銅條轉(zhuǎn)子焊接釬料的節(jié)能分析

胡建平1 ，鄭龍平2

(1南昌ABB發(fā)電機(jī)有限公司，江西南昌330096；

2上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究工程中心有限公司，上海200063)

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銅條轉(zhuǎn)子焊接釬料的節(jié)能分析

胡建平1 ，鄭龍平2

(1南昌ABB發(fā)電機(jī)有限公司，江西南昌330096；

2上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究工程中心有限公司，上海200063)

摘要高效電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)由于增容大部分按銅條轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，但由于采用銅條轉(zhuǎn)子成本昂貴，現(xiàn)從優(yōu)化銅條轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，在端環(huán)槽內(nèi)增加填充塊，有效的節(jié)省釬料需求量，從而降低電動(dòng)機(jī)的制造成本，優(yōu)化高效電機(jī)性能。

關(guān)鍵詞端環(huán)銅條；釬料；焊接

0引言

電動(dòng)機(jī)從轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分鼠籠式和繞線式。鼠籠式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子又分鑄鋁轉(zhuǎn)子和銅條轉(zhuǎn)子，鑄鋁轉(zhuǎn)子雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、堅(jiān)固耐用的特點(diǎn)，但隨著電動(dòng)機(jī)容量的增大，轉(zhuǎn)子的體積也增大，轉(zhuǎn)子的鑄鋁工藝也復(fù)雜起來，鑄鋁的均質(zhì)性難以保證。因此，大型異步電動(dòng)機(jī)和大功率電動(dòng)機(jī)大都采用銅條轉(zhuǎn)子，鑄鋁轉(zhuǎn)子通常用于小功率負(fù)載電動(dòng)機(jī)中。

隨著“國家惠民工程電動(dòng)機(jī)能效提升計(jì)劃”的實(shí)施，高壓高效電動(dòng)機(jī)的開發(fā)越來越受到重視。目前我國高壓電動(dòng)機(jī)與國外同類產(chǎn)品有很大差距，因此高壓高效電動(dòng)機(jī)既要提高效率，又要增加功率。高效電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)由于增容大部分按銅條轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)。由于采用銅條轉(zhuǎn)子成本較高，因此節(jié)約電動(dòng)機(jī)制造成本是非常重要的。降低成本可從電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、工藝及用材等方面著手，本文介紹通過節(jié)省用料的方法來降低電動(dòng)機(jī)成本的措施。

1銅條轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)優(yōu)化

銅條轉(zhuǎn)子通常由轉(zhuǎn)子鐵心、銅條、端環(huán)等零部件組成。據(jù)了解目前端環(huán)設(shè)計(jì)存在如下兩種方法：(1)在端環(huán)一平面上銑槽，加工槽按銅條尺寸及槽數(shù)加工，通常槽較深；(2)端環(huán)平面整體在立車上車一深度圓環(huán)。具體如圖1所示。

為降低電動(dòng)機(jī)制造成本，采用端環(huán)平面整體車以深度圓環(huán)槽，此種加工方便耗時(shí)短，同時(shí)在此提出一項(xiàng)節(jié)省釬料用量的設(shè)計(jì)方案，具體如圖2所示。

2節(jié)省釬料方案

以往銅條轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)時(shí)，端環(huán)與銅條焊接，端環(huán)槽內(nèi)充滿填充釬料，釬料通常用BCu80AgP或HLAgCu80-5。為減少釬料用量，在兩插入端環(huán)槽的銅條之間放置填充塊，以取代部分的釬料。每間隔槽內(nèi)填充 2mm厚銅塊，尺寸根據(jù)銅條接觸端環(huán)槽，兩銅條之間的樣形配加工，由于填充的銅塊與銅條母材相同，不影響電動(dòng)機(jī)性能，釬料建議采購時(shí)要求供應(yīng)商提供顆粒狀，以方便放入槽內(nèi)。

端環(huán)槽設(shè)計(jì)時(shí)不宜太深，通常按3mm設(shè)計(jì)，太深會(huì)增加了釬料的填充量。目前端環(huán)與銅條焊接采用中頻感應(yīng)釬焊或火焰加熱釬焊兩種方式，大多數(shù)廠家均采用中頻感應(yīng)釬焊，此技術(shù)能有效的保證端環(huán)的焊接可靠性。為考慮端環(huán)焊接可靠性，推薦采用參考文獻(xiàn)[1]方案，端環(huán)與銅條焊接端環(huán)上增加工藝凹槽，為避免焊接存在夾縮孔，在端環(huán)槽內(nèi)加工工藝凹槽，以解決焊接時(shí)存在氣孔，焊縫不緊密等問題，以達(dá)到焊接熔料和銅條及端環(huán)為一整體性。

