４４００ｋＷ大型变频异步电动机结构设计说明

宋　雨

摘要：本文阐述了大型变频异步电动机的基本结构，并对电机定、转子，轴承及通风冷却系统进行了说明。

关键词：异步电动机；定子；转子；轴承

设计依据：

此电机为热带轧机调宽压力机(ssP)主传动交流调速异步电动机，电动机规格，性能指标及参数的确定是根据国家标准G B755-2000旋转电机定额和性能及IEC34标准和技术协议对电动机的具体要求，并结合以往同规格设计制造经验，进行了电动机的电磁优化设计，优选出方案如下：

电磁设计说明：

本电机为交直交变频电源供电的变频调速笼型异步电动机，0～607r／min为恒转矩调速。定子采用扇形冲片，转子采用整圆冲片，定、转子槽配合及线圈节距的选择是按6极笼型异步电机最常用的方案，此方案有利于抑制高次谐波和避免电磁振动及噪声。定、转子冲片均采用高导磁的50W620冷轧硅钢片，可以降低励磁电流，减小铁心损耗，电机定子电密为3.63A／mm2，定子齿、轭磁密分别为1.69T和1.63T，线负荷和热负荷分别为730A／cm和2638。

电动机的结构说明：

电机采用卧式安装布置的方式，电机中心高为900mm(不含底板高度)。电机由定子、转子，两个轴承、底板、水一空冷却器等零部件组成。本电机采用上水冷，带风机强制循环通风冷却的方式，提高电机散热效率。电动机有两个轴伸端，一端为主传动端，与机械负载相联接-电机的非传动端用于安装测速编码器，便于监测及控制电机的运行状态。主传动端轴承为280端盖式滚动轴承，并在该轴承上装有一个接地电刷；非传动端轴承同为280端盖式滚动轴承。当把定子、转子安装完成后，再将冷却器装在定子上部，并将电机本体固定到底板上即完成整台电机的安装。此外，在电机的底部装有电压为380V，频率为50Hz，功率为1.5kw三相空间加热器，防止产生凝露降低电机的绝缘电阻。

定子结构：

定子铁心采用扇形冲片，冲片厚度为0.5mm，材料为50W600冷轧硅钢片，定子铁心径向通风沟宽为8mm，采用内外机座结构方式，即定子扇形片在内径加工完成的内机座内叠片，装入上压板后在油压机上按预定压力将铁心压到设计尺寸，然后将上压板与内机座焊牢，并将内机座圆周12根筋全部与铁心焊牢，使铁心具有足够的刚度，然后再精加工外圆。完成定子铁心装配后，将定子线圈嵌入铁心。在绝缘易破损的部位，加强绕组端部及端部引线的绑扎固定，根据电机定子线圈端部伸出长和电机短路时的磁压降等选择端箍数量和支撑方式。为了加强定子绕组端部(斜边)承受轴向电动力的强度，对斜边垫块除了规定切向固定方式外，还提出了斜向固定方式，用热胀材料将绕组斜边间隙塞紧，在绕组鼻部线圈的上下层之间增加涤玻填充管，这样使得在绕组进行无溶剂真空整浸(VPI)时，这些特殊材料在受热及浸漆时，充分膨胀并固化，从而使绕组端部成为一体，同时还具有一定的弹性来抗拒冲击力。为了加强定子绕组鼻部的固定，在线圈鼻部内圈处增设软端箍。极间连接线采用铜环结构，相内连接线之间用编织绝缘绳连接固定，提高连接线的刚度，减少受到的振动和电动力。整个绕组铁心要经VPI无溶剂真空压力浸漆处理。

外机座加热，将绕组铁心装入外机座。内外机座均设有2道环板以提高定子整体刚度，内外机座均须经退火喷砂等消除内应力处理。定子采用Y形连接，在定子绕组内共埋设了6支(单支三线)铂热电阻并按圆周均布，用来检测定子线圈和定子铁心的温度。定子线圈为双层叠绕组，定子线圈截面横向则采用两排铜线并绕结构。定子绝缘选用我厂专门为变频电机设计的适3300V这一电压等级的绝缘系统，主绝缘采用国产F级环氧聚酯薄膜玻璃粉云母带，由于采用了新材料，绝缘厚度相对减薄了。

转子结构：

电机的转子是完成电能到机械能的关键执行部件。转子为鼠笼型转子，主轴材料采用锻钢20SiMn，此种材料机械性能及焊接性能均佳。主轴结构采用焊筋结构，经退火喷砂等消除内应力处理。焊缝采用磁粉探伤等检查措施，以保证轴的焊接质量。转子冲片采用0.5mm厚的优质冷轧硅钢片50W600冲制而成。转子通风槽片采用铆焊加点焊方式焊接到转子通风槽板上。为保证转子的强度，转子铁心内圆与轴筋采用热套结构。转子导条为矩形拉制紫铜条，端环采用紫铜整圆锻件。为防止机械冲击引起断条，铜条在铁心上采用胀紧技术，转子铜条与端环之间采用中频焊接技术的银铜焊接，这样可保证焊接质量和导体的导电性能。

异步电动机转子导条采用拉制的矩形紫铜条T2。端环与导条的焊接采用中频焊技术，焊接过程一次短时间内完成，使焊接即牢固，又不使导条端部及端环退火，保证了导条及端环的机械性能，有利地防止了导条和端环开焊以及断条事故的发生。另外，导条分段涨紧技术的采用，使导条与铁心保持一定的紧量，进一步防止了断条事故的发生。

轴承结构：

本电机的轴承为端盖式滚动轴承。两端轴承均选用SKF公司制造的内径为280球面滚子轴承，型号为23056CC／W33／C3。该轴承具有承载能力大可调心特点，轴承计算寿命都在15万小时以上。为防止轴电流对轴承的破坏，在非传动端的端盖上进行了绝缘处理，并在传动端的轴承外侧装有一个接地电刷，使轴电流不能在电机本体上产生回路。轴承的润滑采用锂基轴承润滑脂润滑，均可不停机换油。为保证轴承良好的工作性能，需每30天左右用高压油枪注油一次。

在每个轴承上各装有1支铂热电阻(单支三线)，用以监测每个轴承运行的温度。

通风冷却系统：

电机通风冷却装置也为整体结构，即冷却器、风机、上罩成为一体，可整体安装及吊运。电机的定、转子上均设有上下对齐的通风沟，宽度为8mm，与转子内圆，定、转子间气隙，定子端部空间一起构成电机内部冷却风路。强迫循环式空一水冷却器布置在电机上部。冷却器上装有两个风机，冷空气在风机的作用下，由电机上部两侧的入风口经过线圈端部，冷却了定子线圈端部后进入轴筋与转子内圆间的空腔及定、转子间气隙，再经过转子通风沟及定子通风沟，冷却了转子及定子铁心和绕组，由电机上部的出风口排出并经过水冷却器和风机而形成一个密闭循环的冷却系统。冷却器的下方设有漏水装置并带有检漏水报警器。

结论：

此次电机设计在借鉴过去生产过的变频调速异步电动机设计的基础上，结构方面有很大改进，提高了电动机的稳定性，并根据变频电源调速特性，为满足过载要求做了电磁方案的优化，比同类型电动机负荷和温升留有裕度，电机运行起来安全、可靠。