后置風(fēng)扇高壓繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)

(上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240)

0 引言

根據(jù)用戶的需求，設(shè)計(jì)了YRKK 450-4 630kW高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)，用于替換同等中心高的YKK電機(jī)，因此在C尺寸上有所限制，由于YRKK電機(jī)風(fēng)扇后置較難實(shí)現(xiàn)，最初我們?yōu)橛脩籼峁┝死鋮s方式為IC616的方案。但由于用戶現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，不能增加電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)的電源，因此只能將電機(jī)外風(fēng)扇布置在電機(jī)非軸伸端(后置)，與滑環(huán)放在一側(cè)。為了實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)方案，我們對(duì)風(fēng)扇和滑環(huán)的結(jié)構(gòu)布局以及裝配方法進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)

電動(dòng)機(jī)的電氣性能根據(jù)用戶的性能要求，在現(xiàn)有工藝水平的基礎(chǔ)，結(jié)合以往產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果，最終確定電機(jī)的熱負(fù)荷、定轉(zhuǎn)子沖片尺寸、鐵心長(zhǎng)以及繞組的相關(guān)數(shù)據(jù)。

(1)沖片三圓：φ740/φ475/φ240

(2)槽配合：60/48

(3)定轉(zhuǎn)子沖片材質(zhì)：50W600

(4)接法：定子Y接/轉(zhuǎn)子Y接

(5)槽型選擇：定子開(kāi)口槽、轉(zhuǎn)子半閉口槽

(6)熱負(fù)荷：1500

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在滿足用戶的使用要求、安裝尺寸的前題下，根據(jù)電磁參數(shù)確定的機(jī)械結(jié)構(gòu)。要考慮到零部件的通用性、裝配的合理性。

2.1 總體結(jié)構(gòu)

安裝方式為:IMB3，外殼防護(hù)等級(jí)為IP55、集電環(huán)部分防護(hù)等級(jí)為IP23。電機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

圖1電機(jī)整體結(jié)構(gòu)

電機(jī)采用方箱機(jī)座型式、帶空-空冷卻器，定、轉(zhuǎn)子各設(shè)獨(dú)立接線盒，同時(shí)設(shè)置輔助接線盒(定子測(cè)溫、軸承測(cè)溫裝置、定子加熱器)。

2.2 通風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

內(nèi)風(fēng)路采用徑向通風(fēng)形式，由內(nèi)風(fēng)扇及轉(zhuǎn)子鐵心通過(guò)離心作用對(duì)電機(jī)內(nèi)腔空氣進(jìn)行擾動(dòng)形成壓力差致使其流動(dòng)，空氣經(jīng)由內(nèi)風(fēng)扇、轉(zhuǎn)子鐵心到達(dá)定子鐵心及繞組，對(duì)鐵心進(jìn)行冷卻，與鐵心及繞組進(jìn)行熱交換后變?yōu)闊犸L(fēng)進(jìn)入冷卻器內(nèi)，熱風(fēng)經(jīng)過(guò)冷卻器風(fēng)換熱后變成冷風(fēng)，冷風(fēng)到達(dá)冷卻器頂部后在冷卻器擋板限制下分別向電機(jī)伸尾端流動(dòng)，流經(jīng)電機(jī)擋風(fēng)板，再到達(dá)內(nèi)風(fēng)扇及轉(zhuǎn)子鐵心，形成對(duì)稱循環(huán)風(fēng)路，對(duì)定、轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻；外風(fēng)扇將冷風(fēng)送到冷卻器鋁管內(nèi)，與內(nèi)風(fēng)路交換熱量，達(dá)到冷卻作用，同時(shí)考慮到碳粉對(duì)環(huán)境的污染，因此將外風(fēng)路與滑環(huán)腔隔離。電機(jī)風(fēng)路圖見(jiàn)圖2。

圖2電機(jī)風(fēng)路圖

2.3 定子結(jié)構(gòu)

定子采用外裝壓結(jié)構(gòu)，主要由機(jī)座和有繞組定子鐵心等部件組成。

2.3.1 機(jī)座

機(jī)座為鋼板焊接的方箱結(jié)構(gòu)，由壁板、擋風(fēng)板、環(huán)筋板、側(cè)板、頂板、底腳板、底板等零件組成，機(jī)座兩側(cè)壁板厚度為30mm，擋風(fēng)板厚度為8mm，兩側(cè)環(huán)筋板厚度為30mm，為了充分發(fā)揮側(cè)板的作用，提高支撐剛度，機(jī)座側(cè)板采用鈑金折邊結(jié)構(gòu)。機(jī)座上方用撐板支撐，起加強(qiáng)機(jī)座軸向剛度的作用。機(jī)座結(jié)構(gòu)效果圖見(jiàn)圖3。

