４４００ｋＷ大型變頻異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明

宋　雨

摘要：本文闡述了大型變頻異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，并對(duì)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子，軸承及通風(fēng)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī)；定子；轉(zhuǎn)子；軸承

設(shè)計(jì)依據(jù)：

此電機(jī)為熱帶軋機(jī)調(diào)寬壓力機(jī)(ssP)主傳動(dòng)交流調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)規(guī)格，性能指標(biāo)及參數(shù)的確定是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)G B755-2000旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能及IEC34標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議對(duì)電動(dòng)機(jī)的具體要求，并結(jié)合以往同規(guī)格設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了電動(dòng)機(jī)的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)選出方案如下：

電磁設(shè)計(jì)說(shuō)明：

本電機(jī)為交直交變頻電源供電的變頻調(diào)速籠型異步電動(dòng)機(jī)，0～607r／min為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。定子采用扇形沖片，轉(zhuǎn)子采用整圓沖片，定、轉(zhuǎn)子槽配合及線圈節(jié)距的選擇是按6極籠型異步電機(jī)最常用的方案，此方案有利于抑制高次諧波和避免電磁振動(dòng)及噪聲。定、轉(zhuǎn)子沖片均采用高導(dǎo)磁的50W620冷軋硅鋼片，可以降低勵(lì)磁電流，減小鐵心損耗，電機(jī)定子電密為3.63A／mm2，定子齒、軛磁密分別為1.69T和1.63T，線負(fù)荷和熱負(fù)荷分別為730A／cm和2638。

電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)說(shuō)明：

電機(jī)采用臥式安裝布置的方式，電機(jī)中心高為900mm(不含底板高度)。電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子，兩個(gè)軸承、底板、水一空冷卻器等零部件組成。本電機(jī)采用上水冷，帶風(fēng)機(jī)強(qiáng)制循環(huán)通風(fēng)冷卻的方式，提高電機(jī)散熱效率。電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)軸伸端，一端為主傳動(dòng)端，與機(jī)械負(fù)載相聯(lián)接-電機(jī)的非傳動(dòng)端用于安裝測(cè)速編碼器，便于監(jiān)測(cè)及控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。主傳動(dòng)端軸承為280端蓋式滾動(dòng)軸承，并在該軸承上裝有一個(gè)接地電刷；非傳動(dòng)端軸承同為280端蓋式滾動(dòng)軸承。當(dāng)把定子、轉(zhuǎn)子安裝完成后，再將冷卻器裝在定子上部，并將電機(jī)本體固定到底板上即完成整臺(tái)電機(jī)的安裝。此外，在電機(jī)的底部裝有電壓為380V，頻率為50Hz，功率為1.5kw三相空間加熱器，防止產(chǎn)生凝露降低電機(jī)的絕緣電阻。

定子結(jié)構(gòu)：

定子鐵心采用扇形沖片，沖片厚度為0.5mm，材料為50W600冷軋硅鋼片，定子鐵心徑向通風(fēng)溝寬為8mm，采用內(nèi)外機(jī)座結(jié)構(gòu)方式，即定子扇形片在內(nèi)徑加工完成的內(nèi)機(jī)座內(nèi)疊片，裝入上壓板后在油壓機(jī)上按預(yù)定壓力將鐵心壓到設(shè)計(jì)尺寸，然后將上壓板與內(nèi)機(jī)座焊牢，并將內(nèi)機(jī)座圓周12根筋全部與鐵心焊牢，使鐵心具有足夠的剛度，然后再精加工外圓。完成定子鐵心裝配后，將定子線圈嵌入鐵心。在絕緣易破損的部位，加強(qiáng)繞組端部及端部引線的綁扎固定，根據(jù)電機(jī)定子線圈端部伸出長(zhǎng)和電機(jī)短路時(shí)的磁壓降等選擇端箍數(shù)量和支撐方式。為了加強(qiáng)定子繞組端部(斜邊)承受軸向電動(dòng)力的強(qiáng)度，對(duì)斜邊墊塊除了規(guī)定切向固定方式外，還提出了斜向固定方式，用熱脹材料將繞組斜邊間隙塞緊，在繞組鼻部線圈的上下層之間增加滌玻填充管，這樣使得在繞組進(jìn)行無(wú)溶劑真空整浸(VPI)時(shí)，這些特殊材料在受熱及浸漆時(shí)，充分膨脹并固化，從而使繞組端部成為一體，同時(shí)還具有一定的彈性來(lái)抗拒沖擊力。為了加強(qiáng)定子繞組鼻部的固定，在線圈鼻部?jī)?nèi)圈處增設(shè)軟端箍。極間連接線采用銅環(huán)結(jié)構(gòu)，相內(nèi)連接線之間用編織絕緣繩連接固定，提高連接線的剛度，減少受到的振動(dòng)和電動(dòng)力。整個(gè)繞組鐵心要經(jīng)VPI無(wú)溶劑真空壓力浸漆處理。

