一種緊湊型高速立式電動機的結構設計*

魏銀秀

(蘭州電機股份有限公司，甘肅 蘭州 730050)

一種緊湊型高速立式電動機的結構設計*

魏銀秀

(蘭州電機股份有限公司，甘肅 蘭州 730050)

為解決三相變頻高速立式電機因長徑比大引起電動機重心高、電機振動及穩(wěn)定性的問題，介紹產(chǎn)品結構設計機理：將電機的內(nèi)風路系統(tǒng)移至外部，減小電機的長徑比，降低電機的重心，從而提高電機的穩(wěn)定性。通過廠內(nèi)試驗及現(xiàn)場安全運行證明該電動機結構合理、運行穩(wěn)定，為完善產(chǎn)品結構設計提供經(jīng)驗和基礎。

變頻;高速；立式；長徑比

1 電機結構設計

1.1 電機的規(guī)格和性能

型號：YPTQLSK450-4；額定電壓：690V；防護等級：IP54；安裝方式：IMV1；設計性能參數(shù)(設計值)；額定電流：766.5A；效率：95.59%；堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)：5.78；最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：2.48；額定功率：800 kW；頻率：33.6 Hz；工作方式：S1；冷卻方式：IC81W；額定轉(zhuǎn)速：995 r/min；功率因數(shù)：0.902；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：1.85。

1.2 電磁設計

絕緣規(guī)范采用蘭州電機股份有限公司10 kV絕緣規(guī)范。定子采用2.8×5.3的云母導線，轉(zhuǎn)子采用3×10×40的梯形銅排，定子槽楔為環(huán)氧布板。定子電密3.4 A/mm2,線負荷626 A/cm,定轉(zhuǎn)子氣息1.6 mm,定子溫升50 K,轉(zhuǎn)子溫升49 K，考核溫升為105 K。對各頻率段方案進行嚴格的細調(diào)，在最大程度降低電機材料成本的基礎上力求溫升調(diào)到最低、技術指標達到最佳。

1.3 結構設計特點[3-4]

電機安裝形式為IMV1，即電機下面帶凸止口的法蘭與底座安裝連接。電機單側(cè)帶水空冷卻器，冷卻器上端裝有低壓電動機帶動冷卻器內(nèi)的風扇，形成內(nèi)風路冷卻系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子鐵心兩端不帶軸流風扇。為確保電機性能的準確性，設計電磁方案時盡量使氣隙磁場分布接近合理化，使電機在各個頻率點的性能指標達到最高，定、轉(zhuǎn)子均采用中型新系列通用冷軋硅鋼片設計。電機上下軸承均才用滾動軸承。電機的主軸伸向上，副軸伸端裝有測速編碼器。電機結構圖如圖1所示。

圖1 電機結構圖

1.3.1 電機重點部分設計

由于該電機長期工作在試驗平臺上，基礎剛度差，故在電機設計時要將電機的外型尺寸壓縮到最小：即機座的直徑、機座的高度。該電機的額定電流大，在有限的機座空間內(nèi)設計采用了4個導電排引接線，極間匯流排采用10×30銅母線TMR，重疊放置在線圈端部的周圍如圖2所示。在大量壓縮機座尺寸的情況下，給截面尺寸大的匯流排設置安放位置、預留操作空間都極其困難，同時給生產(chǎn)工藝帶來了一定的難度。在設計此處時，綜合考慮了設計、工藝、生產(chǎn)等多方面的不利因素，合理利用電磁和機械的各方面特點，對電機進行優(yōu)化設計。

為降低電機的重心，改善電機長徑比大造成的不良因素，取消電機內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心上的離心風扇及定子兩端的擋風板座和擋風罩，使用電機側(cè)面冷卻器中的外部風扇抽、送風。外風扇送進電機的冷風經(jīng)過定子的上端部，進入轉(zhuǎn)子鐵心檔，當電機工作時，靠離心力和電機內(nèi)外的風壓差，冷風經(jīng)過定子鐵心檔，再被送到電機外的冷卻器內(nèi)。定子鐵心上端的壓圈、機座的環(huán)板上沒有設置通孔，以免進入電機的冷風從此處短路如圖3所示。設計線圈下側(cè)端部冷卻時,合理的利用風阻的特性，在壓圈和機座環(huán)板上設計了通風孔，降低此處的風阻，從主風路上搶一小部分冷風來冷卻電機的下側(cè)端部如圖4所示。另外，在定子鐵心檔的機座立筋上設計了腰形通風孔，讓機座內(nèi)腔圓周內(nèi)各個角落的熱風運動起來，防止死角，提高散熱效率如圖5所示。

