，，

(哈電集團(tuán)哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

穿孔機(jī)用直流主傳動電機(jī)選型方法及電機(jī)特點(diǎn)

夏野，王崢，肇東升

(哈電集團(tuán)哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱 150040)

介紹了無縫鋼管穿孔機(jī)用主傳動直流電機(jī)選型及參數(shù)計(jì)算，依據(jù)最繁重的工作負(fù)荷曲線校驗(yàn)電機(jī)功率，闡述Z 1000-6 3400kW直流穿孔主傳動電機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。并對典型負(fù)荷曲線進(jìn)行了詳細(xì)介紹，為今后同類電機(jī)的設(shè)計(jì)與制造提供了基礎(chǔ)。

直流主傳動電機(jī)選型；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；分析和計(jì)算

0 引言

近年來，國外先進(jìn)的無縫鋼管軋制工藝，對穿孔機(jī)主傳動電機(jī)提出了特殊的要求。針對這些工藝要求，本文對與軋制性能有關(guān)的直流主傳動電機(jī)參數(shù)進(jìn)行了分析和計(jì)算，闡述了解決方案及電機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，讓技術(shù)人員對直流主傳動電機(jī)的技術(shù)要點(diǎn)有更多了解，以滿足最佳工藝方案的制定。

1 主傳動電機(jī)功率校驗(yàn)

根據(jù)軋制工藝要求，需按照軋制表繪制主傳動最繁重時(shí)的典型負(fù)荷功率曲線。單架主傳動典型負(fù)荷曲線，見圖1。

圖1穿孔機(jī)主傳動典型負(fù)荷曲線1和電機(jī)等效功率曲線2

圖1中包括尖峰功率Pj及其時(shí)間Tj、軋制功率Pm及其時(shí)間Tm、軋制周期Tc=24s。最繁重時(shí)的典型負(fù)荷分為兩種：軋制轉(zhuǎn)矩較大的難軋鋼種和軋制節(jié)奏最快較為繁忙的軋制負(fù)荷。根據(jù)最繁重時(shí)典型負(fù)荷功率曲線計(jì)算主傳動電機(jī)等效功率(均方根值)的公式如下

Pram=[(Pj2Tj+Pm12Tm1+Pm22Tm2)/Tc]1/2

(1)

式中，Pj—尖峰負(fù)荷，kW；Tj—尖峰負(fù)荷持續(xù)時(shí)間，s；Pm1—軋制負(fù)荷，kW；Tm1—軋制時(shí)間，s；Pm2—空載負(fù)荷，kW；Tm2—空載時(shí)間，s。

按照式(1)計(jì)算主傳動電機(jī)等效功率，其結(jié)果見圖1中的電機(jī)等效功率曲線2。當(dāng)Pram等效功率小于電機(jī)額定功率Pe=3400kW時(shí)，主傳動電機(jī)選型功率校驗(yàn)通過，滿足軋鋼工藝要求。

根據(jù)工藝過載要求，主電機(jī)基速330r/min以下恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，轉(zhuǎn)矩過載2倍；基速330r/min以上恒功率調(diào)速，功率過載2倍；主電機(jī)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證能夠輸出如圖2、圖3所示的功率、轉(zhuǎn)矩特性；特別是基速時(shí)應(yīng)有較高的磁負(fù)荷，以保證在高速弱磁時(shí)輸出如圖2、圖3所示的功率、轉(zhuǎn)矩。

圖2穿孔機(jī)主傳動電機(jī)功率/速度特性

圖3穿孔機(jī)主傳動電機(jī)轉(zhuǎn)矩/速度特性

2 電機(jī)規(guī)格

根據(jù)軋制工藝要求提出主傳動直流電機(jī)的技術(shù)需求，某無縫鋼管生產(chǎn)線的穿孔機(jī)主傳動電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)見表1。

表1 穿孔機(jī)主傳動電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)