外機(jī)座加熱，將繞組鐵心裝入外機(jī)座。內(nèi)外機(jī)座均設(shè)有2道環(huán)板以提高定子整體剛度，內(nèi)外機(jī)座均須經(jīng)退火噴砂等消除內(nèi)應(yīng)力處理。定子采用Y形連接，在定子繞組內(nèi)共埋設(shè)了6支(單支三線)鉑熱電阻并按圓周均布，用來(lái)檢測(cè)定子線圈和定子鐵心的溫度。定子線圈為雙層疊繞組，定子線圈截面橫向則采用兩排銅線并繞結(jié)構(gòu)。定子絕緣選用我廠專門為變頻電機(jī)設(shè)計(jì)的適3300V這一電壓等級(jí)的絕緣系統(tǒng)，主絕緣采用國(guó)產(chǎn)F級(jí)環(huán)氧聚酯薄膜玻璃粉云母帶，由于采用了新材料，絕緣厚度相對(duì)減薄了。

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：

電機(jī)的轉(zhuǎn)子是完成電能到機(jī)械能的關(guān)鍵執(zhí)行部件。轉(zhuǎn)子為鼠籠型轉(zhuǎn)子，主軸材料采用鍛鋼20SiMn，此種材料機(jī)械性能及焊接性能均佳。主軸結(jié)構(gòu)采用焊筋結(jié)構(gòu)，經(jīng)退火噴砂等消除內(nèi)應(yīng)力處理。焊縫采用磁粉探傷等檢查措施，以保證軸的焊接質(zhì)量。轉(zhuǎn)子沖片采用0.5mm厚的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片50W600沖制而成。轉(zhuǎn)子通風(fēng)槽片采用鉚焊加點(diǎn)焊方式焊接到轉(zhuǎn)子通風(fēng)槽板上。為保證轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度，轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)圓與軸筋采用熱套結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條為矩形拉制紫銅條，端環(huán)采用紫銅整圓鍛件。為防止機(jī)械沖擊引起斷條，銅條在鐵心上采用脹緊技術(shù)，轉(zhuǎn)子銅條與端環(huán)之間采用中頻焊接技術(shù)的銀銅焊接，這樣可保證焊接質(zhì)量和導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。

異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用拉制的矩形紫銅條T2。端環(huán)與導(dǎo)條的焊接采用中頻焊技術(shù)，焊接過(guò)程一次短時(shí)間內(nèi)完成，使焊接即牢固，又不使導(dǎo)條端部及端環(huán)退火，保證了導(dǎo)條及端環(huán)的機(jī)械性能，有利地防止了導(dǎo)條和端環(huán)開(kāi)焊以及斷條事故的發(fā)生。另外，導(dǎo)條分段漲緊技術(shù)的采用，使導(dǎo)條與鐵心保持一定的緊量，進(jìn)一步防止了斷條事故的發(fā)生。

軸承結(jié)構(gòu)：

本電機(jī)的軸承為端蓋式滾動(dòng)軸承。兩端軸承均選用SKF公司制造的內(nèi)徑為280球面滾子軸承，型號(hào)為23056CC／W33／C3。該軸承具有承載能力大可調(diào)心特點(diǎn)，軸承計(jì)算壽命都在15萬(wàn)小時(shí)以上。為防止軸電流對(duì)軸承的破壞，在非傳動(dòng)端的端蓋上進(jìn)行了絕緣處理，并在傳動(dòng)端的軸承外側(cè)裝有一個(gè)接地電刷，使軸電流不能在電機(jī)本體上產(chǎn)生回路。軸承的潤(rùn)滑采用鋰基軸承潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，均可不停機(jī)換油。為保證軸承良好的工作性能，需每30天左右用高壓油槍注油一次。

在每個(gè)軸承上各裝有1支鉑熱電阻(單支三線)，用以監(jiān)測(cè)每個(gè)軸承運(yùn)行的溫度。

通風(fēng)冷卻系統(tǒng)：

電機(jī)通風(fēng)冷卻裝置也為整體結(jié)構(gòu)，即冷卻器、風(fēng)機(jī)、上罩成為一體，可整體安裝及吊運(yùn)。電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子上均設(shè)有上下對(duì)齊的通風(fēng)溝，寬度為8mm，與轉(zhuǎn)子內(nèi)圓，定、轉(zhuǎn)子間氣隙，定子端部空間一起構(gòu)成電機(jī)內(nèi)部冷卻風(fēng)路。強(qiáng)迫循環(huán)式空一水冷卻器布置在電機(jī)上部。冷卻器上裝有兩個(gè)風(fēng)機(jī)，冷空氣在風(fēng)機(jī)的作用下，由電機(jī)上部?jī)蓚?cè)的入風(fēng)口經(jīng)過(guò)線圈端部，冷卻了定子線圈端部后進(jìn)入軸筋與轉(zhuǎn)子內(nèi)圓間的空腔及定、轉(zhuǎn)子間氣隙，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子通風(fēng)溝及定子通風(fēng)溝，冷卻了轉(zhuǎn)子及定子鐵心和繞組，由電機(jī)上部的出風(fēng)口排出并經(jīng)過(guò)水冷卻器和風(fēng)機(jī)而形成一個(gè)密閉循環(huán)的冷卻系統(tǒng)。冷卻器的下方設(shè)有漏水裝置并帶有檢漏水報(bào)警器。

結(jié)論：

此次電機(jī)設(shè)計(jì)在借鑒過(guò)去生產(chǎn)過(guò)的變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)方面有很大改進(jìn)，提高了電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性，并根據(jù)變頻電源調(diào)速特性，為滿足過(guò)載要求做了電磁方案的優(yōu)化，比同類型電動(dòng)機(jī)負(fù)荷和溫升留有裕度，電機(jī)運(yùn)行起來(lái)安全、可靠。