圖2 匯流排布置圖 圖3 上端部風路示意圖

圖4 下端部風路示意圖 圖5 機座立筋通風孔

電機外側(cè)冷卻器腔體內(nèi)的風路設計采用單循環(huán)形式。冷卻器罩頂部裝有電動機(Y132S-4B5,電壓AC380 V，容量5.5 kW)， 其腔體內(nèi)上部安裝了離心風扇，使得冷卻器腔體內(nèi)形成負壓區(qū)。從電機鐵心檔出來的熱風經(jīng)過貼于機座表面的水空冷卻器冷卻后，在導風筒的引導下匯流到冷卻器罩腔體上部的離心風扇內(nèi)側(cè)。離心風扇在外置電機的驅(qū)動下，將冷風送到電機內(nèi)，以此達到電機的冷卻目的。這種風路的優(yōu)點是對電機鐵心段的冷卻效果較好，會強迫大量的冷風從此鐵心段經(jīng)過，帶走熱量，達到最好的冷卻且節(jié)省材料 。冷卻器結構圖如圖6所示。

圖6 冷卻器結構圖

1.3.2 其他配套部件

在該系列內(nèi)首次采用大型角接觸球軸承，使長期工作在剛度差的試驗平臺上的瘦高型電機具有很好的調(diào)心。其次，在不加大主體尺寸的基礎上，增加下法蘭的把合面直徑,提高電機的穩(wěn)定性。為防止冷卻器漏水損壞電機絕緣，設置了滲漏水報警裝置。

2 電機試驗

2.1 振動和噪音

通過試驗對電機各點的振動和噪音進行了仔細的檢測，均符合標準如表1所列。

表1 噪聲和振動測定數(shù)據(jù)表

2.2 空載特性

電機的空載試驗是給定子加額定頻率的額定電壓，空載運行的試驗。其目的是檢查電機運轉(zhuǎn)的靈活情況，有無異常噪音和較強的振動；通過測試求的電機在額定電壓時的鐵心損耗和在額定轉(zhuǎn)速時的機械損耗，這兩個損耗是電機的五大損耗之一，是采用損耗分析法求取電機效率的必須參數(shù)。

通過試驗得出空載電流與空載電壓的關系曲線，這條曲線其實是一條磁化曲線。

曲線反應電機磁路的工作情況：鐵心材料的性能、尺寸、定子繞組的匝數(shù)及形式、定轉(zhuǎn)子氣隙等的設計時否合理。

該電機的空載曲線如圖7所示,由曲線求得:

PFe=9.97 kW,Pfw=1.28 kW

圖7 空載特性曲線

2.3 性能參數(shù)

該電機的各項性能參數(shù)和溫升是最主要的考核，性能參數(shù)和溫升值的高低直接反應出本次設計是否成功。通過試驗驗證了電機的性能及指標均達到協(xié)議要求和相關標準。各項型式試驗數(shù)值如表2所列。

3 結 語

解決電機的長徑比，提高立式電機的穩(wěn)定性，增強臥式電機的繞度，始終是設計電機的重點思想。減少制造電機的原材料，壓縮電機成本，一直是行業(yè)關注的內(nèi)容。該方法是僅從改變電機的冷卻風路方面做了改進，試驗結果證明電機結構合理、穩(wěn)定性好，為以后設計同類產(chǎn)品積累了經(jīng)驗。在此基礎上，逐步完善電機的整體設計。

表2 試驗數(shù)值

[1] 湯藴璆.電機學[M].北京:機械工業(yè)出版社,1986.

[2] 龔 坰.電機制造工藝學[M].北京:機械工業(yè)出版社,1982.

[3] 有色冶金設計研究院.機械設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2002.

[4] GB 755-2008,旋轉(zhuǎn)電機定額和性能[S].

[5] 機械工業(yè)部.電機工程師手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1996.

A Structure Design of the Compact Type High Speed Vertical Motor

WEI Yin-xiu

(LanzhouElectricCo.,Ltd，LanzhouGansu730050，China)

In order to solve the high center of gravity caused by big length diameter ratio,the motor vibration and stability for the high speed vertical motor, a design mechanism of product structure is introduced that the external wind path system of the motor will be moved outside, the motor length diameter ratio is reduced, the motor center of gravity is reduced,so as to improve the stability of the machine.Through the test and operation ,it shows that the motor is reasonable in structure,the running is stability.It could provide experience and foundation for improving the product structure design.

variable-frequency; high speed; vertical

2013-11-26

魏銀秀(1969-)，女，甘肅蘭州人，工程師，主要從事大型電機設計方面的工作。

TH113

A

1007-4414(2014)01-0119-03