高压绕线转子三相异步电动机设计

张东宇，谭德明，张胜男

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002)



高压绕线转子三相异步电动机设计

张东宇，谭德明，张胜男

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002)

介绍了YR 630-6 2500kW高压绕线转子电机总体设计规则及该电机的主要技术参数。并从电磁设计、结构设计两个部分详细介绍了电机设计方案，通过实验列出了主要试验性能参数。

YR 630-6 2500kW；高压绕线转子；设计分析

0 引言

YR 630-6 2500kW高压绕线转子三相异步电动机是我公司为埃及某水泥厂项目研发的全新电机。我们设计的构思是继承和创新相结合自主研发。把以往产品设计、制造方面积累的较成熟的经验应用于该产品结构上，改进结构，采用理论来保证设计的合理性，最终完成了此次设计。

1 总体设计规则

(1)设计的主要依据是GB 755 《旋转电机 定额和性能》、GB/T 13957 《大型三相异步电动机基本系列技术条件》、GB/T 1032 《三相异步电动机试验方法》以及和用户签订的技术协议。

(2)在满足产品性能和顾客要求的前提下，尽量采用本厂已有工装设备及常用材料，以降低产品造价和制造周期。

(3)方案设计中充分考虑了产品的系列化、标准化和通用化，提高了设计的继承性，在满足客户技术要求的基础上，力求节约原材料。

(4)为满足客户对产品的实际要求，该产品的安装尺寸严格按照技术协议的规定设计。

2 设计分析

2.1 电磁设计

电磁设计方案是根据设计用户要求，并考虑制造运行的经济合理性和可靠性，确定电机的电磁负荷以及与电磁性能相关的有效部分尺寸。包含电机的定、转子冲片和铁心尺寸及绕组数据等。选定材料并核算电磁性能和有关参数。电磁方案经过多次优化设计，各项数据兼顾合理。

(1)电机槽配合：72/90。

(2)定、转子冲片材质：50W350冷轧硅钢片。

(3)定子线圈节距：10，转子线圈整距：14，转子线圈短距：13。

(4)定子线圈F级绝缘，主绝缘2.6mm，匝间绝缘0.4mm，少胶整浸。

(5)定子Y接，转子Y接。

2.2 电机主要技术参数

额定功率2500kW；额定定子电压6000V；额定定子电流293A；转子开路电压2021V；额定转子电流734A；额定频率50Hz；额定转速994r/min；效率96.7%；功率因数0.85；最大转矩倍数2.5；冷却方式 IC01。

2.3 结构设计

2.3.1 总体结构

电动机为箱式结构,安装方式IMB3。主要由定子、转子、冷却器、轴承装配、主接线盒、辅助接线盒、滑环刷架系统等零部件组成。机座采用钢板焊接，定子采用外装压结构，有绕组定子铁心VPI整浸；电机主电源接线盒位于机座中间位置，测温接线盒、加热器接线盒位于非轴伸端；电动机顶部带上罩。电机整体外形图如图1所示。

图1 电机外形图

2.3.2 通风结构

电动机主体防护等级IP23、滑环罩防护等级IP23。冷却方式为IC01，采用径向通风结构，电机冷却风路及内部结构如图2所示。

图2 电机冷却风路及内部结构

2.3.3 定子

定子采用外装压结构，主要由有绕组定子铁心和机座等部件组成。

2.3.3.1 机座

机座为钢板焊接的方箱结构。由端板、挡风板、环筋板、侧板、顶板、底脚板、底板等零件组成。机座两侧端板厚度为40mm，挡风板厚度为16mm，两侧环筋板厚度为40mm，中间环筋板厚度25mm。为了充分发挥侧板的作用，提高支撑刚度，机座侧板采用钣金折边结构。各端板与各环筋板间采用支撑板及圆钢进行支撑，以保证机座轴向刚度。机座结构图见图3。

图3 机座结构图

2.3.3.2 定子铁心

定子铁心由定子冲片、定子筋、定子压圈、定子端板、定子通风槽板组成。通过8根定子筋圆周均布与定子压圈、定子冲片、通风槽板焊接成一个整体。铁心长度为900mm，包括14个通风道，定转子铁心通风道对齐。每个通风道宽度为10mm。叠压系数不小于0.97，叠片公差不大于0.1，冲片齿部弹开量不大于2mm。定子铁心两端出槽口处需手工倒角，避免下线及电机运行时损坏线圈绝缘。

