高壓繞線轉子三相異步電動機設計

張東宇，譚德明，張勝男

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

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高壓繞線轉子三相異步電動機設計

張東宇，譚德明，張勝男

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

介紹了YR 630-6 2500kW高壓繞線轉子電機總體設計規則及該電機的主要技術參數。并從電磁設計、結構設計兩個部分詳細介紹了電機設計方案，通過實驗列出了主要試驗性能參數。

YR 630-6 2500kW；高壓繞線轉子；設計分析

0 引言

YR 630-6 2500kW高壓繞線轉子三相異步電動機是我公司為埃及某水泥廠項目研發的全新電機。我們設計的構思是繼承和創新相結合自主研發。把以往產品設計、制造方面積累的較成熟的經驗應用于該產品結構上，改進結構，采用理論來保證設計的合理性，最終完成了此次設計。

1 總體設計規則

(1)設計的主要依據是GB 755 《旋轉電機 定額和性能》、GB/T 13957 《大型三相異步電動機基本系列技術條件》、GB/T 1032 《三相異步電動機試驗方法》以及和用戶簽訂的技術協議。

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

(3)方案設計中充分考慮了產品的系列化、標準化和通用化，提高了設計的繼承性，在滿足客戶技術要求的基礎上，力求節約原材料。

(4)為滿足客戶對產品的實際要求，該產品的安裝尺寸嚴格按照技術協議的規定設計。

2 設計分析

2.1 電磁設計

電磁設計方案是根據設計用戶要求，并考慮制造運行的經濟合理性和可靠性，確定電機的電磁負荷以及與電磁性能相關的有效部分尺寸。包含電機的定、轉子沖片和鐵心尺寸及繞組數據等。選定材料并核算電磁性能和有關參數。電磁方案經過多次優化設計，各項數據兼顧合理。

(1)電機槽配合：72/90。

(2)定、轉子沖片材質：50W350冷軋硅鋼片。

(3)定子線圈節距：10，轉子線圈整距：14，轉子線圈短距：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，轉子Y接。

2.2 電機主要技術參數

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

2.3 結構設計

2.3.1 總體結構

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

圖1 電機外形圖

2.3.2 通風結構

電動機主體防護等級IP23、滑環罩防護等級IP23。冷卻方式為IC01，采用徑向通風結構，電機冷卻風路及內部結構如圖2所示。

圖2 電機冷卻風路及內部結構

2.3.3 定子

定子采用外裝壓結構，主要由有繞組定子鐵心和機座等部件組成。

2.3.3.1 機座

機座為鋼板焊接的方箱結構。由端板、擋風板、環筋板、側板、頂板、底腳板、底板等零件組成。機座兩側端板厚度為40mm，擋風板厚度為16mm，兩側環筋板厚度為40mm，中間環筋板厚度25mm。為了充分發揮側板的作用，提高支撐剛度，機座側板采用鈑金折邊結構。各端板與各環筋板間采用支撐板及圓鋼進行支撐，以保證機座軸向剛度。機座結構圖見圖3。

圖3 機座結構圖

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、通風槽板焊接成一個整體。鐵心長度為900mm，包括14個通風道，定轉子鐵心通風道對齊。每個通風道寬度為10mm。疊壓系數不小于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，避免下線及電機運行時損壞線圈絕緣。

2.3.3.3 定子繞組

電機定子繞組采用對稱的三相雙層疊繞組，為消除電機磁場的5次、7次諧波，電機線圈節距采用極距的5/6，即節距為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 轉子

轉子結構采用為徑向通風結構，由轉子鐵心、支撐環、轉子線圈、極間連線、中線、轉子引接線、內風扇、集電環-刷架等組成，具體轉子結構如圖4所示。

圖4 轉子結構圖示意圖

2.4.1 轉子鐵心

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

2.4.2 軸

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

2.4.2.1 臨界轉速及撓度計算

由于此次設計電機軸承距較大，為防止轉子固有頻率與旋轉頻率相近，引發電機共振，導致電機不能正常運行，需要對電機臨界轉速及軸的撓度進行計算。從表1中可以看出電機的臨界轉速與同步轉速的比值大于1.3倍，撓度對氣隙的百分比小于10%，因此電機的臨界轉速及撓度合格。

表1 電機軸臨界轉速及撓度計算表

2.5 軸承結構

此次電機軸承結構采用我公司H710系列滾動軸承結構、三軸承結構。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

上罩采用徑向通風結構。上罩由壁板、底座、隔板、導風板、百葉窗等組成。側板為4mm鋼板Q235A，其余板材均為3mm鋼板Q235A。上罩設計時，百葉窗預留了足夠的進、出風口，保證電機溫升。上罩結構圖如圖5所示。

圖5 上罩結構圖

2.7 滑環刷架系統

滑環刷架系結構為開啟式，帶風扇。內部風路為從滑環罩一側的百葉窗進冷空氣，經滑環刷架和風扇后從一側排出。導電桿直接穿過滑環風扇座，與軸孔內的引出線連接。滑環刷架結構圖如圖6所示。

圖6 集電環-刷架系統

3 試驗結果

主要性能試驗結果如表2所示。

表2 電機試驗數據

4 結語

YR 630-6 2500kW高壓繞線轉子電機進行了全部的型式試驗及出廠試驗測試，全部性能參數滿足協議要求并優于設計值，證實了設計與分析的準確性。該電機的成功試制，將為高壓繞線轉子提升功率檔設計提供可靠的技術支持。

[1] 倪春梅,鄧宏偉,任志強.YR系列繞線型三相異步電動機的雙出軸設計.建筑與文化，2013.

[2] 陳世坤.電機設計.北京：機械工業出版社，1982.

[3] 湯蘊璆，史乃.電機學.北京：機械工業出版社，2008.1.

[4] 劉斌，申群太.異步電機直接轉矩控制磁鏈模型切換的研究.防爆電機，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；畢業于哈爾濱理工大學電機專業，現從事風力發電機及高壓電機研發設計工作.

2016-06-30