燒結風機用同步電動機的研制

段 昆

(臥龍電氣南陽防爆集團股份有限公司，河南南陽 473008)

燒結風機用同步電動機的研制

段 昆

(臥龍電氣南陽防爆集團股份有限公司，河南南陽 473008)

針對燒結風機用TKS7600-6同步電動機的研制情況，詳細介紹了該電機的電磁設計，結構特點。并提出由于該電機負載重，工況特殊，因此對啟動方案的要求會更高。

燒結風機；同步電動機；設計

0 引言

TKS 7600-6同步電動機是我公司制造的，用于燒結風機與之配套的同步電動機，因為負載重，工況特殊，對起動方案提出了更高的要求[1]。

該電機為我公司首次試制的拖動重載設備的同步電動機，鑒于研制該電機的重要性和設計難度，公司先后對該電機進行了初步設計、技術設計、施工圖設計及工藝設計評審，2015年該電機通過試驗，各項指標均滿足用戶要求，現在正常運行中[2]。

1 電動機的技術參數[3]

型號： TKS 7600-6/1730；額定功率： 7600kW；額定電壓： 10kV；額定電流： 502.1A；額定頻率： 50 Hz；轉速： 1000r/min；相數: 3相；定子繞組接法： Y；防護等級：主體IP44 集電環IP20；絕緣等級：F/F；冷卻方式：上水冷(IC81W)；安裝方式：IM7312(雙軸伸)；旋轉方向: 逆時針(從非集電環的軸伸端看電機)；定額: S1(連續工作制)；使用系數: 1.0；電機飛輪力矩GD2： 6000kg/m2；最大負載飛輪力矩GD2：85000kg/m2；功率因數：0.9；效率:97.1%；堵轉電流倍數：7；堵轉轉矩倍數：1.8；失步轉矩倍數：1.7；牽入轉矩倍數：0.9；噪聲限值：85dB(A)(聲壓級)；振速：1.6mm/s。

2 電磁設計

該類電機大多是拖動大慣量負載，起動時間比較長，用常規的阻尼條進行起動，其阻尼條發熱比較嚴重，已經不能滿足起動要求，需考慮通過實心磁極起動。

2.1 起動溫升分析：實心磁極極靴表面的起動溫升θs

(1)

式中，極靴表面積Sp=2p×bp×lp×10-2cm2。

A為起動時起動繞組的發熱量

2.2 起動性能

由于該類電機啟動性能比較特殊，需要引入臨界牽入轉差率進行核對，在滿足電機起動轉矩大于負載轉矩的前提下，需要電機起動轉矩與負載轉矩曲線的交點小于臨界牽入轉差率。

(1)牽入臨界轉差率

(2)電機的M-s曲線與風機負載曲線交點處轉差率計算[3]

如果電機的牽入臨界轉差率sk大于電機的M-s曲線與風機負載曲線交點處轉差率s，則電機有可能被牽入同步。如果電機的牽入臨界轉差率sk小于電機的M-s曲線與風機負載曲線交點處轉差率s，則電機不可能被牽入同步。因此，計算電機的M-s曲線與風機負載曲線交點處轉差率s十分重要。在一般情況下，人們只能計算出M-s曲線中的兩個點，即堵轉轉矩Ms=1和牽入轉矩Ms=0.05。把M-s曲線的兩點Ms=0.05和Ms=0之間做線形處理，然后求出M-s曲線與風機負載曲線交點處轉差率s，并與牽入臨界轉差率sk進行比較，得

式中，PKW—額定功率，kW；Ms=0.05—牽入轉矩，標幺值。

2.3 考慮以上因素，該電機采用(水電阻)軟啟動方式。采用以某倍額定電流(需考慮用戶電網容量、起動性能)進行恒電流的液態電阻軟啟動至900r/min，切斷軟啟動裝置并入電網，端電壓恢復到額定電壓的90%以上的啟動方式，通過和軟啟動廠家進行對接，該電機可以滿足現場起動要求，該電機GD2非常大，為了滿足起動要求，電機設計溫升比較低。

3 結構特點

該電機整體為箱式結構，座式軸承支撐，臥式安裝，冷卻方式為上水冷，雙軸伸，電機由定子、轉子、冷卻器、集電環、電刷等組成，集電環位于非軸伸端座式軸承內側，整體美觀大方，且現場維護、檢修方便，電機實物照片如圖1所示。

