４４００ｋＷ大型變頻異步電動機結構設計說明

宋　雨

摘要：本文闡述了大型變頻異步電動機的基本結構，并對電機定、轉子，軸承及通風冷卻系統進行了說明。

關鍵詞：異步電動機；定子；轉子；軸承

設計依據：

此電機為熱帶軋機調寬壓力機(ssP)主傳動交流調速異步電動機，電動機規格，性能指標及參數的確定是根據國家標準G B755-2000旋轉電機定額和性能及IEC34標準和技術協議對電動機的具體要求，并結合以往同規格設計制造經驗，進行了電動機的電磁優化設計，優選出方案如下：

電磁設計說明：

本電機為交直交變頻電源供電的變頻調速籠型異步電動機，0～607r／min為恒轉矩調速。定子采用扇形沖片，轉子采用整圓沖片，定、轉子槽配合及線圈節距的選擇是按6極籠型異步電機最常用的方案，此方案有利于抑制高次諧波和避免電磁振動及噪聲。定、轉子沖片均采用高導磁的50W620冷軋硅鋼片，可以降低勵磁電流，減小鐵心損耗，電機定子電密為3.63A／mm2，定子齒、軛磁密分別為1.69T和1.63T，線負荷和熱負荷分別為730A／cm和2638。

電動機的結構說明：

電機采用臥式安裝布置的方式，電機中心高為900mm(不含底板高度)。電機由定子、轉子，兩個軸承、底板、水一空冷卻器等零部件組成。本電機采用上水冷，帶風機強制循環通風冷卻的方式，提高電機散熱效率。電動機有兩個軸伸端，一端為主傳動端，與機械負載相聯接-電機的非傳動端用于安裝測速編碼器，便于監測及控制電機的運行狀態。主傳動端軸承為280端蓋式滾動軸承，并在該軸承上裝有一個接地電刷；非傳動端軸承同為280端蓋式滾動軸承。當把定子、轉子安裝完成后，再將冷卻器裝在定子上部，并將電機本體固定到底板上即完成整臺電機的安裝。此外，在電機的底部裝有電壓為380V，頻率為50Hz，功率為1.5kw三相空間加熱器，防止產生凝露降低電機的絕緣電阻。

定子結構：

定子鐵心采用扇形沖片，沖片厚度為0.5mm，材料為50W600冷軋硅鋼片，定子鐵心徑向通風溝寬為8mm，采用內外機座結構方式，即定子扇形片在內徑加工完成的內機座內疊片，裝入上壓板后在油壓機上按預定壓力將鐵心壓到設計尺寸，然后將上壓板與內機座焊牢，并將內機座圓周12根筋全部與鐵心焊牢，使鐵心具有足夠的剛度，然后再精加工外圓。完成定子鐵心裝配后，將定子線圈嵌入鐵心。在絕緣易破損的部位，加強繞組端部及端部引線的綁扎固定，根據電機定子線圈端部伸出長和電機短路時的磁壓降等選擇端箍數量和支撐方式。為了加強定子繞組端部(斜邊)承受軸向電動力的強度，對斜邊墊塊除了規定切向固定方式外，還提出了斜向固定方式，用熱脹材料將繞組斜邊間隙塞緊，在繞組鼻部線圈的上下層之間增加滌玻填充管，這樣使得在繞組進行無溶劑真空整浸(VPI)時，這些特殊材料在受熱及浸漆時，充分膨脹并固化，從而使繞組端部成為一體，同時還具有一定的彈性來抗拒沖擊力。為了加強定子繞組鼻部的固定，在線圈鼻部內圈處增設軟端箍。極間連接線采用銅環結構，相內連接線之間用編織絕緣繩連接固定，提高連接線的剛度，減少受到的振動和電動力。整個繞組鐵心要經VPI無溶劑真空壓力浸漆處理。

