YXKK400—46kV超高效三相異步電動機(jī)的設(shè)計與研制

張騰雨 黃麗芹 泰豪

摘 要：文章討論了YXKK400-4 6kV超高效三相異步電動機(jī)的設(shè)計研制過程。圍繞著設(shè)計過程中各個部分進(jìn)行了分析設(shè)計，為今后設(shè)計制造超高效三相異步電動機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：超高效三相異步電動機(jī)；異形銅排；設(shè)計；研制

1 概述

YXKK三相異步電動機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、公共設(shè)施及家用電器等各領(lǐng)域中的機(jī)械裝備、風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、冶金、石化、紡織、造紙、交通、建筑、礦山、食品等行業(yè)。目前，電動機(jī)的用電量平均占世界各國總用電量的40%以上，占工業(yè)用電量的60%以上。我國是亞洲第一大電力消耗國，也是世界上目前缺電最為嚴(yán)重的發(fā)展中國家，從1992年起我國的年發(fā)電量和用電量均居世界第二位，而其中60%以上的電能被用于驅(qū)動電機(jī)運轉(zhuǎn)。因此，電動機(jī)能源效率水平的提高對于我國能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)以及資金節(jié)約均具有重要意義，并且隨著節(jié)能減排意識的增強(qiáng)，超高效電動機(jī)的制造迫在眉睫。

2 YXKK400-4 6kV超高效三相異步電動機(jī)的設(shè)計過程分析

2.1 總體設(shè)計

超高效電動機(jī)的設(shè)計要點是降低各項損耗，提高電動機(jī)效率，增大銅排的截面積，高定子槽滿率；提高制造精度，縮短線圈端部長度，加強(qiáng)沖片和定子鐵芯的制造質(zhì)量，從而減少鐵耗和激磁電流及其引起的銅耗；改善轉(zhuǎn)子槽絕緣工藝，降低負(fù)載雜耗；合理選擇槽配合和硅鋼片的牌號，降低鐵損和定子銅耗。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 定子

定子由定子鐵芯、定子線圈、機(jī)座、定子測溫元件、接線盒和空間加熱器等部分組成。

（1）定子鐵芯。定子沖片采用50W350優(yōu)質(zhì)冷軋電工鋼片做導(dǎo)磁材料，解決了熱軋硅鋼片因厚度不均，鐵芯迭壓后出現(xiàn)較大偏差的問題，又減少了鐵耗，降低了振動和噪聲；并利用Ansys分析每段風(fēng)道的風(fēng)壓風(fēng)量設(shè)計合理的通風(fēng)道分布及風(fēng)道數(shù)量，嚴(yán)格的控制電機(jī)風(fēng)摩耗。（2）定子機(jī)座。定、轉(zhuǎn)子及冷卻器等都裝在機(jī)座上面。它需要承受扭轉(zhuǎn)負(fù)荷，軸的彎曲應(yīng)力和電機(jī)本身重量，為滿足這些要求，機(jī)座設(shè)計成由底腳板及壁板組成的鋼板焊接而成的箱式機(jī)座，加強(qiáng)了機(jī)座整體的強(qiáng)度，使電機(jī)能安全穩(wěn)定的運行。機(jī)座內(nèi)部采用圓筒狀的導(dǎo)風(fēng)裝置，轉(zhuǎn)子風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)可集中順著圓筒狀導(dǎo)風(fēng)裝置引入鐵芯，起到了導(dǎo)流的作用，減少了風(fēng)量流失，加大了鐵芯散熱的風(fēng)壓，提高了電機(jī)的散熱效果。（3）定子繞組。定子繞組材料采用薄膜繞包銅扁線GLEMB-155/0.4-YN，采用較短的鐵芯長度和合理的線圈線規(guī)，一方面提高了鐵芯的散熱能力，另一方面降低硅鋼片、電磁線和部分鋼材等材料用量，節(jié)約成本。整個定子采用VPI真空加壓浸漆工藝，繞組端部和直線部位固化成整體，增加線圈的機(jī)械強(qiáng)度，浸漬漆充分占滿槽內(nèi)空間，提高散熱性能，最后繞組端部表面噴環(huán)氧敷蓋漆。