圖3機(jī)座結(jié)構(gòu)效果圖

2.3.2 定子鐵心

定子鐵心由定子沖片、定子筋、定子壓圈、定子通風(fēng)槽板組成，通過(guò)8個(gè)定子筋圓周均布與定子沖片、通風(fēng)槽板和定子壓圈焊接成一個(gè)整體。定子鐵心包括11個(gè)通風(fēng)道，每個(gè)通風(fēng)道寬度為10mm，將定子鐵心平均分成12段。定子鐵心兩端出槽口處需手工倒角，避免下線及電機(jī)運(yùn)行時(shí)損壞線圈絕緣。定子鐵心結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖4。

圖4定子鐵心結(jié)構(gòu)圖

2.3.3 定子繞組

定子繞組采用雙層疊繞形式。在繞組上下層線圈之間，均勻埋設(shè)6點(diǎn)測(cè)溫原件鉑熱電阻Pt100，用于繞組溫升的監(jiān)測(cè)。

2.4 轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子采用焊筋軸結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)子鐵心、中性環(huán)、轉(zhuǎn)子線圈、內(nèi)風(fēng)扇、集電環(huán)等零部件組成，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖5。

圖5轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖

2.4.1 轉(zhuǎn)子鐵心

轉(zhuǎn)子鐵心分段長(zhǎng)度與定子鐵心相同，以保證定轉(zhuǎn)子通風(fēng)道的對(duì)齊。轉(zhuǎn)子鐵心采用冷裝熱壓的方式，保證轉(zhuǎn)子槽形整齊，方便轉(zhuǎn)子線圈的嵌線。沖片外徑直接沖制而成，轉(zhuǎn)子外徑不加工。轉(zhuǎn)子鐵心裝壓后用弧鍵焊接定位。

2.4.2 轉(zhuǎn)軸

轉(zhuǎn)軸采用焊筋軸結(jié)構(gòu)，軸材質(zhì)選用35#鋼，輻板材質(zhì)選用Q235A，6塊輻板均布。引線位置處鉆有6×φ32mm圓周均布的斜孔用來(lái)出線，軸尾端鉆有φ70mm圓孔，用于引出轉(zhuǎn)子引線。

2.4.3 轉(zhuǎn)子繞組型式

轉(zhuǎn)子繞組采用雙層成型波繞組，轉(zhuǎn)子線圈一頭彎型，線圈下到轉(zhuǎn)子槽內(nèi)后，另一端打彎整型，線圈與線圈之間用并頭套連接，并用中頻焊焊牢。接線方式為中線環(huán)、轉(zhuǎn)子引接線分別位于位于鐵心的兩端。轉(zhuǎn)子繞組采用乙類接線，轉(zhuǎn)子接線圖見(jiàn)圖6。

圖6轉(zhuǎn)子接線圖

2.4.4 滑環(huán)

為保證產(chǎn)品質(zhì)量，滑環(huán)整體采購(gòu)，滑環(huán)刷架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。

圖7滑環(huán)刷架系統(tǒng)

2.5 軸承裝配

電機(jī)采用三軸承結(jié)構(gòu)，軸承型號(hào)如下

軸伸端：NU226+6226

非軸伸端：NU224

2.6 冷卻器

電機(jī)冷卻器由冷卻器廠家設(shè)計(jì)，滿足換熱功率及安裝尺寸即可。

2.7 裝配關(guān)系的確定

為了滿足產(chǎn)品的工藝性，保證其裝配關(guān)系合理，將外風(fēng)扇及風(fēng)扇罩布置在電機(jī)與滑環(huán)之間，滑環(huán)布置在電機(jī)的軸尾端，風(fēng)扇罩與過(guò)渡法蘭用不同螺桿定位，既可以保證電機(jī)轉(zhuǎn)子電纜與滑環(huán)的安裝，避免轉(zhuǎn)子電纜二次穿線，又能相對(duì)減小電機(jī)的軸向尺寸，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。裝配時(shí)，先安裝風(fēng)扇罩，將螺桿穿過(guò)風(fēng)扇罩用以固定過(guò)渡法蘭，最后將滑環(huán)罩安裝在過(guò)渡法蘭上。需要注意的是：風(fēng)扇罩內(nèi)孔尺寸要大于風(fēng)扇外徑，過(guò)渡法蘭內(nèi)徑要大于滑環(huán)外徑?；h(huán)等零部件裝配關(guān)系示意圖如圖8所示。

圖8裝配關(guān)系示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

YRKK 450-4 630kW繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了型式試驗(yàn)，性能指標(biāo)均滿足用戶要求。由于電機(jī)滑環(huán)后置，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中與常規(guī)YRKK電機(jī)相比難度較大，需要充分考慮滑環(huán)與外風(fēng)扇的位置關(guān)系和裝配關(guān)系。本次電機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，在利用現(xiàn)有產(chǎn)品的前提下，與滑環(huán)廠家充分溝通，保證了電機(jī)裝配的合理性。在非標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要設(shè)計(jì)人員創(chuàng)新的實(shí)踐，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

[1] 湯蘊(yùn)璆，史乃.電機(jī)學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2] 陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì)(第二版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版).北京：高等教育出版社，2006.

[4] 聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第3卷(第5版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.