Y560—21600kW 11kV工P23二极异步电动机设计与研制

朱雪健 王宇峰

摘要：本文讨论了Y560-2 1600kW 11kV IP23二极异步电动机设计与研究，围绕着设计过程中主要部件进行了分析研究，为今后二极异步电动机的设计积累了经验。

关键词：二极异步电动机；挠度；临界转速；振动；

1问题的提出

二极异步电动机广泛应用于石油、化工、煤炭、电站、冶金等行业，为风机、水泵提供必要的动力。

笔者接到产品设计任务，为某电厂引风机设计配套Y560-2 1600kW11kV IP23电动机，由于二极电机转速较高，更易产生异常振动等现象，对电机和生产带来了严重的影响，这就首先要求合理设计结构，满足电机安全稳定运行要求，提高生产效率。

2电动机的基本技术参数

2.1电动机额定参数及结构特点

额定功率：1600kW；

额定电压：11000V；

额定电流：96A；

额定频率：50Hz；

额定转速：2982r/min

绝缘等级：F级

防护等级：IP23

冷却方式：IC611；

结构及安装型式：IMB3；

3依据标准：GB755《旋转电机定额和性能》

该产品采用箱式焊接结构，端盖滑动轴承，具有外形美观，噪声低、振动小，高效节能，运行稳定，安装、维护方便等优点。电动机绕组绝缘结构所采用的材料在电机温升作用下，其绝缘性能将逐渐变坏，而当温度升高到一定程度时，绝缘材料的绝缘特性会被迅速破坏，最后甚至失去绝缘能力。因此，为了获得经济的使用寿命，该电机的定子线圈绝缘采用F级绝缘，提高了整个电机的绝缘水平，有利于延长电机的使用寿命。Y560-21600kW 11kV IP23异步电动机额定转速为2982r/min，转差率为0.6%。对于如此高转速的异步电动机，其转子结构机械设计要求很高，如何满足这一要求成为设计的关键所在。

3.1转子结构设计

转轴是电机中最重要的零部件之一，二极高速电机的转轴设计更是非常重要。在转子设计中，为了满足高转速下机械强度的要求，并改善异步电动机的特性，轉子材质一般为45号锻钢（见图1），并且为了有足够的强度、刚度还要作正火、回火、或调质等一系列的热处理。另外个别截面要有足够的强度，在正常负载及规定的特殊情况下（如突然短路等），转轴不能产生残余变形或损坏。转轴的挠度必须在电机气隙的10%范围内，还有临界转速与工作转速问应有足够的差值，以免发生共振。下面就挠度和临界转速的计算作详细说明。

3.1.1挠度计算

计算转轴挠度，不外乎采用两种方法：作图法及分析法。作图法，需要制作转轴的弹性线，从弹性线上按照某种尺寸比例，可以得出任何一点的挠度，此法准确度很高，但应用此法会耗费大量时间。实际上通常只需知道转子铁心安放位置上中点的转轴挠度即已足够。计算这一点挠度的最简易方法是分析法。该方法花费时间少，还可避免可能的误差，现在已经用计算机来完成此操作，所以在电机设计转轴计算时，分析法得到了广泛应用。经计算Y560-2 1600kW 11kV IP23电机b点挠度结果见图一

3.1.2转轴的临界转速

除了对轴的挠度计算外，还应对电机转子固有振动特性进行分析，即主要计算转轴的临界转速，轴自己横向振动的周率不应与转子旋转轴速度一致。一般情况下，仅考虑单边磁拉力作用于转轴，有一个负荷在铁心中部时的影响，苴临界速度可表示为

在普通电动机的设计中，按照机械计算公式，当转轴的挠度小于气隙的10%时，临界转速一般都能高出额定转速的30%，这样的轴，称之为刚性轴。而对于二极异步电动机，也有采用柔性轴（即一阶临界转速低于额定转速）。本文所述电动机也采用了刚性轴的设计理念，使其一阶临界转速高出额定转速的30%。

在电机结构设计上，缩短机座长度，并调整档位使分布更合理；端盖滑动轴承采用B型轴承；

3.2转子冲片的设计

二极电机由于转子冲片的内径较小，对转轴的强度要求又很高，所以二极电机不安装辐板，而是在转子冲片上加工通风孔（图2），使通风孔叠压后形成的管道与转子的通风槽管连通，靠通风槽管旋转来冷却电机，由于二极电机的转速较高，其冷却的效果也可以满足电机的要求。本机在此基础上，缩小转子通风孔孔径，缩小通风孔定位直径，降低冲片应力；取消键槽改用热套方式，使转子铁芯与转轴过盈量均匀，受力均匀。冲片应力计算结果见图二：

3.3其他结构上的设计

增加壁板和通筋，加固机座；转子端板加厚，防止转子铁芯弹开过大；增加弧键、保护环防止转轴轴向窜动；

4结语

电机主要性能参数设计值与试验值的对比

由上表可见，该严品性能指标满足标准要求，电机如期合格出厂。该电机电磁设计及结构设计是成功的，为今后设计制造高效低噪三相异步电动机积累了经验。

综上所述，通过以上设计电机结构可以有效的降低电机振动的概率，但是引起二极电动机振动原因是多方面的，我们在设计时要注意以上的几点注意事项，并且严把机械加工和装配，控制各个工序，就可以在源头消除振动，可以大大地减少由于电动机振动带来损失。