2.3.3.3 定子绕组

电机定子绕组采用对称的三相双层叠绕组，为消除电机磁场的5次、7次谐波，电机线圈节距采用极距的5/6，即节距为10。定子线圈采用成型线圈，有绕组定子铁心端部采用软端箍绑扎固定。

2.4 转子

转子结构采用为径向通风结构，由转子铁心、支撑环、转子线圈、极间连线、中线、转子引接线、内风扇、集电环-刷架等组成，具体转子结构如图4所示。

图4 转子结构图示意图

2.4.1 转子铁心

转子铁心由转子冲片、转子通风槽板、转子端板、转子压圈等零部件组成，采用冷压热穿的方式。转子冲片外径直接冲制而成，转子外径不加工。为减小铁心齿外胀，保证铁心的装压质量，转子端板采用10mm厚钢板铣齿。通风槽板为1mm厚酸洗钢板，通风槽钢为4×10通风槽钢。

2.4.2 轴

电机轴采用焊筋轴结构，轴材质采用锻钢35；轴上带有应力释放槽，可以保证在轴上焊筋时，焊接应力在此处释放掉，避免轴的应力变形造成轴断裂；辅板采用3块70mm、3块30mm厚钢板在轴上均布焊接；

2.4.2.1 临界转速及挠度计算

由于此次设计电机轴承距较大，为防止转子固有频率与旋转频率相近，引发电机共振，导致电机不能正常运行，需要对电机临界转速及轴的挠度进行计算。从表1中可以看出电机的临界转速与同步转速的比值大于1.3倍，挠度对气隙的百分比小于10%，因此电机的临界转速及挠度合格。

表1 电机轴临界转速及挠度计算表

2.5 轴承结构

此次电机轴承结构采用我公司H710系列滚动轴承结构、三轴承结构。伸端轴承为6044/C3+NU1044，非轴伸端轴承为NU1044，轴承全部为轻系列轴承。为防止轴电流电蚀轴承，非轴伸端轴承套采用绝缘轴承套。伸端柱轴承寿命计算值为：基本额定寿命20万小时，完全满足使用要求。

2.6 上罩

上罩采用径向通风结构。上罩由壁板、底座、隔板、导风板、百叶窗等组成。侧板为4mm钢板Q235A，其余板材均为3mm钢板Q235A。上罩设计时，百叶窗预留了足够的进、出风口，保证电机温升。上罩结构图如图5所示。

图5 上罩结构图

2.7 滑环刷架系统

滑环刷架系结构为开启式，带风扇。内部风路为从滑环罩一侧的百叶窗进冷空气，经滑环刷架和风扇后从一侧排出。导电杆直接穿过滑环风扇座，与轴孔内的引出线连接。滑环刷架结构图如图6所示。

图6 集电环-刷架系统

3 试验结果

主要性能试验结果如表2所示。

表2 电机试验数据

4 结语

YR 630-6 2500kW高压绕线转子电机进行了全部的型式试验及出厂试验测试，全部性能参数满足协议要求并优于设计值，证实了设计与分析的准确性。该电机的成功试制，将为高压绕线转子提升功率档设计提供可靠的技术支持。

[1] 倪春梅,邓宏伟,任志强.YR系列绕线型三相异步电动机的双出轴设计.建筑与文化，2013.

[2] 陈世坤.电机设计.北京：机械工业出版社，1982.

[3] 汤蕴璆，史乃.电机学.北京：机械工业出版社，2008.1.

[4] 刘斌，申群太.异步电机直接转矩控制磁链模型切换的研究.防爆电机，2005.2.

Design of High-Voltage Wound-Rotor Three-Phase Induction Motor

ZhangDongyu,TanDeming,andZhangShengnan

(Jiamusi Electric Machine Co ., Ltd ., Jiamusi 154002, China)

This paper introduces general design rules and main technical parameters of YR630-6 high-voltage wound-rotor motor with rated power of 2500kW, describes the design scheme from two aspects of electromagnetic design and structural design in detail, and lists main experimental performance parameters.

YR630-6 2500kW；high-voltage wound rotor；design analysis

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.06.04

TM343+.2

A

1008-7281(2016)05-0011-003

张东宇 男 1985年生；毕业于哈尔滨理工大学电机专业，现从事风力发电机及高压电机研发设计工作.

2016-06-30