YXKK400—46kV超高效三相异步电动机的设计与研制

张腾雨 黄丽芹 泰豪

摘 要：文章讨论了YXKK400-4 6kV超高效三相异步电动机的设计研制过程。围绕着设计过程中各个部分进行了分析设计，为今后设计制造超高效三相异步电动机奠定了基础。

关键词：超高效三相异步电动机；异形铜排；设计；研制

1 概述

YXKK三相异步电动机广泛应用于工业、农业、国防、公共设施及家用电器等各领域中的机械装备、风机、水泵、压缩机、冶金、石化、纺织、造纸、交通、建筑、矿山、食品等行业。目前，电动机的用电量平均占世界各国总用电量的40%以上，占工业用电量的60%以上。我国是亚洲第一大电力消耗国，也是世界上目前缺电最为严重的发展中国家，从1992年起我国的年发电量和用电量均居世界第二位，而其中60%以上的电能被用于驱动电机运转。因此，电动机能源效率水平的提高对于我国能源节约、环境保护以及资金节约均具有重要意义，并且随着节能减排意识的增强，超高效电动机的制造迫在眉睫。

2 YXKK400-4 6kV超高效三相异步电动机的设计过程分析

2.1 总体设计

超高效电动机的设计要点是降低各项损耗，提高电动机效率，增大铜排的截面积，高定子槽满率；提高制造精度，缩短线圈端部长度，加强冲片和定子铁芯的制造质量，从而减少铁耗和激磁电流及其引起的铜耗；改善转子槽绝缘工艺，降低负载杂耗；合理选择槽配合和硅钢片的牌号，降低铁损和定子铜耗。

2.2 结构设计

2.2.1 定子

定子由定子铁芯、定子线圈、机座、定子测温元件、接线盒和空间加热器等部分组成。

（1）定子铁芯。定子冲片采用50W350优质冷轧电工钢片做导磁材料，解决了热轧硅钢片因厚度不均，铁芯迭压后出现较大偏差的问题，又减少了铁耗，降低了振动和噪声；并利用Ansys分析每段风道的风压风量设计合理的通风道分布及风道数量，严格的控制电机风摩耗。（2）定子机座。定、转子及冷却器等都装在机座上面。它需要承受扭转负荷，轴的弯曲应力和电机本身重量，为满足这些要求，机座设计成由底脚板及壁板组成的钢板焊接而成的箱式机座，加强了机座整体的强度，使电机能安全稳定的运行。机座内部采用圆筒状的导风装置，转子风扇产生的风可集中顺着圆筒状导风装置引入铁芯，起到了导流的作用，减少了风量流失，加大了铁芯散热的风压，提高了电机的散热效果。（3）定子绕组。定子绕组材料采用薄膜绕包铜扁线GLEMB-155/0.4-YN，采用較短的铁芯长度和合理的线圈线规，一方面提高了铁芯的散热能力，另一方面降低硅钢片、电磁线和部分钢材等材料用量，节约成本。整个定子采用VPI真空加压浸漆工艺，绕组端部和直线部位固化成整体，增加线圈的机械强度，浸渍漆充分占满槽内空间，提高散热性能，最后绕组端部表面喷环氧敷盖漆。

2.2.2 转子

转子主要由转轴，转子铁芯、内风扇等部分组成，如图1所示。

（1）转轴。转轴采用35#锻钢，轴上焊接6根辐板，材料为Q235B碳素钢。（2）铜排。转子采用异形铜排转子，具有比传统铸铝转子更小的损耗，提高了整体效率；不仅拥有普通矩形铜排损耗小的优点，而且能保证满足用户对电动机起动的要求。（3）转子铁芯。转子采用鼠笼式结构，采用50W350优质冷轧电工钢片，质量好，单位铁耗小。转子铜排装入转子铁芯后，采用风镐涨紧技术，并与端环通过中频焊机进行焊接，防止电机运转过程中造成导条断裂和窜动，焊接牢固，保证此电机安全可靠运行。（4）后倾角风叶风扇。将电机内、外风扇叶片设计成后倾式结构，使风扇进、出风口角度为35°，在满足电机散热所需风量和风压的前提下，降低了机械损耗，提高电机效率，同时也降低电机由于风扇旋转引起的空气动力噪声。

2.2.3轴承

轴承采用国产轴承，轴承牌号为轴伸端NU324M/C3，非轴伸端6324M/C3。轴承测温元件采用WZPDA-3G。润滑油采用L-XBCHA3锂基脂进行轴承润滑，为了防止产生轴电流，在非轴伸端进行绝缘处理。

2.2.4 通风系统

空-空冷却器由钢板和冷却钢管焊接而成。冷却器内分布一定数量的冷却管，由内风扇将电机内部热气流吹入冷却器内部，通过热传递使热量被冷却管内的冷空气吸收，外风扇推动冷却管内冷空气流动，从而完成散热的过程。进、出风温差15°C左右，起到散热的作用。

2.2.5 通风系统

电机采用两端对称进风的径向通风系统。在电机转子铁芯左右两端各装有一个后倾式风扇。它将电机内部热气流经过电机中心吹入到冷却器内，经过冷却器的冷却后，将热量带走，再由冷却器两侧进入电机内部。冷却器内分布一定数量的冷却管，由外风扇推动冷却管内部气体流动，从而完成流动散热的功能。使各部的温升能较均匀地分布，从而降低最高局部温升，提高绝缘寿命，同时提高电机的使用寿命。

3 结束语

如表1所示，本产品的效率为95.2%，同等级异步电动机效率93.5%，按照平均每年工作8000小时，工业用电1.0元/千瓦时计算，该产品每年节约用电（95.2%-93.5%）×400×8000=54400千瓦时，节约用电成本1.0×54400=5.44万元，年可节约用电5.44万千瓦时左右，相当于节约标准煤11.5吨，减少二氧化碳排放量25吨。

随着节能减排意识的增强，可见超高效电机制造的必要性。这次YXKK400-4 6kV超高效三相异步电动机的设计、制造，为今后该类电机的设计起到重要作用。

参考文献

[1]秦和.关于降低异步电机负载杂耗 提高效率的试验研究[D].上海电器科学研究所，1983.

[2]陈世坤.电机设计[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]梁宝贵，杜洪伟.高效电机用硅钢片探讨[J].防爆电机，2010，1（1）：45-152.