緊湊型繞線轉子電動機結構設計與性能對比分析

(國家防爆電機工程技術研究中心，黑龍江佳木斯 154002)

0 引言

90年代以來，以西門子1LA1、1LL1系列和ABB公司HXR系列為代表的新一代全散熱片式電動機，無論是在外觀造型上還是在運行性能方面，其技術水平都高于國產YZR系列電動機。2004年，我公司主持設計了YZR3系列起重及冶金用繞線轉子三相異步電動機，目的是促進國產全散熱片電動機的研制和發展，力爭在電動機的外觀、制造水平以及運行性能上接近或達到國際先進水平，以推動我國起重及冶金用電動機的設計制造水平。雖然YZR3系列電機基本上已經與國際先進產品“接軌”，并且在結構、性能、節約方面均較YZR系列電機有很大的進步，但是在電機容量上，還是與國外公司有一定的差距。針對這一差距，本文對YZRJ 315緊湊型起重及冶金用繞線轉子三相異步電動機結構進行分析并與YZR3及西門子電機進行對比分析(本文以YZRJ 315-4 315kW為例)。

1 總體結構及主要零部件結構

1.1 電機總體結構

YZRJ 315緊湊型繞線轉子電動機的總體結構如圖1所示。

圖1電機總體結構圖

1.2 主要零部件結構

1.2.1 機座

采用鑄鐵機座圓筒結構，偏心圓平行散熱片見圖2，散熱片間距最小22，每個方向16根散熱片，最長64、最短40，材質：球墨鑄鐵QT450-10。

圖2偏心圓平行散熱片

與YZR3 315電機機座重量、材質對比見表1。

表1 重量、材質對比圖

從表1可以看出YZRJ 315機座重量要低于YZR3 315電機機座重量，節約電機成本。

YZRJ 315電機機座鑄件采用兩種材質HT200及QT450-10使用ANSYS分析結果分別見圖3、圖4。

圖3及圖4兩種材質機座屬性的對比分析結果見表2。

表2 兩種材質機座屬性的對比分析

由表2可見，球墨鑄鐵性能優于灰鑄鐵。若使兩種材質的機座具有相同的屬性，則灰鑄鐵材質的機座需增大強度設計，在電機鑄件厚度上有所增加，其鑄件增加的重量成本與采用球墨鑄鐵增加的價格成本相當，所以YZRJ 315電機機座材質采用節省空間、降低重量的球墨鑄鐵QT450-10。

圖3HT200分析結果

圖4QT450分析結果

1.2.2 轉軸結構

轉軸為實心軸，為達到與西門子電機互換的目的，軸伸尺寸與西門子樣機相同為φ90。材料為42CrMo。下面對轉軸強度進行核算。

按抗扭強度校核軸伸直徑：針對轉矩最大的功率檔進行軸伸校驗

42CrMo的屈服強度σs≥650MPa，則42CrMo的許用扭轉切應力為

式中，ns—安全系數，取ns=2.5。

根據《電機設計》，軸伸最小直徑計算公式

式中，電機過載系數K=2.8倍，并且電機軸伸帶一個鍵槽，軸徑增大6%、正反轉增大1.3倍的原則，計算結果為φ86<φ90，合格。

同時，對電機軸的三維模型，對電機進行軸伸扭轉強度的ANSYS對比分析，計算結果見圖5。

圖5電機軸的三維模型計算結果

從圖5可以看出，軸伸屈服力最大在310.2MPa，比42CrMo鋼的屈服強度650MPa小很多，而且裕度很大。

2 性能對比分析

本文針對YZRJ 315緊湊型繞線轉子電動機與西門子電機進行了性能對比。

功率等級及參數對比見表3(設計值對比西門子樣本性能數據)，表4(YZRJ與YZR3功率對比)，重量對比見表5。

表3 功率等級及參數對比

從表3、表5可以看出，西門子與YZRJ電機數據對比：額定電流、轉速、重量基本相當，最大轉矩倍數也在標準值2.8倍以上，轉子開路電壓與西門子電機電壓380V情況下的開路電壓相當，轉動慣量也與西門子相當,性能完全可以達到和西門子電機互換。

從表4可以看出YZRJ 315的功率等級高于YZR3的功率等級。

表4 YZRJ與YZR3功率對比

表5 重量對比

3 結語

YZRJ 315緊湊型起重及冶金用繞線轉子三相異步電動機涵蓋了YZR3 355中心高及YZR3 400中心高第一檔功率等級，所以YZRJ 315緊湊型起重及冶金用繞線轉子三相異步電動機的開發可節約材料、降低成本、減少制造工時，創造更多利潤。

YZRJ 315緊湊型起重及冶金用繞線轉子三相異步電動機可以完全替代西門子1LT8系列315中心高繞線電機，并拓展了西門子1LT8 314-318系列電機功率等級，進一步引領我國起重冶金機電行業的發展方向，為后續緊湊型起重及冶金用繞線轉子三相異步電動機的系列研發打下堅實基礎。