孟杰 趙賀全

摘 要：本文討論了YMPS630-6-TH-W 1000kW 10kV IP54碗式磨煤機(jī)用籠型異步電動(dòng)機(jī)的研制過程，圍繞設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了分析，總結(jié)了設(shè)計(jì)心得，為今后同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：碗式磨煤機(jī);高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩;低起動(dòng)電流;電磁設(shè)計(jì)

1 問題的提出

磨煤機(jī)作為特殊工況下運(yùn)動(dòng)的負(fù)載，其起動(dòng)慣量高，要求電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)隨之增大，才能在規(guī)定的短時(shí)間內(nèi)起動(dòng)電機(jī)并拖動(dòng)負(fù)載，否則會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于堵轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子長(zhǎng)時(shí)間通過很高的起動(dòng)電流，電機(jī)的導(dǎo)條、端環(huán)及定子絕緣的溫升會(huì)迅速升高，此時(shí)及易燒損電機(jī)。本文對(duì)該電機(jī)的設(shè)計(jì)與研制進(jìn)行了分析，以期為該類電機(jī)設(shè)計(jì)開拓一個(gè)新的思路。

2 電動(dòng)機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)

2.1 電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

額定功率：1000kW;額定電壓：10kV;額定電流：77A;額定頻率：50Hz;額定轉(zhuǎn)速：990r/min;絕緣等級(jí)：F級(jí);防護(hù)等級(jí)：IP54;冷卻方式：IC611;結(jié)構(gòu)及安裝型式：IMB3。

2.2 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：GB755《旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能》

JB/T7128? YTM、YHP、YMPS系列磨煤機(jī)用三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件。

3 電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程分析

3.1 電磁設(shè)計(jì)

（1）在滿足負(fù)載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求下，使電機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)≤6.0，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)≥2.8，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)≥2.0。

（2）電機(jī)轉(zhuǎn)子采用大直徑雙籠銅條結(jié)構(gòu)。本電機(jī)為雙鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子上有兩套籠，即上籠和下籠，上籠導(dǎo)條截面積較小，通常用黃銅或青銅等電阻系數(shù)較大的材料制成，故電阻較大;下籠導(dǎo)條截面積較大，用電阻系數(shù)較小的紫銅制成，故電阻較小;通常兩套鼠籠各有自己的端環(huán)，可使上下籠因發(fā)熱而各自自由伸長(zhǎng)。起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流頻率較高，f2=f1，轉(zhuǎn)子漏抗大于電阻，上下籠的電流分配將決定于漏抗。由于下籠的漏抗比上籠大很多，電流主要從上籠流過。因此起動(dòng)時(shí)上籠起主要作用，由于它的電阻較大，可以產(chǎn)生較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以常把上籠稱為起動(dòng)籠。正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子電流頻率很低，f2=sf1，轉(zhuǎn)子漏抗遠(yuǎn)比電阻小，于是上下籠的電流分配將決定于電阻，轉(zhuǎn)子電流大部分從電阻較小的下籠流過，產(chǎn)生正常運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩，所以下籠稱為運(yùn)行籠。雙鼠籠電動(dòng)機(jī)有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，一般可以帶額定負(fù)載起動(dòng);同時(shí)，它在額定負(fù)載下運(yùn)動(dòng)時(shí)也是有較高的轉(zhuǎn)速，因而與較好的運(yùn)行性能。

3.2 電磁參數(shù)的選取

（1）該電機(jī)的中心高為H=630mm，經(jīng)過優(yōu)化分析采用定轉(zhuǎn)子沖片為Φ1060/Φ770/Φ520mm，鐵芯長(zhǎng)650mm，通風(fēng)道數(shù)12，定子槽形為開口槽，為了提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子槽形為雙籠，上導(dǎo)條采用黃銅。（2）槽配合Q1/Q2的選取。定、轉(zhuǎn)子槽配合對(duì)感應(yīng)電機(jī)的附加損耗、附加轉(zhuǎn)矩、振動(dòng)和噪聲的影響很大，因此選擇槽配合時(shí)應(yīng)遵循一定原則：1）為了減少諧波磁動(dòng)勢(shì)，每極每相槽數(shù)Q1一般取整數(shù);為減少附加損耗，降低電機(jī)溫升，應(yīng)采用少槽-近槽配合;經(jīng)過計(jì)算，本電機(jī)槽配合采用72/58。（3）為了避免在起動(dòng)過程中，產(chǎn)生較強(qiáng)的異步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)使Z2≤1.25（Z1+p）。（4）定子接法： 10kV Y接，1路。（5）氣隙：2.6mm。（6）定子電密：3 A/mm?。（7）定子熱負(fù)荷：1088 A/cm A/mm?。（8）轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電密：0.65 A/mm?。（9）定子端環(huán)電密：0.41 A/mm?。（10）定子齒磁密：15022GS。（11）定子軛磁密：15078GS。（12）轉(zhuǎn)子齒磁密：14724GS。（13）轉(zhuǎn)子軛磁密：15286GS。（14）氣隙磁密：7699GS。

4 起動(dòng)溫升的計(jì)算

電機(jī)在拖動(dòng)高起動(dòng)慣量負(fù)載起動(dòng)時(shí)，往往會(huì)遇到起動(dòng)電流大、起動(dòng)時(shí)間增加這類問題。因此在電機(jī)設(shè)計(jì)過程中，必須計(jì)算起動(dòng)過程中電機(jī)個(gè)部分溫升，以保證其不超過材料限制。由于電機(jī)在起動(dòng)過程中時(shí)間較短，通常不考慮定子繞組與鐵芯之間熱傳遞，將這一過程視為絕熱過程。

4.1 起動(dòng)時(shí)間計(jì)算

異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其轉(zhuǎn)速與時(shí)間的關(guān)系，可按下列運(yùn)動(dòng)方程確定。

式中：Te——電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（N·m）;TL——負(fù)載阻力矩（N·m）;J——機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2）;Ω——角速度（1/s）。

計(jì)算機(jī)組起動(dòng)時(shí)間為20.5s。

4.2 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條及端環(huán)的起動(dòng)溫升計(jì)算

即在絕熱狀態(tài)下，計(jì)算轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)的起動(dòng)溫升。

在起動(dòng)過程中，若忽略轉(zhuǎn)子鐵耗，輸入轉(zhuǎn)子的功率一半用來使轉(zhuǎn)子加速;另一半為轉(zhuǎn)子銅耗。若軸上無負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則轉(zhuǎn)子損耗等于電動(dòng)機(jī)額定功率乘以機(jī)械時(shí)間常數(shù)的1/2。當(dāng)軸上有負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，不但使起動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)，還使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生額外的轉(zhuǎn)子損耗，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子溫升增加。

計(jì)算后得出結(jié)果，該電機(jī)繞組起動(dòng)溫升58K，導(dǎo)條起動(dòng)溫升215K，端環(huán)起動(dòng)溫升69K，滿足材料對(duì)于溫升限制的要求，電磁方案的設(shè)計(jì)可以滿足拖動(dòng)起動(dòng)慣量高磨煤機(jī)的要求。

5 結(jié)束語

由表1可見，該產(chǎn)品性能指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，電機(jī)如期合格出廠。該電機(jī)電磁設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是成功的，為今后設(shè)計(jì)制造碗式磨煤機(jī)用籠型異步電動(dòng)機(jī)積累了經(jīng)驗(yàn)。

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