无刷双馈电机转子线圈及工装的设计

2019-09-17竺东杰

上海电气技术 2019年3期

竺东杰, 智刚

武汉扬华电气股份有限公司武汉 430205

1 设计背景

无刷双馈电机转子的特点之一是无需配套刷握和滑环等装置,这一优势使系统具有较高的可靠性。目前,无刷双馈电机正逐步应用于各个领域[1-6]。对于无刷双馈电机转子的硬绕组成型线圈[7],在试制或小批量生产阶段一般通过简易工装来制作。笔者以YWS560L-8型630 kW无刷双馈电机转子为例,设计了两种转子线圈和相应的工装。

2 转子线圈特点

按照技术任务书给定的技术数据及结构形式,无刷双馈电机转子采用硬绕组成型线圈。考虑转子大电流及谐波的影响,同时考虑制造设备条件,制订了双单匝混合成型转子线圈方案,这样可以大大降低匝间绝缘的风险。通过对YWS560L-8型630 kW无刷双馈电机电磁方案、绕组形式进行分析,设计了同心式和叠绕式转子线圈。两种结构转子线圈的优缺点见表1。

表1 两种转子线圈优缺点

3 转子线圈制作流程

转子线圈在制作时,首先要确保线圈的成型质量,以便于顺利嵌线。为了减小铜线的内应力,克服线圈的硬化变形,转子线圈制作的基本流程为:先进行扁铜线退火处理,转送拉直下料机校直,然后利用转子敲型工装使线圈成型,最后对成型线圈包绕绝缘[8]。

4 同心式转子线圈设计

4.1 结构

同心式转子线圈无层间绝缘,槽的利用率高,散热好,便于嵌线,能节省端部的接线空间[9]。同心式转子线圈的结构如图1所示,其直线段处于铁心槽同一层,互相之间不需要上下换位,因此端部所占空间小且排布规整。

4.2 相应工装

通过分析同心式转子线圈,设计了一套相应的工装。工装结构如图2所示,主要包括机架、圆筒、内撑板、定位胎板等。从人体工程学的角度考虑,为了方便人工操作,将工装整体高度控制在900～950 mm之间。

图2 同心式转子线圈工装结构

工装的机架由槽钢和角钢拼焊而成。圆筒由钢板辊圆后按内撑板外圆整圆,并与内撑板焊为一体,然后车外圆至所需尺寸。在圆筒顶端划圆筒母线,使定位键中心线与之对齐。焊接定位键两端,注意离定位键两端100 mm内不得施焊,使卡板可按定位键两端定位。定位胎板使用标准键钢,依靠卡板定位,其中窄边贴圆筒,使敲型时扁铜线略微高出。在内侧合适位置点焊两侧直线段定位胎板,点焊间隔为100～150 mm。直线段定位胎板点焊完毕后,分别从左右两端脱开卡板。

端部键钢按圆筒外圆尺寸弯弧,然后在其内侧点焊、固定。按同样方法从内向外在每层胎板内侧点焊完毕,将不平整处打磨平整。最后,机架与圆筒部分按要求焊接牢固。

4.3 成型及绝缘处理

扁铜线经拉直下料机校直备用,线圈成型以胎板定位,从内侧小圈开始向外侧大圈敲型,边敲边用夹钳夹在合适位置,起固定和防止回弹的作用。在直线段与端部过渡处,转动工装,使用专用工具将扁铜线沿宽边扳折。

线圈敲型后表面可能有利边和毛刺,必须提前处理再包绝缘。将线圈放置在专用搁线架上,先半叠包一层少胶云母带,再半叠包一层亚胺薄膜[10-11]。为了增加线圈挂漆量,并且避免在嵌线时擦破绝缘,从端部出铁心10 mm处开始半叠包一层聚酯纤维带。

5 叠绕式转子线圈设计

5.1 结构

叠绕式转子线圈制作简单,嵌线方便,电气强度高,破压、击穿事故少。如图3所示,线圈的头线位于下层,头线侧线圈出铁心槽口后的走势为径向向下稍下沉,然后向上抬起,这需要依靠敲型垫块来保证。在非接线端,线圈的头线和尾线全部一次弯弧成型。在接线端,除每组线圈首尾两处外,其余同样使用接头。

图3 叠绕式转子线圈结构

根据嵌线分析情况,设定上下层线圈的位置。结合直线段的位置,可用描点法初步绘制出线圈样线模型。按照转子接线图阵列样线,检查有无干涉。若干涉明显或间距小于5 mm,则考虑重设接头的位置,或调整修改样线描点值,直至满足要求[12]。

5.2 相应工装

叠绕式转子线圈相应工装如图4所示,可用于制作叠绕式转子线圈。跨距定位板和角钢用于确定线圈的跨距和高度差。敲型垫块用于确定线圈的角度和端部弧形。敲型垫块是由线圈端部三维模型倒放出来的,高度还原底边形状,因此无需反复修整,加快了工装的制作进度,节省了试线时间。为了更好地定位线圈,敲型垫块上焊有弧形挡板。工装实物如图5所示,增加了四块搁挡片,焊接在角钢上,便于压铁放置和压紧线圈快速就位。