后置风扇高压绕线转子三相异步电动机的设计

(上海电气集团上海电机厂有限公司，上海 200240)

0 引言

根据用户的需求，设计了YRKK 450-4 630kW高压绕线转子电机，用于替换同等中心高的YKK电机，因此在C尺寸上有所限制，由于YRKK电机风扇后置较难实现，最初我们为用户提供了冷却方式为IC616的方案。但由于用户现场条件的限制，不能增加电机冷却风机的电源，因此只能将电机外风扇布置在电机非轴伸端(后置)，与滑环放在一侧。为了实现该设计方案，我们对风扇和滑环的结构布局以及装配方法进行了合理设计。

1 设计参数

电动机的电气性能根据用户的性能要求，在现有工艺水平的基础，结合以往产品的试验结果，最终确定电机的热负荷、定转子冲片尺寸、铁心长以及绕组的相关数据。

(1)冲片三圆：φ740/φ475/φ240

(2)槽配合：60/48

(3)定转子冲片材质：50W600

(4)接法：定子Y接/转子Y接

(5)槽型选择：定子开口槽、转子半闭口槽

(6)热负荷：1500

2 结构设计

电机的结构设计是在满足用户的使用要求、安装尺寸的前题下，根据电磁参数确定的机械结构。要考虑到零部件的通用性、装配的合理性。

2.1 总体结构

安装方式为:IMB3，外壳防护等级为IP55、集电环部分防护等级为IP23。电机整体结构图见图1。

图1电机整体结构

电机采用方箱机座型式、带空-空冷却器，定、转子各设独立接线盒，同时设置辅助接线盒(定子测温、轴承测温装置、定子加热器)。

2.2 通风结构设计

内风路采用径向通风形式，由内风扇及转子铁心通过离心作用对电机内腔空气进行扰动形成压力差致使其流动，空气经由内风扇、转子铁心到达定子铁心及绕组，对铁心进行冷却，与铁心及绕组进行热交换后变为热风进入冷却器内，热风经过冷却器风换热后变成冷风，冷风到达冷却器顶部后在冷却器挡板限制下分别向电机伸尾端流动，流经电机挡风板，再到达内风扇及转子铁心，形成对称循环风路，对定、转子进行冷却；外风扇将冷风送到冷却器铝管内，与内风路交换热量，达到冷却作用，同时考虑到碳粉对环境的污染，因此将外风路与滑环腔隔离。电机风路图见图2。

图2电机风路图

2.3 定子结构

定子采用外装压结构，主要由机座和有绕组定子铁心等部件组成。

2.3.1 机座

机座为钢板焊接的方箱结构，由壁板、挡风板、环筋板、侧板、顶板、底脚板、底板等零件组成，机座两侧壁板厚度为30mm，挡风板厚度为8mm，两侧环筋板厚度为30mm，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。机座上方用撑板支撑，起加强机座轴向刚度的作用。机座结构效果图见图3。

图3机座结构效果图

2.3.2 定子铁心

定子铁心由定子冲片、定子筋、定子压圈、定子通风槽板组成，通过8个定子筋圆周均布与定子冲片、通风槽板和定子压圈焊接成一个整体。定子铁心包括11个通风道，每个通风道宽度为10mm，将定子铁心平均分成12段。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。定子铁心结构图见图4。

图4定子铁心结构图

2.3.3 定子绕组

定子绕组采用双层叠绕形式。在绕组上下层线圈之间，均匀埋设6点测温原件铂热电阻Pt100，用于绕组温升的监测。

2.4 转子

转子采用焊筋轴结构，由转子铁心、中性环、转子线圈、内风扇、集电环等零部件组成，转子结构图见图5。

图5转子结构图

2.4.1 转子铁心

转子铁心分段长度与定子铁心相同，以保证定转子通风道的对齐。转子铁心采用冷装热压的方式，保证转子槽形整齐，方便转子线圈的嵌线。冲片外径直接冲制而成，转子外径不加工。转子铁心装压后用弧键焊接定位。

2.4.2 转轴

转轴采用焊筋轴结构，轴材质选用35#钢，辐板材质选用Q235A，6块辐板均布。引线位置处钻有6×φ32mm圆周均布的斜孔用来出线，轴尾端钻有φ70mm圆孔，用于引出转子引线。

2.4.3 转子绕组型式

转子绕组采用双层成型波绕组，转子线圈一头弯型，线圈下到转子槽内后，另一端打弯整型，线圈与线圈之间用并头套连接，并用中频焊焊牢。接线方式为中线环、转子引接线分别位于位于铁心的两端。转子绕组采用乙类接线，转子接线图见图6。

图6转子接线图

2.4.4 滑环

为保证产品质量，滑环整体采购，滑环刷架系统结构见图7。

图7滑环刷架系统

2.5 轴承装配

电机采用三轴承结构，轴承型号如下

轴伸端：NU226+6226

非轴伸端：NU224

2.6 冷却器

电机冷却器由冷却器厂家设计，满足换热功率及安装尺寸即可。

2.7 装配关系的确定

为了满足产品的工艺性，保证其装配关系合理，将外风扇及风扇罩布置在电机与滑环之间，滑环布置在电机的轴尾端，风扇罩与过渡法兰用不同螺杆定位，既可以保证电机转子电缆与滑环的安装，避免转子电缆二次穿线，又能相对减小电机的轴向尺寸，使结构更加紧凑。装配时，先安装风扇罩，将螺杆穿过风扇罩用以固定过渡法兰，最后将滑环罩安装在过渡法兰上。需要注意的是：风扇罩内孔尺寸要大于风扇外径，过渡法兰内径要大于滑环外径。滑环等零部件装配关系示意图如图8所示。

图8装配关系示意图

3 结语

YRKK 450-4 630kW绕线转子三相异步电动机进行了型式试验，性能指标均满足用户要求。由于电机滑环后置，因此在设计过程中与常规YRKK电机相比难度较大，需要充分考虑滑环与外风扇的位置关系和装配关系。本次电机的设计过程中，在利用现有产品的前提下，与滑环厂家充分沟通，保证了电机装配的合理性。在非标准电机的设计过程中，需要设计人员创新的实践，才能实现产品的更新换代。

[1] 汤蕴璆，史乃.电机学.北京：机械工业出版社，2003.

[2] 陈世坤.电机设计(第二版).北京：机械工业出版社，2000.

[3] 濮良贵，纪名刚.机械设计(第八版).北京：高等教育出版社，2006.

[4] 闻邦椿.机械设计手册.第3卷(第5版).北京：机械工业出版社，2010.