外機座加熱，將繞組鐵心裝入外機座。內外機座均設有2道環板以提高定子整體剛度，內外機座均須經退火噴砂等消除內應力處理。定子采用Y形連接，在定子繞組內共埋設了6支(單支三線)鉑熱電阻并按圓周均布，用來檢測定子線圈和定子鐵心的溫度。定子線圈為雙層疊繞組，定子線圈截面橫向則采用兩排銅線并繞結構。定子絕緣選用我廠專門為變頻電機設計的適3300V這一電壓等級的絕緣系統，主絕緣采用國產F級環氧聚酯薄膜玻璃粉云母帶，由于采用了新材料，絕緣厚度相對減薄了。

轉子結構：

電機的轉子是完成電能到機械能的關鍵執行部件。轉子為鼠籠型轉子，主軸材料采用鍛鋼20SiMn，此種材料機械性能及焊接性能均佳。主軸結構采用焊筋結構，經退火噴砂等消除內應力處理。焊縫采用磁粉探傷等檢查措施，以保證軸的焊接質量。轉子沖片采用0.5mm厚的優質冷軋硅鋼片50W600沖制而成。轉子通風槽片采用鉚焊加點焊方式焊接到轉子通風槽板上。為保證轉子的強度，轉子鐵心內圓與軸筋采用熱套結構。轉子導條為矩形拉制紫銅條，端環采用紫銅整圓鍛件。為防止機械沖擊引起斷條，銅條在鐵心上采用脹緊技術，轉子銅條與端環之間采用中頻焊接技術的銀銅焊接，這樣可保證焊接質量和導體的導電性能。

異步電動機轉子導條采用拉制的矩形紫銅條T2。端環與導條的焊接采用中頻焊技術，焊接過程一次短時間內完成，使焊接即牢固，又不使導條端部及端環退火，保證了導條及端環的機械性能，有利地防止了導條和端環開焊以及斷條事故的發生。另外，導條分段漲緊技術的采用，使導條與鐵心保持一定的緊量，進一步防止了斷條事故的發生。

軸承結構：

本電機的軸承為端蓋式滾動軸承。兩端軸承均選用SKF公司制造的內徑為280球面滾子軸承，型號為23056CC／W33／C3。該軸承具有承載能力大可調心特點，軸承計算壽命都在15萬小時以上。為防止軸電流對軸承的破壞，在非傳動端的端蓋上進行了絕緣處理，并在傳動端的軸承外側裝有一個接地電刷，使軸電流不能在電機本體上產生回路。軸承的潤滑采用鋰基軸承潤滑脂潤滑，均可不停機換油。為保證軸承良好的工作性能，需每30天左右用高壓油槍注油一次。

在每個軸承上各裝有1支鉑熱電阻(單支三線)，用以監測每個軸承運行的溫度。

通風冷卻系統：

電機通風冷卻裝置也為整體結構，即冷卻器、風機、上罩成為一體，可整體安裝及吊運。電機的定、轉子上均設有上下對齊的通風溝，寬度為8mm，與轉子內圓，定、轉子間氣隙，定子端部空間一起構成電機內部冷卻風路。強迫循環式空一水冷卻器布置在電機上部。冷卻器上裝有兩個風機，冷空氣在風機的作用下，由電機上部兩側的入風口經過線圈端部，冷卻了定子線圈端部后進入軸筋與轉子內圓間的空腔及定、轉子間氣隙，再經過轉子通風溝及定子通風溝，冷卻了轉子及定子鐵心和繞組，由電機上部的出風口排出并經過水冷卻器和風機而形成一個密閉循環的冷卻系統。冷卻器的下方設有漏水裝置并帶有檢漏水報警器。

結論：

此次電機設計在借鑒過去生產過的變頻調速異步電動機設計的基礎上，結構方面有很大改進，提高了電動機的穩定性，并根據變頻電源調速特性，為滿足過載要求做了電磁方案的優化，比同類型電動機負荷和溫升留有裕度，電機運行起來安全、可靠。