圖1 電機實物圖

3.1 定子部分

定子主要由定子鐵心、定子線圈、機座等部件組成，定子設計時要充分考慮通風和散熱，保證其有足夠的通風道來冷卻主電機。

3.1.1 定子鐵心由定子扇形片疊壓而成，定子扇形片采用50W470優質硅鋼片，沖制后經去毛刺處理，定子沖片毛刺不得大于0.01mm，扇形片兩面涂以712硅鋼片漆，每片漆膜厚不大于0.01～0.015mm，兩面經漆膜厚不大于0.025mm。經去毛刺和絕緣處理后的沖片，在疊裝時可保證足夠的片間壓力和槽形整齊度，減小鐵損，減少發熱量。定子鐵心設有徑向通風道，靠拉緊螺桿和螺母來壓緊，鐵心疊壓好后要作鐵損試驗合格方可進行下道工序進行加工。

3.1.2 機座兩端板采用50mm厚鋼板，中間增加20mm厚的隔板,兩端板和隔板之間用25mm的加強筋支撐,20個圓周均布,并作為定子扇形片疊壓的基準，同時在機座均勻部位用鋼管作為支撐，以提高機座整體鋼性,并增加供翻轉用的吊攀。

3.1.3 定子線圈采用電磁線SBEFNB-70/155，2根并繞，然后半迭包0.14×25的9545-1H多膠云母帶一層(該云母帶采用高擊穿云母粉紙)，經匝間膠化后進行主絕緣包扎，主絕緣模壓后單邊厚度不低于3.0mm(不包括防暈層)。線圈采用三級防暈結構并增加附加絕緣，并且防暈材料選用優質高、低阻防暈帶，以提高起暈電壓。

3.1.4 我公司的線圈熱壓設備為引進英國熱壓機結構與技術，它的最大優點是能保證線圈主絕緣單邊厚度均勻，提高了線圈的整體電氣性能，減少了分散性。

3.1.5 定子線圈經下線后采用VPI整體浸漬處理，提高了繞組的整體電氣性、防潮性、絕緣性、機械強度和熱穩定性。

3.2 轉子部分

轉子主要由軸、磁極線圈、極靴、風扇等部分組成。轉軸材料為45鍛鋼，按照技術規格書對軸伸直徑進行核算，可以滿足要求，實施剛性軸設計與制造。采用磁軛與軸鍛成一體的實心軸，每個磁極頂部與極靴各配鉆有M42螺孔用來固定極靴，磁極之間均銑一長方形寬槽，為了安裝磁極間墊塊用。在轉軸鐵心端部靠近軸伸端處，沿軸中心鉆有一Φ80孔，其作用是相對兩個磁極(N·S極)間引線連接，在轉軸鐵心端部靠近非軸伸端處，同時與軸伸端Φ80孔中心線空間垂直位置也鉆一個Φ80孔，在該處至非軸伸端端面軸中心線上又鉆一Φ100孔，其作用是磁極引線引出用。從鐵心段到非軸伸端依次是安裝風扇、軸承、集電環。

極靴材料用34Cr3Ni3Mo鍛鋼加工成，材料機械性能：抗拉強度、屈服強度、延伸率、斷面收縮率、硬度等性能指標按照JB/T 1269—2002中的規定，而且必須經超聲波探傷，考慮到起動性能，在極靴表面增加有散熱溝槽。

該電機磁極線圈共有6支，磁極線圈通過扁繞而成，帶散熱匝，起散熱作用，帶散熱匝的線圈在固定位置開有長方并帶圓弧槽，有利于安裝磁極間固定塊，線圈引線一個在首支線圈中間引出，另一個在底匝線圈端部引出。

極線圈采用銅母線扁繞而成，匝間絕緣采用加墊2層0.19mm厚NOMEX411后經熱壓固化而成，保證匝間絕緣厚度為0.25mm，極大地提高了匝間絕緣的電氣性能和機械強度。

3.3 軸承結構

電機為雙支承，該電機軸承選型為座式球面滑動軸承，參考標準DIN31694生產制造的，滑動軸承具有自動調心功能。

滑動軸承的潤滑方式為外循環供油及油環帶油的復合潤滑方式，潤滑油的粘度為ISOVG46，潤滑油的工作壓力為0.01～0.03MPa，單個軸承流量約為10L/Min。