3 電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

電磁參數(shù)的選取及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的考慮是為了能使電機(jī)的設(shè)計(jì)達(dá)到能滿足用戶提出的調(diào)速比和過載倍數(shù)的要求而采取的設(shè)計(jì)措施；選擇合適的轉(zhuǎn)子外徑及換向器工作直徑；適當(dāng)提高電機(jī)的單位轉(zhuǎn)矩，采用變截面技術(shù)，高強(qiáng)度無緯帶打箍技術(shù)，先進(jìn)的薄型絕緣結(jié)構(gòu)，縮小電樞槽形改善換向性能；合理布置風(fēng)路結(jié)構(gòu)減小風(fēng)阻以提高電機(jī)的散熱效果。

3.1 電磁參數(shù)的選取

3.1.1 電負(fù)荷

熱負(fù)荷ASJa= 3660 (端部)；5270(鐵心部)

補(bǔ)償電密Jc=6.0A/mm2

換向電密Jw= 6.1A/mm2

勵磁電密Je= 1.7A/mm2

電刷電密Jb= 10.4A/mm2

3.1.2 磁負(fù)荷

氣隙磁密Bδ= 0.8T

電樞齒磁密Bz=2.14T

機(jī)座軛磁密Bj=1.37T

主極極身磁密Bm=1.41T

補(bǔ)償齒磁密Bpz=1.44T

3.1.3 換向參數(shù)

電抗電勢er=4.96V(高速過載=9.92V)

換向區(qū)域占中心區(qū)域比Pbkz=62.5%

補(bǔ)償度Xc=100%

平均片間電壓Ukmed=18.9V

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.2.1 定子部分

3.2.1.1 機(jī)座磁軛沖片、換向極沖片及主極沖片均采用1.0mm優(yōu)質(zhì)冷軋薄鋼板沖制而成，而且均采用涂漆結(jié)構(gòu)，換向極極頂處采用磁性和非磁性兩種裂縫墊片，換向極鉚釘進(jìn)行絕緣處理，以減少由于可控硅電源電流脈動和負(fù)載電流的急劇變化而引起換向極磁路阻尼現(xiàn)象對換向的不利影響，從而改善了電機(jī)的動態(tài)換向性能。

3.2.1.2 換向極線圈采用6.3×28銅母線TMR繞制，線圈共8匝，分上下兩段，上下段各4匝，匝間墊三層0.1mm間苯二酚環(huán)氧玻璃坯布9241，整個(gè)線圈熱壓成型。

3.2.1.3 采用同心式補(bǔ)償繞組，取消補(bǔ)償連接線。補(bǔ)償繞組直接與刷桿相連接，無導(dǎo)電環(huán)，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，更換電刷快捷。

3.2.1.4 在電機(jī)非換向器端裝有1000W的驅(qū)潮加熱器，換向器端安裝可以開啟的觀察門，便于用戶維護(hù)檢修。

3.2.1.5 為了便于用戶對運(yùn)行的電機(jī)繞組進(jìn)行溫度監(jiān)控，在主極繞組、換向極繞組、補(bǔ)償繞組表面各粘置兩支Pt100測溫元件，所有測溫元件的接線及加熱器引接線均接至主接線盒的接線端子上。

3.2.2 電樞部分

3.2.2.1 電樞沖片采用0.5mm優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片沖制，由于轉(zhuǎn)子外徑大于目前國內(nèi)能提供的硅鋼板的寬度，故采用扇形片，扇形片按整圓由6張沖片拼成，設(shè)計(jì)上使每張沖片均為整數(shù)槽，提高了鐵心的疊裝質(zhì)量。

3.2.2.2 電樞繞組采用換向性能優(yōu)良的單疊異槽式繞組加槽1/2均壓的結(jié)構(gòu)型式，電樞繞組與換向器的升高片及傳動端聯(lián)接片的焊接均采用銀銅氬弧焊，使其具有良好的導(dǎo)電性能和較高的機(jī)械強(qiáng)度，電樞下線后，表面采用高強(qiáng)度無緯帶綁扎，再進(jìn)行VPI真空壓力浸漆處理，從而保證電機(jī)具有良好的換向性能和絕緣性能。