因釬料的價(jià)格約1100～1200元/kg，銅板的價(jià)格65～70元/kg，銅板價(jià)格和釬料的價(jià)格差異較大，故采用填充銅塊節(jié)約焊接所用的釬料是一項(xiàng)較大的節(jié)約成本的措施。

3成本分析

某公司生產(chǎn)一臺(tái)YLKK630-6 1500kW6kV電動(dòng)機(jī)，端環(huán)槽尺寸外徑D1 為670.5mm、內(nèi)徑D2為566mm，槽深h1為3mm，銅條規(guī)格a×b為8×45銅母線TMY，根數(shù)Z2為74根，現(xiàn)比較填充填充塊前后釬料用量及成本，計(jì)算公式如下。

3.1填充塊面積

(1)

按式(1)計(jì)算的填充塊面積

3.2填充塊體積

V1=S1h2(mm3)

(2)

式中，h2—填充塊的厚度2mm。

按式(2)計(jì)算的填充塊體積

V1=1371×2=2742(mm3)

3.3填充塊總體積

V2=V1×Z2=74×2742=202908mm3

3.4填充塊總重量

m1=ρ1V2=202908×8900×10-9≈1.806(kg)

式中，ρ1—銅的比重8900kg/m3。

3.5端環(huán)槽體積

(3)

按式(3)計(jì)算的端環(huán)體積

3.6銅條截面積

SB=a×b=8×45=360(mm2)

3.7銅條占用端環(huán)槽內(nèi)總體積

VB= SB×h1×Z2

=360 ×3×74

=79920(mm3)

3.8未填充填充塊所用釬料用量

m2=(VR-VB)×ρ2

=(304454-79920) ×10-9×8400

=1.886(kg)

3.9未填充填充塊所用釬料價(jià)格

1.886×1100=2074.6元

3.10填充填充塊后所用釬料用量

m3=(VR-VB-V1)×ρ2

(4)

式中，ρ2—釬料的比重8400kg/m3。

按式(4)計(jì)算的釬料用量

m3=(304454-79920-202908) ×10-9×8400

= 0.182(kg)

3.11填充填充塊后所用釬料及填充塊之和的價(jià)格

1100×0.182+65×1.806≈318元

3.12填充填充塊前后成本差異

2074.6-318=1756.6元

由此可見，單臺(tái)可節(jié)約成本1756.6元。 目前我司聯(lián)合國內(nèi)20多家公司進(jìn)行高壓高效電動(dòng)機(jī)聯(lián)合設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中為滿足電動(dòng)機(jī)節(jié)能，提升電動(dòng)機(jī)效率，電動(dòng)機(jī)主導(dǎo)采用銅條轉(zhuǎn)子。按每家公司年生產(chǎn)600臺(tái)高壓銅條轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，一年將有12000多臺(tái)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)采用上述方法，在端環(huán)與銅條焊接時(shí)，在端環(huán)槽內(nèi)放置一定填充塊，電動(dòng)機(jī)制造成本按綜合單臺(tái)平均節(jié)約成本900元，將節(jié)省1080萬元成本，節(jié)約成本顯著。

4結(jié)語

銅條轉(zhuǎn)子端環(huán)槽內(nèi)通過改進(jìn)工藝，增加填充塊，可以節(jié)省端環(huán)焊接的釬料，從而降低了電動(dòng)機(jī)制造成本，具有非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]徐波.史文卿.轉(zhuǎn)子銅條與端環(huán)的焊接.大電動(dòng)機(jī)技術(shù)，2005.

[2]王強(qiáng)，陳金剛.籠型三相異步電動(dòng)機(jī)檢測試驗(yàn)分析.防爆電機(jī)，2013.4.

[3]程小華.異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組折算的充要條件.防爆電機(jī)，2011.5.

ReducingSolderConsumptionofWeldingCopperBarRotor

Hu Jianping and Zheng Longping

(1.NanchangABBGeneratorsCo.,Ltd.,Nanchang330096,China；2.ShanghaiEngineeringResearchCenterofMotorSystemEnergySavingCo.,Ltd.,Shanghai200063,China)

AbstractAs for the capacity-increasing, most high efficiency motors are designed based on copper bar rotor. Because the cost of using copper bar is too high, now solder consumption can be effectively saved by optimizing copper bar rotor and adding filled blocks into the end-ring groove, then manufacturing cost can be reduced and performance of high efficiency motor can be optimized.

Key wordsEnd-ring；solder；welding

收稿日期：2015-11-25

作者簡介：胡建平男1986年生；畢業(yè)于東華理工大學(xué)長江學(xué)院，現(xiàn)從事大中型高壓電機(jī)及發(fā)電機(jī)產(chǎn)品研究工作.

中圖分類號(hào)：TM301.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-7281(2016)01-0046-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.01.14