軸承預留外循環油接口，帶進回油配對法蘭，進油管增設針閥和進口管式流量計，以調節和顯示滑動軸承的進油量，回油管路設有透油鏡，可觀察回油情況。軸承頂部設有油環觀察窗，可觀察油環工作狀況。外部壓力循環供油的換油周期為20000h。

軸承上設置一個PT100雙支鉑熱電阻(六線制)，并接至獨立的測溫接線盒，同時提供遠傳信號，并帶軸承溫度現場顯示儀表。軸承為絕緣軸承，裝置設有防止軸電流對地絕緣措施。

3.4 通風冷卻系統

選擇冷卻效果較好的雙側對稱內通風結構，定子鐵心上有徑向通風道，轉子支架磁軛部分沿徑向開有圓周均布的徑向通風道，徑向通風道相互錯開。兩個內風扇旋轉后，冷空氣經定子線圈端部、軸向通風道及轉子軸向通風孔分別冷卻線圈和鐵心，熱風經電機鐵心和線圈后直接向上與空氣冷卻器的冷卻水管進行熱交換，達到帶走熱量、降低電機溫升的目的。

冷卻器進廠驗收須進行水壓試驗，試驗壓力為正常進水壓力的1.5倍，以確保冷卻器正常運行。冷卻器下面設接水盤，機外設漏水檢測裝置，一旦出現漏水即可報警。

3.5 防護結構

該電機為有刷結構，整體防護IP44，集電環IP20，電機上所有的接線盒均按IP55防護等級設計制造。

3.6 接線盒結構

主接線盒：三組電纜接線端子和中性點接線端子，設內、外接地裝置和用戶接線點，每母排有兩M16銅質螺栓供用戶接線使用，內部接線空腔大，便于現場使用。

輔助接線盒包括：定子測溫接線盒、加熱器接線盒、電刷接線盒、軸承測溫接線盒、漏水保護接線盒。

接線盒內均外均有接地螺栓，并在接地螺栓附近設有接地標志，此標志應保證在電機整個的使用期間內不易磨滅。

3.7 該電機的主要特點

(1)高效，效率≥97.1%；

(2)起動轉矩大，起動性能優良；

(3)可滿足大負載飛輪力矩要求(最大85000kgm2)；

(4)定、轉子溫升低，可長期穩定運行，可靠性高，壽命長；

(5)有效材料用量大、選材合理，保證高可靠性；

(6)可靠的監控措施，保證了電機正常安全運行。

3.8 試制結果(主要性能指標)與協議值對比見表1。

表1 試制結果與協議值對比表

4 結語

從以上試驗結果對比可以看出，試驗結果優于協議值，全面滿足了技術協議書規定，該電機在現場已經帶載起動、運行，完全滿足了現場的需求，該電機試制圓滿成功，可以進行推廣。

[1] 馬永明.大容量同步電機液態軟起動技術.電工技術，2009(5)：76-77.

[2] 段昆，吳宣東，王朝宗.TAW 6400-30/3250增安型無刷勵磁同步電動機的研制.電氣防爆，2012(1)：P5-10.

[3] GB 755—2008旋轉電機定額和性能.

[4] 劉永法.同步電動機起動繞組及鼠籠異步電動機轉子繞組起動溫升的計算.大電機技術，1988(3)：16-20.

[5] 劉煜，洪長艷，秦秀蘭.拖動大轉動慣量的風機用同步電動機設計方略.防爆電機，2003(1)：23-26 29.

Development of Synchronous Motor for Sintering Blower

DuanKun

(Wolong Electric Nanyang Explosion Protection Group Co., Ltd., Nanyang 473008, China)

In view of the development situation of TKS 7600-6 synchronous motor used in sintering blower, this paper introduces electromagnetic design and structural features of the motor in detail and presents that starting requirements of the motor will be higher because of its heavy load and special working conditions.

Sintering blower；synchronous motor；design

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.03.03

TM341

A

1008-7281(2017)03-0009-004

段昆 男 1975年生；畢業于合肥工業大學機械電子工程專業，現從事大型電機設計工作.

2016-01-30