組，為消除電機(jī)磁場的5次、7次諧波，電機(jī)線圈節(jié)距采用極距的5/6，即節(jié)距為10。定子線圈采用成型線圈，有繞組定子鐵心端部采用軟端箍綁扎固定。

2.4 轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)采用為徑向通風(fēng)結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)子鐵心、支撐環(huán)、轉(zhuǎn)子線圈、極間連線、中線、轉(zhuǎn)子引接線、內(nèi)風(fēng)扇、集電環(huán)-刷架等組成，具體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖示意圖

2.4.1 轉(zhuǎn)子鐵心

轉(zhuǎn)子鐵心由轉(zhuǎn)子沖片、轉(zhuǎn)子通風(fēng)槽板、轉(zhuǎn)子端板、轉(zhuǎn)子壓圈等零部件組成，采用冷壓熱穿的方式。轉(zhuǎn)子沖片外徑直接沖制而成，轉(zhuǎn)子外徑不加工。為減小鐵心齒外脹，保證鐵心的裝壓質(zhì)量，轉(zhuǎn)子端板采用10mm厚鋼板銑齒。通風(fēng)槽板為1mm厚酸洗鋼板，通風(fēng)槽鋼為4×10通風(fēng)槽鋼。

2.4.2 軸

電機(jī)軸采用焊筋軸結(jié)構(gòu)，軸材質(zhì)采用鍛鋼35；軸上帶有應(yīng)力釋放槽，可以保證在軸上焊筋時，焊接應(yīng)力在此處釋放掉，避免軸的應(yīng)力變形造成軸斷裂；輔板采用3塊70mm、3塊30mm厚鋼板在軸上均布焊接；

2.4.2.1 臨界轉(zhuǎn)速及撓度計(jì)算

由于此次設(shè)計(jì)電機(jī)軸承距較大，為防止轉(zhuǎn)子固有頻率與旋轉(zhuǎn)頻率相近，引發(fā)電機(jī)共振，導(dǎo)致電機(jī)不能正常運(yùn)行，需要對電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速及軸的撓度進(jìn)行計(jì)算。從表1中可以看出電機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的比值大于1.3倍，撓度對氣隙的百分比小于10%，因此電機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速及撓度合格。

表1 電機(jī)軸臨界轉(zhuǎn)速及撓度計(jì)算表

2.5 軸承結(jié)構(gòu)

此次電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)采用我公司H710系列滾動軸承結(jié)構(gòu)、三軸承結(jié)構(gòu)。伸端軸承為6044/C3+NU1044，非軸伸端軸承為NU1044，軸承全部為輕系列軸承。為防止軸電流電蝕軸承，非軸伸端軸承套采用絕緣軸承套。伸端柱軸承壽命計(jì)算值為：基本額定壽命20萬小時，完全滿足使用要求。

2.6 上罩

上罩采用徑向通風(fēng)結(jié)構(gòu)。上罩由壁板、底座、隔板、導(dǎo)風(fēng)板、百葉窗等組成。側(cè)板為4mm鋼板Q235A，其余板材均為3mm鋼板Q235A。上罩設(shè)計(jì)時，百葉窗預(yù)留了足夠的進(jìn)、出風(fēng)口，保證電機(jī)溫升。上罩結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 上罩結(jié)構(gòu)圖

2.7 滑環(huán)刷架系統(tǒng)

滑環(huán)刷架系結(jié)構(gòu)為開啟式，帶風(fēng)扇。內(nèi)部風(fēng)路為從滑環(huán)罩一側(cè)的百葉窗進(jìn)冷空氣，經(jīng)滑環(huán)刷架和風(fēng)扇后從一側(cè)排出。導(dǎo)電桿直接穿過滑環(huán)風(fēng)扇座，與軸孔內(nèi)的引出線連接?；h(huán)刷架結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 集電環(huán)-刷架系統(tǒng)

3 試驗(yàn)結(jié)果

主要性能試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 電機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

YR 630-6 2500kW高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)進(jìn)行了全部的型式試驗(yàn)及出廠試驗(yàn)測試，全部性能參數(shù)滿足協(xié)議要求并優(yōu)于設(shè)計(jì)值，證實(shí)了設(shè)計(jì)與分析的準(zhǔn)確性。該電機(jī)的成功試制，將為高壓繞線轉(zhuǎn)子提升功率檔設(shè)計(jì)提供可靠的技術(shù)支持。

[1] 倪春梅,鄧宏偉,任志強(qiáng).YR系列繞線型三相異步電動機(jī)的雙出軸設(shè)計(jì).建筑與文化，2013.

[2] 陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[3] 湯蘊(yùn)璆，史乃.電機(jī)學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.1.

[4] 劉斌，申群太.異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制磁鏈模型切換的研究.防爆電機(jī)，2005.2.

Design of High-Voltage Wound-Rotor Three-Phase Induction Motor

ZhangDongyu,TanDeming,andZhangShengnan

(Jiamusi Electric Machine Co ., Ltd ., Jiamusi 154002, China)

This paper introduces general design rules and main technical parameters of YR630-6 high-voltage wound-rotor motor with rated power of 2500kW, describes the design scheme from two aspects of electromagnetic design and structural design in detail, and lists main experimental performance parameters.

YR630-6 2500kW；high-voltage wound rotor；design analysis

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.06.04

TM343+.2

A

1008-7281(2016)05-0011-003

張東宇 男 1985年生；畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)電機(jī)專業(yè)，現(xiàn)從事風(fēng)力發(fā)電機(jī)及高壓電機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)工作.

2016-06-30