3.2.2.3 轉(zhuǎn)軸采用機(jī)械性能良好的合金鋼鍛件，與電樞支架孔采用過盈式配合，轉(zhuǎn)矩傳遞的安全系數(shù)較高。電樞鐵心采用徑向通風(fēng)溝并用拉緊螺桿緊固的結(jié)構(gòu)，風(fēng)道片采用8mm的扁鋼電阻焊結(jié)構(gòu)，以降低風(fēng)阻，同時(shí)，在支架上安裝傾斜導(dǎo)風(fēng)板，以提高通風(fēng)冷卻效果。

3.2.3 軸承

該型電動機(jī)軸承采用端蓋式滾動軸承不停機(jī)加油的結(jié)構(gòu)，軸承均為進(jìn)口SKF或FAG軸承，軸承潤滑脂采用鋰基脂2號。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，電機(jī)傳動端采用一件球面滾子軸承加一件深溝球軸承，換向器端采用一件球面滾子軸承，這種兩端軸承的配組形式，可以確保電機(jī)在傾斜使用時(shí)，同時(shí)承載較大的徑向和軸向負(fù)荷。兩端軸承處各放置一只Pt100測溫元件，并接至主接線盒的接線端子上。

3.2.4 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于穿孔機(jī)設(shè)備工作現(xiàn)場空間有限，電機(jī)采用單側(cè)以進(jìn)出風(fēng)筒連接的箱式空-水冷卻系統(tǒng)，通風(fēng)冷卻效果良好，節(jié)省了大量的空間，使用方便。

4 結(jié)語

通過對該穿孔機(jī)項(xiàng)目主傳動直流電機(jī)的選型及設(shè)計(jì)，驗(yàn)證我公司在大型直流電機(jī)上采用整體框架式結(jié)構(gòu)、端蓋式滾動軸承、背包式冷卻器的設(shè)計(jì)是適應(yīng)目前穿孔機(jī)工藝及用戶的要求，該項(xiàng)目電機(jī)成功的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，為我公司在穿孔機(jī)主傳動直流電機(jī)領(lǐng)域的擴(kuò)展，積累了寶貴的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

[1] 中國電氣工程大典.第9卷.電機(jī)工程.北京：中國電力出版社，2008.

[2] 西門子電磁計(jì)算公式(原文). JG11.4.2/101(哈爾濱電機(jī)廠內(nèi)部資料).

[3] 陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì).第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[4] 周東寧.Z900型直流電機(jī)及其新發(fā)展.上海大中型電機(jī)，2003.

[5] 哈爾濱電機(jī)廠.直流電機(jī)電磁計(jì)算公式.(內(nèi)部資料)，1963.

[6] 哈爾濱電機(jī)廠.Z系列大中型直流電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)說明書. (內(nèi)部資料)，2006.

SelectionMethodandCharacteristicsofDCMainDriveMotorforPuncher

XiaYe,WangZheng,andZhaoDongsheng

(Harbin Electric Power Equipment Co.,Ltd.,Harbin Electric Corporation, Harbin 150040, China)

This paper introduces the selection method and parameter calculation of main drive DC motor for seamless steel tube puncher. Based on the motor power verified by most heavy workload curve, design key points and structural features of Z 1000-6 3400kW DC main drive motor for puncher are described. This paper introduces typical load curve of the motor in detail. It provides the basis for future design and manufacture of similar motors.

Type selection of DC main drive motor；structural feature；analysis and calculation

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.06.15

TM33

B

1008-7281(2017)06-0047-003

夏野男1986年生；畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動化，現(xiàn)從事電機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)及制造、安裝的指導(dǎo)工作.

2017-06-23