后置風扇高壓繞線轉子三相異步電動機的設計

(上海電氣集團上海電機廠有限公司，上海 200240)

0 引言

根據用戶的需求，設計了YRKK 450-4 630kW高壓繞線轉子電機，用于替換同等中心高的YKK電機，因此在C尺寸上有所限制，由于YRKK電機風扇后置較難實現，最初我們為用戶提供了冷卻方式為IC616的方案。但由于用戶現場條件的限制，不能增加電機冷卻風機的電源，因此只能將電機外風扇布置在電機非軸伸端(后置)，與滑環放在一側。為了實現該設計方案，我們對風扇和滑環的結構布局以及裝配方法進行了合理設計。

1 設計參數

電動機的電氣性能根據用戶的性能要求，在現有工藝水平的基礎，結合以往產品的試驗結果，最終確定電機的熱負荷、定轉子沖片尺寸、鐵心長以及繞組的相關數據。

(1)沖片三圓：φ740/φ475/φ240

(2)槽配合：60/48

(3)定轉子沖片材質：50W600

(4)接法：定子Y接/轉子Y接

(5)槽型選擇：定子開口槽、轉子半閉口槽

(6)熱負荷：1500

2 結構設計

電機的結構設計是在滿足用戶的使用要求、安裝尺寸的前題下，根據電磁參數確定的機械結構。要考慮到零部件的通用性、裝配的合理性。

2.1 總體結構

安裝方式為:IMB3，外殼防護等級為IP55、集電環部分防護等級為IP23。電機整體結構圖見圖1。

圖1電機整體結構

電機采用方箱機座型式、帶空-空冷卻器，定、轉子各設獨立接線盒，同時設置輔助接線盒(定子測溫、軸承測溫裝置、定子加熱器)。

2.2 通風結構設計

內風路采用徑向通風形式，由內風扇及轉子鐵心通過離心作用對電機內腔空氣進行擾動形成壓力差致使其流動，空氣經由內風扇、轉子鐵心到達定子鐵心及繞組，對鐵心進行冷卻，與鐵心及繞組進行熱交換后變為熱風進入冷卻器內，熱風經過冷卻器風換熱后變成冷風，冷風到達冷卻器頂部后在冷卻器擋板限制下分別向電機伸尾端流動，流經電機擋風板，再到達內風扇及轉子鐵心，形成對稱循環風路，對定、轉子進行冷卻；外風扇將冷風送到冷卻器鋁管內，與內風路交換熱量，達到冷卻作用，同時考慮到碳粉對環境的污染，因此將外風路與滑環腔隔離。電機風路圖見圖2。

圖2電機風路圖

2.3 定子結構

定子采用外裝壓結構，主要由機座和有繞組定子鐵心等部件組成。

2.3.1 機座

機座為鋼板焊接的方箱結構，由壁板、擋風板、環筋板、側板、頂板、底腳板、底板等零件組成，機座兩側壁板厚度為30mm，擋風板厚度為8mm，兩側環筋板厚度為30mm，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。機座上方用撐板支撐，起加強機座軸向剛度的作用。機座結構效果圖見圖3。

圖3機座結構效果圖

2.3.2 定子鐵心

定子鐵心由定子沖片、定子筋、定子壓圈、定子通風槽板組成，通過8個定子筋圓周均布與定子沖片、通風槽板和定子壓圈焊接成一個整體。定子鐵心包括11個通風道，每個通風道寬度為10mm，將定子鐵心平均分成12段。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。定子鐵心結構圖見圖4。

圖4定子鐵心結構圖

2.3.3 定子繞組

定子繞組采用雙層疊繞形式。在繞組上下層線圈之間，均勻埋設6點測溫原件鉑熱電阻Pt100，用于繞組溫升的監測。

2.4 轉子

轉子采用焊筋軸結構，由轉子鐵心、中性環、轉子線圈、內風扇、集電環等零部件組成，轉子結構圖見圖5。

圖5轉子結構圖

2.4.1 轉子鐵心

轉子鐵心分段長度與定子鐵心相同，以保證定轉子通風道的對齊。轉子鐵心采用冷裝熱壓的方式，保證轉子槽形整齊，方便轉子線圈的嵌線。沖片外徑直接沖制而成，轉子外徑不加工。轉子鐵心裝壓后用弧鍵焊接定位。

2.4.2 轉軸

轉軸采用焊筋軸結構，軸材質選用35#鋼，輻板材質選用Q235A，6塊輻板均布。引線位置處鉆有6×φ32mm圓周均布的斜孔用來出線，軸尾端鉆有φ70mm圓孔，用于引出轉子引線。

2.4.3 轉子繞組型式

轉子繞組采用雙層成型波繞組，轉子線圈一頭彎型，線圈下到轉子槽內后，另一端打彎整型，線圈與線圈之間用并頭套連接，并用中頻焊焊牢。接線方式為中線環、轉子引接線分別位于位于鐵心的兩端。轉子繞組采用乙類接線，轉子接線圖見圖6。

圖6轉子接線圖

2.4.4 滑環

為保證產品質量，滑環整體采購，滑環刷架系統結構見圖7。

圖7滑環刷架系統

2.5 軸承裝配

電機采用三軸承結構，軸承型號如下

軸伸端：NU226+6226

非軸伸端：NU224

2.6 冷卻器

電機冷卻器由冷卻器廠家設計，滿足換熱功率及安裝尺寸即可。

2.7 裝配關系的確定

為了滿足產品的工藝性，保證其裝配關系合理，將外風扇及風扇罩布置在電機與滑環之間，滑環布置在電機的軸尾端，風扇罩與過渡法蘭用不同螺桿定位，既可以保證電機轉子電纜與滑環的安裝，避免轉子電纜二次穿線，又能相對減小電機的軸向尺寸，使結構更加緊湊。裝配時，先安裝風扇罩，將螺桿穿過風扇罩用以固定過渡法蘭，最后將滑環罩安裝在過渡法蘭上。需要注意的是：風扇罩內孔尺寸要大于風扇外徑，過渡法蘭內徑要大于滑環外徑。滑環等零部件裝配關系示意圖如圖8所示。

圖8裝配關系示意圖

3 結語

YRKK 450-4 630kW繞線轉子三相異步電動機進行了型式試驗，性能指標均滿足用戶要求。由于電機滑環后置，因此在設計過程中與常規YRKK電機相比難度較大，需要充分考慮滑環與外風扇的位置關系和裝配關系。本次電機的設計過程中，在利用現有產品的前提下，與滑環廠家充分溝通，保證了電機裝配的合理性。在非標準電機的設計過程中，需要設計人員創新的實踐，才能實現產品的更新換代。

[1] 湯蘊璆，史乃.電機學.北京：機械工業出版社，2003.

[2] 陳世坤.電機設計(第二版).北京：機械工業出版社，2000.

[3] 濮良貴，紀名剛.機械設計(第八版).北京：高等教育出版社，2006.

[4] 聞邦椿.機械設計手冊.第3卷(第5版).北京：機械工業出版社，2010.