YXKK400—46kV超高效三相異步電動機的設計與研制

張騰雨 黃麗芹 泰豪

摘 要：文章討論了YXKK400-4 6kV超高效三相異步電動機的設計研制過程。圍繞著設計過程中各個部分進行了分析設計，為今后設計制造超高效三相異步電動機奠定了基礎。

關鍵詞：超高效三相異步電動機；異形銅排；設計；研制

1 概述

YXKK三相異步電動機廣泛應用于工業、農業、國防、公共設施及家用電器等各領域中的機械裝備、風機、水泵、壓縮機、冶金、石化、紡織、造紙、交通、建筑、礦山、食品等行業。目前，電動機的用電量平均占世界各國總用電量的40%以上，占工業用電量的60%以上。我國是亞洲第一大電力消耗國，也是世界上目前缺電最為嚴重的發展中國家，從1992年起我國的年發電量和用電量均居世界第二位，而其中60%以上的電能被用于驅動電機運轉。因此，電動機能源效率水平的提高對于我國能源節約、環境保護以及資金節約均具有重要意義，并且隨著節能減排意識的增強，超高效電動機的制造迫在眉睫。

2 YXKK400-4 6kV超高效三相異步電動機的設計過程分析

2.1 總體設計

超高效電動機的設計要點是降低各項損耗，提高電動機效率，增大銅排的截面積，高定子槽滿率；提高制造精度，縮短線圈端部長度，加強沖片和定子鐵芯的制造質量，從而減少鐵耗和激磁電流及其引起的銅耗；改善轉子槽絕緣工藝，降低負載雜耗；合理選擇槽配合和硅鋼片的牌號，降低鐵損和定子銅耗。

2.2 結構設計

2.2.1 定子

定子由定子鐵芯、定子線圈、機座、定子測溫元件、接線盒和空間加熱器等部分組成。

（1）定子鐵芯。定子沖片采用50W350優質冷軋電工鋼片做導磁材料，解決了熱軋硅鋼片因厚度不均，鐵芯迭壓后出現較大偏差的問題，又減少了鐵耗，降低了振動和噪聲；并利用Ansys分析每段風道的風壓風量設計合理的通風道分布及風道數量，嚴格的控制電機風摩耗。（2）定子機座。定、轉子及冷卻器等都裝在機座上面。它需要承受扭轉負荷，軸的彎曲應力和電機本身重量，為滿足這些要求，機座設計成由底腳板及壁板組成的鋼板焊接而成的箱式機座，加強了機座整體的強度，使電機能安全穩定的運行。機座內部采用圓筒狀的導風裝置，轉子風扇產生的風可集中順著圓筒狀導風裝置引入鐵芯，起到了導流的作用，減少了風量流失，加大了鐵芯散熱的風壓，提高了電機的散熱效果。（3）定子繞組。定子繞組材料采用薄膜繞包銅扁線GLEMB-155/0.4-YN，采用較短的鐵芯長度和合理的線圈線規，一方面提高了鐵芯的散熱能力，另一方面降低硅鋼片、電磁線和部分鋼材等材料用量，節約成本。整個定子采用VPI真空加壓浸漆工藝，繞組端部和直線部位固化成整體，增加線圈的機械強度，浸漬漆充分占滿槽內空間，提高散熱性能，最后繞組端部表面噴環氧敷蓋漆。

2.2.2 轉子

轉子主要由轉軸，轉子鐵芯、內風扇等部分組成，如圖1所示。

（1）轉軸。轉軸采用35#鍛鋼，軸上焊接6根輻板，材料為Q235B碳素鋼。（2）銅排。轉子采用異形銅排轉子，具有比傳統鑄鋁轉子更小的損耗，提高了整體效率；不僅擁有普通矩形銅排損耗小的優點，而且能保證滿足用戶對電動機起動的要求。（3）轉子鐵芯。轉子采用鼠籠式結構，采用50W350優質冷軋電工鋼片，質量好，單位鐵耗小。轉子銅排裝入轉子鐵芯后，采用風鎬漲緊技術，并與端環通過中頻焊機進行焊接，防止電機運轉過程中造成導條斷裂和竄動，焊接牢固，保證此電機安全可靠運行。（4）后傾角風葉風扇。將電機內、外風扇葉片設計成后傾式結構，使風扇進、出風口角度為35°，在滿足電機散熱所需風量和風壓的前提下，降低了機械損耗，提高電機效率，同時也降低電機由于風扇旋轉引起的空氣動力噪聲。

2.2.3軸承

軸承采用國產軸承，軸承牌號為軸伸端NU324M/C3，非軸伸端6324M/C3。軸承測溫元件采用WZPDA-3G。潤滑油采用L-XBCHA3鋰基脂進行軸承潤滑，為了防止產生軸電流，在非軸伸端進行絕緣處理。

2.2.4 通風系統

空-空冷卻器由鋼板和冷卻鋼管焊接而成。冷卻器內分布一定數量的冷卻管，由內風扇將電機內部熱氣流吹入冷卻器內部，通過熱傳遞使熱量被冷卻管內的冷空氣吸收，外風扇推動冷卻管內冷空氣流動，從而完成散熱的過程。進、出風溫差15°C左右，起到散熱的作用。

2.2.5 通風系統

電機采用兩端對稱進風的徑向通風系統。在電機轉子鐵芯左右兩端各裝有一個后傾式風扇。它將電機內部熱氣流經過電機中心吹入到冷卻器內，經過冷卻器的冷卻后，將熱量帶走，再由冷卻器兩側進入電機內部。冷卻器內分布一定數量的冷卻管，由外風扇推動冷卻管內部氣體流動，從而完成流動散熱的功能。使各部的溫升能較均勻地分布，從而降低最高局部溫升，提高絕緣壽命，同時提高電機的使用壽命。

3 結束語

如表1所示，本產品的效率為95.2%，同等級異步電動機效率93.5%，按照平均每年工作8000小時，工業用電1.0元/千瓦時計算，該產品每年節約用電（95.2%-93.5%）×400×8000=54400千瓦時，節約用電成本1.0×54400=5.44萬元，年可節約用電5.44萬千瓦時左右，相當于節約標準煤11.5噸，減少二氧化碳排放量25噸。

隨著節能減排意識的增強，可見超高效電機制造的必要性。這次YXKK400-4 6kV超高效三相異步電動機的設計、制造，為今后該類電機的設計起到重要作用。

參考文獻

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