2.2.2 轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子鐵芯、內(nèi)風(fēng)扇等部分組成，如圖1所示。

（1）轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸采用35#鍛鋼，軸上焊接6根輻板，材料為Q235B碳素鋼。（2）銅排。轉(zhuǎn)子采用異形銅排轉(zhuǎn)子，具有比傳統(tǒng)鑄鋁轉(zhuǎn)子更小的損耗，提高了整體效率；不僅擁有普通矩形銅排損耗小的優(yōu)點，而且能保證滿足用戶對電動機(jī)起動的要求。（3）轉(zhuǎn)子鐵芯。轉(zhuǎn)子采用鼠籠式結(jié)構(gòu)，采用50W350優(yōu)質(zhì)冷軋電工鋼片，質(zhì)量好，單位鐵耗小。轉(zhuǎn)子銅排裝入轉(zhuǎn)子鐵芯后，采用風(fēng)鎬漲緊技術(shù)，并與端環(huán)通過中頻焊機(jī)進(jìn)行焊接，防止電機(jī)運轉(zhuǎn)過程中造成導(dǎo)條斷裂和竄動，焊接牢固，保證此電機(jī)安全可靠運行。（4）后傾角風(fēng)葉風(fēng)扇。將電機(jī)內(nèi)、外風(fēng)扇葉片設(shè)計成后傾式結(jié)構(gòu)，使風(fēng)扇進(jìn)、出風(fēng)口角度為35°，在滿足電機(jī)散熱所需風(fēng)量和風(fēng)壓的前提下，降低了機(jī)械損耗，提高電機(jī)效率，同時也降低電機(jī)由于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)引起的空氣動力噪聲。

2.2.3軸承

軸承采用國產(chǎn)軸承，軸承牌號為軸伸端NU324M/C3，非軸伸端6324M/C3。軸承測溫元件采用WZPDA-3G。潤滑油采用L-XBCHA3鋰基脂進(jìn)行軸承潤滑，為了防止產(chǎn)生軸電流，在非軸伸端進(jìn)行絕緣處理。

2.2.4 通風(fēng)系統(tǒng)

空-空冷卻器由鋼板和冷卻鋼管焊接而成。冷卻器內(nèi)分布一定數(shù)量的冷卻管，由內(nèi)風(fēng)扇將電機(jī)內(nèi)部熱氣流吹入冷卻器內(nèi)部，通過熱傳遞使熱量被冷卻管內(nèi)的冷空氣吸收，外風(fēng)扇推動冷卻管內(nèi)冷空氣流動，從而完成散熱的過程。進(jìn)、出風(fēng)溫差15°C左右，起到散熱的作用。

2.2.5 通風(fēng)系統(tǒng)

電機(jī)采用兩端對稱進(jìn)風(fēng)的徑向通風(fēng)系統(tǒng)。在電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯左右兩端各裝有一個后傾式風(fēng)扇。它將電機(jī)內(nèi)部熱氣流經(jīng)過電機(jī)中心吹入到冷卻器內(nèi)，經(jīng)過冷卻器的冷卻后，將熱量帶走，再由冷卻器兩側(cè)進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。冷卻器內(nèi)分布一定數(shù)量的冷卻管，由外風(fēng)扇推動冷卻管內(nèi)部氣體流動，從而完成流動散熱的功能。使各部的溫升能較均勻地分布，從而降低最高局部溫升，提高絕緣壽命，同時提高電機(jī)的使用壽命。

3 結(jié)束語

如表1所示，本產(chǎn)品的效率為95.2%，同等級異步電動機(jī)效率93.5%，按照平均每年工作8000小時，工業(yè)用電1.0元/千瓦時計算，該產(chǎn)品每年節(jié)約用電（95.2%-93.5%）×400×8000=54400千瓦時，節(jié)約用電成本1.0×54400=5.44萬元，年可節(jié)約用電5.44萬千瓦時左右，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤11.5噸，減少二氧化碳排放量25噸。

隨著節(jié)能減排意識的增強(qiáng)，可見超高效電機(jī)制造的必要性。這次YXKK400-4 6kV超高效三相異步電動機(jī)的設(shè)計、制造，為今后該類電機(jī)的設(shè)計起到重要作用。

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